本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)變電站中， 有許多設(shè)備配置了儀表如氣壓表、 溫度表、 油溫表，當(dāng)中有很大部分仍為指針式儀表。目前記錄儀表數(shù)據(jù)主要靠人眼觀測(cè)，檢測(cè)效率低且精確度不高，特別是長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)判讀，容易引起視覺(jué)疲勞，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。另外還存在著一些無(wú)法采用人工判讀的場(chǎng)合。已有的儀表讀數(shù)識(shí)別方法主要有：一般的數(shù)字圖像處理方法、中心投影法。但這些方法都是針對(duì)在均勻光照條件下且與儀表在同一水平面下進(jìn)行的判讀， 而變電站所處的外部光照條件復(fù)雜多變且需要滿足攝像頭多視角、多距離的拍攝，這就對(duì)指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別系統(tǒng)提出了更高要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法及系統(tǒng)。以解決目前指針式儀表讀數(shù)識(shí)別方法需要較多的已知信息，在光照不均、儀表傾斜等條件下讀數(shù)難以識(shí)別的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法，包括以下步驟：

對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集；

對(duì)采集的儀表表盤圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域；

利用指針和刻度線筆畫特征從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中提取儀表的指針和刻度線；

提取表盤的數(shù)字，進(jìn)行讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別。

進(jìn)一步地，所述對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集并進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：利用表盤的顏色直方圖分布特征定位出表盤區(qū)域作為候選識(shí)別區(qū)域；對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)；對(duì)儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影；將候選識(shí)別區(qū)域的圖像由 RGB 顏色空間轉(zhuǎn)換為灰度；對(duì)候選識(shí)別區(qū)域圖像二值化并通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)，具體包括：在采集圖像候選識(shí)別區(qū)域中心截取固定面積的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行二值化，統(tǒng)計(jì)得到的二值圖中的黑、白像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果黑點(diǎn)的數(shù)量大于白點(diǎn)數(shù)，則表盤為暗色，指針與刻度為亮色；反之則表盤為亮色，指針與刻度為暗色。

進(jìn)一步地，所述對(duì)儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影，具體包括：使用基于區(qū)域的檢測(cè)方法自動(dòng)識(shí)別陰影區(qū)域，使用基于圖像梯度的算法對(duì)陰影進(jìn)行消除處理，即將影子像素視為前景，非影子像素視為背景，使用陰影恢復(fù)系數(shù)，計(jì)算直接光照和環(huán)境光照的比率，并對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行直接光照和環(huán)境光照混合的二次光照處理，從而產(chǎn)生復(fù)原圖像。

進(jìn)一步地，所述提取儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域，具體包括：

對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的灰度圖像作二值化處理形成二值圖；

對(duì)二值圖作形態(tài)學(xué)膨脹，連接存在斷裂的區(qū)域；

通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述利用指針和刻度線筆畫特征從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中提取儀表的指針和刻度線，具體包括：把儀表表盤圖像灰度化，二值化；按照連通標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連通域提取，把二值化后圖像的每一塊互相分離的物體檢測(cè)出來(lái)，當(dāng)連通域包含刻度時(shí)，根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度，具體包括：

計(jì)算連通域包含的點(diǎn)的數(shù)目；

對(duì)連通域的所有點(diǎn)用最小二乘法擬合出直線并得到連通域的中點(diǎn)：

計(jì)算擬合直線長(zhǎng)度和擬合直線寬度的比值；

在獲得的儀表表盤圖像區(qū)域內(nèi)根據(jù)比值使用基于 Hough 變換的直線提取算法提取指針。

進(jìn)一步地，所述擬合直線長(zhǎng)度為連通域內(nèi)離中點(diǎn)最遠(yuǎn)的距離的兩倍；擬合直線寬度為連通域內(nèi)的點(diǎn)離擬合直線最遠(yuǎn)的距離的兩倍.

進(jìn)一步地，所述根據(jù)提取表盤的數(shù)字，進(jìn)行讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別，具體包括：提取表盤的數(shù)字信息，錄入所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；參考表盤圓心，進(jìn)而得到兩根指針的角度；判斷指針?biāo)谖恢玫膮^(qū)域，根據(jù)公式得到所的角度對(duì)應(yīng)的示數(shù)。本發(fā)明還提供一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別系統(tǒng)，包括：

儀表表盤圖像采集單元，用于采集儀表表盤圖像；儀表表盤圖像的預(yù)處理單元，接收儀表表盤圖像采集單元采集的儀表表盤圖像并利用表盤的顏色直方圖分布特征定位出表盤區(qū)域作為候選識(shí)別區(qū)域；對(duì)所述儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)；對(duì)所述儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影影響；將候選識(shí)別區(qū)域的圖像由 RGB 顏色空間轉(zhuǎn)換為灰度；對(duì)候選識(shí)別區(qū)域圖像二值化并通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域；

指針與刻度線提取單元，用于從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中，提取儀表的指針和刻度線；

儀表讀數(shù)識(shí)別單元，用于根據(jù)提取的表盤數(shù)字和指針的角度自動(dòng)進(jìn)行讀數(shù)識(shí)別顯示所檢測(cè)到的示數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明能夠良好的解決光照復(fù)雜多變對(duì)所采集到的儀表表盤圖像陰影影響，且滿足攝像頭多視角，多距離的拍攝需求，本發(fā)明基于圖像處理，通過(guò)電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別算法對(duì)采集到的儀表圖像進(jìn)行處理， 得到所需要的示數(shù)信息；

由于儀表表盤上的指針和刻度線與背景顏色有區(qū)別，存在指針和刻度線的筆畫特征，這樣對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行圖像處理后，可以對(duì)刻度和指針位置進(jìn)行識(shí)別，從而有效的對(duì)儀表表盤進(jìn)行讀??；

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別數(shù)字的方法，能夠?qū)Σ煌肀P的刻度信息進(jìn)行識(shí)別并自動(dòng)錄入，具有普遍性；

采用Hough變換法進(jìn)行指針識(shí)別，容錯(cuò)性較好，抗干擾能力強(qiáng)，即使在刻度線存在部分丟失的情況下，該方法仍然可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算得到指針的讀數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提出一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提出的對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集并進(jìn)行預(yù)處理的流程圖；

圖3為本發(fā)明提出的對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)的流程圖；

圖4為本發(fā)明提出的所述根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度的流程圖；

圖5為本發(fā)明提出的一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明提出一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法流程圖。

如圖1所示，一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別的方法，包括以下步驟：

步驟101，對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集；

步驟102，對(duì)采集的儀表表盤圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域；

步驟103，利用指針和刻度線筆畫特征從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中提取儀表的指針和刻度線；

步驟104，提取表盤的數(shù)字，進(jìn)行讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別。

本發(fā)明通過(guò)采集儀表表盤圖像，輸入儀表表盤圖像并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，以提取儀表盤的有效識(shí)別區(qū)域；從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中，提取儀表的指針和刻度線、這種方法能夠自動(dòng)提取表盤的有效識(shí)別區(qū)域，并根據(jù)有效識(shí)別區(qū)域的大小估計(jì)儀表的尺度，克服了以往儀表識(shí)別方法中過(guò)于依賴于已知信息的缺點(diǎn)。

參見(jiàn)圖2，為本發(fā)明提出的對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集并進(jìn)行預(yù)處理的流程圖。

如圖2所示，在上述步驟102中，所述對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行采集并進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：

步驟201，利用表盤的顏色直方圖分布特征定位出表盤區(qū)域作為候選識(shí)別區(qū)域；對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)；

步驟202，對(duì)儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影影響；

步驟203，將候選識(shí)別區(qū)域的圖像由 RGB 顏色空間轉(zhuǎn)換為灰度；

步驟204，對(duì)候選識(shí)別區(qū)域圖像二值化并通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域。

參見(jiàn)圖3，為本發(fā)明提出的對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)的流程圖。

在上述步驟201中，所述對(duì)儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)，具體包括：

在采集圖像候選識(shí)別區(qū)域中心截取固定面積的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行二值化，統(tǒng)計(jì)得到的二值圖中的黑、白像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果黑點(diǎn)的數(shù)量大于白點(diǎn)數(shù)，則表盤為暗色，指針與刻度為亮色 ；反之則表盤為亮色，指針與刻度為暗色。

本發(fā)明能夠良好的解決光照復(fù)雜多變對(duì)所采集到的儀表表盤圖像陰影影響，且滿足攝像頭多視角，多距離的拍攝需求。

在上述步驟202中，所述對(duì)儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影，具體包括：使用基于區(qū)域的檢測(cè)方法自動(dòng)識(shí)別陰影區(qū)域，使用基于圖像梯度的算法對(duì)陰影進(jìn)行消除處理，即將影子像素視為前景，非影子像素視為背景，使用陰影恢復(fù)系數(shù)，計(jì)算直接光照和環(huán)境光照的比率，并對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行直接光照和環(huán)境光照混合的二次光照處理，從而產(chǎn)生復(fù)原圖像。

在上述步驟102中，所述提取儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域，具體包括：

對(duì)儀表表盤候選識(shí)別區(qū)域的灰度圖像作二值化處理形成二值圖；

對(duì)二值圖作形態(tài)學(xué)膨脹，連接存在斷裂的區(qū)域；

通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述利用指針和刻度線筆畫特征從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中提取儀表的指針和刻度線，具體包括：把儀表表盤圖像灰度化，二值化；按照連通標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連通域提取，把二值化后圖像的每一塊互相分離的物體檢測(cè)出來(lái)，當(dāng)連通域包含刻度時(shí)，根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度。

本發(fā)明實(shí)施例中，由于儀表表盤上的指針和刻度線與背景顏色有區(qū)別，存在指針和刻度線的筆畫特征，這樣對(duì)儀表表盤圖像進(jìn)行圖像處理后，可以對(duì)刻度和指針位置進(jìn)行識(shí)別，從而有效的對(duì)儀表表盤進(jìn)行讀取。

參見(jiàn)圖4，為本發(fā)明提出的根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度的流程圖。

如圖4所示，所述根據(jù)連通域的矩形特征去識(shí)別刻度，具體包括：

步驟401，計(jì)算連通域包含的點(diǎn)的數(shù)目；

步驟402，對(duì)連通域的所有點(diǎn)用最小二乘法擬合出直線并得到連通域的中點(diǎn)：

步驟403，計(jì)算擬合直線長(zhǎng)度和擬合直線寬度的比值；

步驟404，在獲得的儀表表盤圖像區(qū)域內(nèi)根據(jù)比值使用基于 Hough 變換的直線提取算法提取指針。

本發(fā)明實(shí)施例中，圖像灰度化就是使色彩的三種顏色分量R、G、B的值相同，由于顏色值的取值范圍是[0，255]，所以灰度的級(jí)別只有256種，即灰度圖象僅能表現(xiàn)256種灰度顏色，本發(fā)明采用加權(quán)平均值法(Weighted Average)：R=G=B=wr*R+wg*G+wb*B，wr、wg、wb分別為R、G、B的權(quán)值。

當(dāng)其權(quán)值取不同的值時(shí)，能夠形成不同灰度的灰度圖象，由于人眼對(duì)綠色的敏感度最高，紅色次之，藍(lán)色最低，因此當(dāng)wg > wr > wb時(shí)，所產(chǎn)生的灰度圖像更符合人眼的視覺(jué)感受。通常wr=30%，wg=59%，wb=11%，圖像的灰度最合理。

本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別數(shù)字的方法，能夠?qū)Σ煌肀P的刻度信息進(jìn)行識(shí)別并自動(dòng)錄入，具有普遍性。

本發(fā)明采用Hough變換法進(jìn)行指針識(shí)別，容錯(cuò)性較好，抗干擾能力強(qiáng)，即使在刻度線存在部分丟失的情況下，該方法仍然可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算得到指針的讀數(shù)。

上述技術(shù)方案中，擬合直線長(zhǎng)度為連通域內(nèi)離中點(diǎn)最遠(yuǎn)的距離的兩倍；擬合直線寬度為連通域內(nèi)的點(diǎn)離擬合直線最遠(yuǎn)的距離的兩倍。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)提取表盤的數(shù)字，進(jìn)行讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別，具體包括：提取表盤的數(shù)字信息，錄入所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；參考表盤圓心，進(jìn)而得到兩根指針的角度；判斷指針?biāo)谖恢玫膮^(qū)域，根據(jù)公式得到所的角度對(duì)應(yīng)的示數(shù)。參見(jiàn)圖5，為本發(fā)明提出的一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

如圖5所示，一種電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別系統(tǒng)，包括：

儀表表盤圖像采集單元501，用于采集儀表表盤圖像；儀表表盤圖像的預(yù)處理單元502，接收儀表表盤圖像采集單元采集的儀表表盤圖像并利用表盤的顏色直方圖分布特征定位出表盤區(qū)域作為候選識(shí)別區(qū)域；對(duì)所述儀表表盤圖像候選識(shí)別區(qū)域的背景顏色進(jìn)行估計(jì)；對(duì)所述儀表表盤的候選識(shí)別區(qū)域進(jìn)行光照均衡以消除陰影影響；將候選識(shí)別區(qū)域的圖像由 RGB 顏色空間轉(zhuǎn)換為灰度；對(duì)候選識(shí)別區(qū)域圖像二值化并通過(guò)連通體分析的方法提取出儀表的有效識(shí)別區(qū)域；

指針與刻度線提取單元503，用于從儀表表盤的有效識(shí)別區(qū)域中，提取儀表的指針和刻度線；

儀表讀數(shù)識(shí)別單元504，用于根據(jù)提取的表盤數(shù)字和指針的角度自動(dòng)進(jìn)行讀數(shù)識(shí)別顯示所檢測(cè)到的示數(shù)。

本發(fā)明基于圖像處理，通過(guò)電力指針式儀表自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別算法對(duì)采集到的儀表圖像進(jìn)行處理， 得到所需要的示數(shù)信息。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。