一種基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電表設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變電站是輸電和配電的集合點，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。變電站需要記錄各 表計的讀數(shù)并監(jiān)測其相關(guān)狀態(tài)以保障電變站的正常運作和電力數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計。變電站 中各種表計數(shù)目繁多，傳統(tǒng)人工抄表方式下，工作量大，效率低，不安全，不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計和 查詢，同時也無法實時對變電站中基礎(chǔ)電力設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控，造成了一定的安全隱患。
[0003] 隨著電子信息技術(shù)高速發(fā)展，各行各業(yè)都在走向數(shù)字化和智能化的今天，利用現(xiàn) 代化設(shè)備和識別算法，針對復(fù)雜的實際工業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)自然場景下表計的智能讀數(shù)并記錄， 以高效安全的方式代替落后的傳統(tǒng)抄表方式有著非常重要的意義。
[0004] 實時監(jiān)控變電站中基礎(chǔ)電力設(shè)施，在第一時間發(fā)現(xiàn)并解決供電故障，以保證民用 和工業(yè)的穩(wěn)定供電十分重要。但是，現(xiàn)有的表計智能識別系統(tǒng)也大多基于ARM嵌入式系統(tǒng)， 硬件成本高，通用性低，可移植性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可在復(fù)雜環(huán)境下對機(jī)械式電表進(jìn)行快速、可 靠、精確地遠(yuǎn)程智能讀數(shù)的智能識別方法，采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] (1)對機(jī)械式電表的標(biāo)準(zhǔn)圖像的刻度點進(jìn)行手工標(biāo)定；
[0008] (2)特征點檢測和匹配：利用快速魯棒性特征匹配方法將待識別圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像 的特征點對進(jìn)行匹配；
[0009] (3)圖像配準(zhǔn)：對待識別圖像做透視變換，并完成待識別表計圖像的配準(zhǔn)；
[0010] ⑷指針位置識別：通過對表盤中特定區(qū)域的灰度值比較識別指針的位置；
[0011] (5)通過指針位置，獲得機(jī)械式電表的讀數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟（3)中所述的圖像配準(zhǔn)包括以下內(nèi)容：
[0013]al.對標(biāo)準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行特征點檢測；
[0014]a2.對檢測到的特征點進(jìn)行匹配，分別對特征點對進(jìn)行正反雙向匹配，當(dāng)雙向均匹 配時，則認(rèn)識此特征點對為匹配；
[0015]a3.尋找變換矩陣，對待配準(zhǔn)圖像做透視變換，便可獲得完成配準(zhǔn)。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟（4)中所述的指針位置識別包括以下內(nèi)容：
[0017]bl.對標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行標(biāo)定；
[0018]b2.定義配準(zhǔn)后的圖像為待識別圖像；
[0019]b3.根據(jù)灰度值識別指針位置。
[0020] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果如下：
[0021] 1.相比于未經(jīng)圖像配準(zhǔn)的變電站機(jī)械式電表的智能識別中，識別的準(zhǔn)確率強(qiáng)烈地 依賴于攝像頭與機(jī)械式電表的相對位置，只要攝像頭稍有移動，拍出的電表圖像與標(biāo)定的 標(biāo)準(zhǔn)圖像將有相應(yīng)偏移。而本發(fā)明提供的基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法中，包括特 殊的圖像配準(zhǔn)，對攝像頭與電表的相對位置的依賴性低，即使攝像頭有移動也不會降低識 別的準(zhǔn)確率。
[0022] 2.傳統(tǒng)的人工抄表方式，工作量大，效率低，不安全，不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查詢，同時 也無法實時對變電站中基礎(chǔ)電力設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控，造成了一定的安全隱患。而本發(fā)明提供的 基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法，可以復(fù)雜環(huán)境下對機(jī)械式電表進(jìn)行快速、可靠、精確 地遠(yuǎn)程智能讀數(shù)，可在變電站中進(jìn)行廣泛的運用。
【附圖說明】
[0023] 圖1為處理流程示意圖；
[0024] 圖2為圖像配準(zhǔn)流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] 實施例1
[0027] 一種基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法，包括以下步驟：
[0028] 在對機(jī)械式電表進(jìn)行識別的過程中，本發(fā)明先選出一個圖像用作標(biāo)準(zhǔn)圖像，并對 此標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行適當(dāng)標(biāo)定（為最后的指針位置識別做準(zhǔn)備）；輸入待配準(zhǔn)圖像，提取標(biāo)準(zhǔn)圖 像和帶配準(zhǔn)圖像中的特征點，并進(jìn)行匹配；然后對待配準(zhǔn)圖像做透視變換，完成圖像配準(zhǔn)工 作；在識別過程中，先對待識別圖像進(jìn)行灰度處理，根據(jù)標(biāo)定位置與圓心所形成的線段上的 灰度值比較得出儀表指針的位置，從而判斷出儀表讀數(shù)。具體處理流程如圖1所示。
[0029] 實施例2
[0030] 一種基于圖像配準(zhǔn)的機(jī)械式表計識別方法，包括以下步驟：
[0031] (1)對機(jī)械式電表的標(biāo)準(zhǔn)圖像的刻度點進(jìn)行手工標(biāo)定；
[0032] (2)特征點檢測和匹配：利用快速魯棒性特征匹配方法將待識別圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像 的特征點對進(jìn)行匹配；
[0033] (3)圖像配準(zhǔn)：對待識別圖像做透視變換，并完成待識別表計圖像的配準(zhǔn)；
[0034] 圖像配準(zhǔn)的目的是將待配準(zhǔn)的圖像進(jìn)行拉伸和變換，使之與標(biāo)準(zhǔn)圖像"相同"，這 里的相同是指目標(biāo)圖像中點的坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)圖像中對應(yīng)點的坐標(biāo)相同。故配準(zhǔn)后，在標(biāo)準(zhǔn)圖 像中的表計圓心和各刻度點的坐標(biāo)已被標(biāo)定的基礎(chǔ)上，相當(dāng)于獲取了待識別圖像中表計的 各刻度和圓心的坐標(biāo)，為指針位置的識別工作做前期準(zhǔn)備。圖像配準(zhǔn)主要分為三個步驟：一 是對標(biāo)準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行特征點檢測；二是對檢測到的特征點進(jìn)行匹配，分別對特 征點對進(jìn)行正反雙向匹配，當(dāng)且僅當(dāng)雙向均匹配時，才認(rèn)識此特征點對是匹配的；三是尋找 變換矩陣，對待配準(zhǔn)圖像做透視變換，便可獲得完成配準(zhǔn)。如圖2所示，為圖像配準(zhǔn)流程示 意圖。
[0035] 圖像匹配的具體步驟如下：
[0036] al.基于Hessian矩陣的特征點檢測為了獲得SURF特征點，通過使用3*3高斯 濾波器在三維尺度空間進(jìn)行非最大值抑制，即當(dāng)X點的值同時滿足大于預(yù)設(shè)閾值H和其三 維空間中其它26個點的特征值（即Hessian矩陣行列式的值）時，x點才被選為特征點。 Hessian閾值越大，被檢測出的特征點數(shù)量越少。
[0037] a2.特征點匹配
[0038] 對于兩個特征點的匹配，通過計算其特征向量的相似度得出。采用歐式距離進(jìn)行 計算：
[0040] 其中，xik表示待配準(zhǔn)圖像中第i個特征描述子的第k個元素，乂^表示待配準(zhǔn)圖像 中第i個特征描述子的第k個元素，n則表示特征向量的維數(shù)。通過歐氏距離計算得到一 個距離集合，相應(yīng)的，也得到了其最小歐氏距離和次最小歐氏距離，設(shè)定一個閾值，一般為 0.8,當(dāng)最小歐式距離與次小歐氏距離的比值小于該閾值時，認(rèn)為這兩點匹配。閾值越小，匹 配越穩(wěn)定，但特征點越少。本算法對標(biāo)準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像中的特征點對分別進(jìn)行了正向 匹配和反向匹配，當(dāng)雙向匹配均成功時，才認(rèn)為此特征點對匹配。
[0041] a3?透視變換
[0042] 透視變換是中心投影的射影變換，常用于圖像的校正。對源圖像src中的所有點 做矩陣變換，得到目標(biāo)圖像dst:
[0044] 其中，M是一個3*3的變換矩陣，通過尋找兩個點集合中的單映射變換得出。
[0045] 圖像配準(zhǔn)過程關(guān)鍵代碼如下表所示：
[0047]
[0048] (4)指針位置識別：通過對表盤中特定區(qū)域的灰度值比較識別指針的位置；
[0049] 對M0A在線監(jiān)測儀表的識別：識別指針位置的前提是得到已經(jīng)完成配準(zhǔn)的表計圖 像，對于指針位置的識別算法步驟如下：
[0050]bl.對標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行標(biāo)定。在經(jīng)過灰度處理的標(biāo)準(zhǔn)圖像中標(biāo)出表計圓心0,并連接 圓心〇與特定刻度的連線，在刻度與圓心之間相對干凈，噪聲較小的位置標(biāo)出三條水平線 段，使得圓心〇與特定刻度的連線與這三條線段有交點A~Q，并記下交點A~Q的坐標(biāo)值 和三條水平線的y坐標(biāo)（注：0penCV中坐標(biāo)系原點位于左上角）。
[0051]b2.記配準(zhǔn)后的圖像為待識別圖像，它是由待配準(zhǔn)圖像根據(jù)相匹配的特征點不變 的原則拉伸得到的，故點A~Q也是待識別圖像的圓心與特定刻度點連線和三條水平線的 交點。將這些點根據(jù)水平線的不同分為三個區(qū)域：F(First)，S(Sec〇nd)，T(Third)。即讀 取待識別圖像，對圖像進(jìn)行灰度處理，獲取三條特定水平線上所有點