一种基于二维码的变电站设备抄表系统及其抄表方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于二维码的变电站设备抄表系统及其抄表方法，属于数据采集和图像处理技术领域，包括：为变电站中需要抄表的设备信息加入二维码；采集二维码信息、模板图像以及模板图像中的二维码的3个位置探测图形和1个校正图形的中心点位置放在服务器的模板库中；手持抄表终端扫描二维码，生成二维码信息报文，自动判断并抓取满足质量要求的图像；将图像和二维码信息上传至服务器；采用具有鲁棒性的视角修正方法将图像调整为正视角度图像；仪表识别系统识别仪表读数，将读数及设备信息传至数据库。该发明专利技术能保证仪表图像采集的质量，有效解决了的因不清晰图像导致图像识别系统失效的问题。采用自适应的视角修正方法，使本发明专利技术具有鲁棒性。

Meter reading system for substation equipment based on two-dimensional code and meter reading method thereof

The invention relates to a substation meter reading system and reading method based on two-dimensional code, which belongs to the data acquisition and image processing technology, including: for substation equipment in the meter reading information into two-dimensional code acquisition; two-dimensional code information, the template image and the template image 3 position detection graphics and two-dimensional code 1 correction pattern of the center position on the server in the template library; handheld meter reading terminal to scan two-dimensional code, two-dimensional code generation information message, automatic judgment and grasp can meet the requirement of image quality; the image and two-dimensional code information uploaded to the server; the robust perspective correction method to image adjustment for face image angle; instrument recognition system of meter reading, the reading and equipment information to the database. The invention can ensure the quality of the image acquisition of the instrument, and effectively solve the problem of the image recognition system failure due to the unclear image. The present invention has the advantages of adaptive angle correction method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据采集和图像处理
，具体涉及是一种基于二维码技术的变电站设备抄表系统及其抄表方法。
技术介绍
为保证变电站设备的安全运行，需要对变电站设备进行定期或不定期的巡检。抄表工作是变电站运行人员巡检工作的主要内容之一。传统的抄表方式是人工抄表，变电站运行人员就必须到相关设备本体旁边的显示屏，读取和记录相关的运行参数，再返回到集中控制室，将相关数据录入到运行数据库中存储。这种方式容易受人为因素的影响，过程繁琐，效率低下，数据不能实时上传，并且存在漏检和误检等问题。现有的变电站设备智能抄表主要有两种，一种是通过机器人巡检来完成抄表工作，一种是通过固定式摄像头采集设备图像，再通过图像识别设备的运行参数。两种方法都是先采集设备仪表图像，再通过计算机图像处理技术识别仪表读数。由此可见，图像采集的质量直接影响计算机识别仪表读数的准确度。由于变电站现场环境的影响，拍摄的图像会受光线、拍摄视角等因素的影响，图像可能不清晰、模糊，倾斜，进而直接影响计算机识别仪表读数的精度或者无法识别不清晰图像。现有SIFT、SURF、FLANN等算法进行特征点检测和匹配，计算变换矩阵，再校正倾斜的图像。这种算法得到的匹配点中存在误匹配点时，会影响变换矩阵的求取，进而影响图像校正的效果，最终导致仪表读数识别失败。并且这些算法对同一物体，在不同的场景情况下拍摄的图片，得到的匹配点可能会不同，进而影响对于不同图像查找匹配特征点时算法的可靠性。由于变电站中的仪表种类众多，实际拍摄环境情况的复杂性，对图像倾斜校正方法需要具有鲁棒性。二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。每个二维码都有3个相同的位置探测图形，位置都是固定存在的，分别位于其左上、右上和左下角。每个位置探测图形可看作由3个重叠的同心正方形组成，它们分别为7×7个深色模块、5×5个浅色模块和3×3个深色模块。位置探测图形的上下边缘的中点连成直线，左右边缘的中点连成直线，两直线的交点即位置探测图形的中心点。在二维码的右下角位置有一个校正图形，校正图形可看做是由3个重叠的同心正方形组成，它们是5×5个深色模块和3×3个浅色模块，以及位于中心的一个深色模块组成。校正图形的中心孤立的深色模块即校正图形的中心点。现有相近专利201410141229.7，专利名称为图像识别抄表系统及方法，该专利采用的方案是：该专利的图像识别抄表系统包括：附带有条形码或二维码的仪表，用于获取该条形码或二维码的图片和仪表读数图片的图像采集装置，还包含有图像识别系统的中心服务器，所述图像采集装置用于采集条形码或二维码的图片，图像识别系统用于识别仪表读数图片，所述图像采集装置与中心服务器相互连接。该抄表方法包括通过条形码或二维码标记仪表，条形码或二维码存储有该仪表的基本信息；通过图像采集装置获取条形码或二维码的图片，并通过识别该图片获得对应仪表的编号和类型参数；通过图像采集装置以图片的形式获取仪表的读数，并将该含读数图片传送给中心服务器；通过中心服务器的图像识别系统识别仪表的基本信息以及读数。该方法无法确定摄取的仪表图片质量。由于拍摄现场环境的影响，图像可能不清晰、模糊。在后续进行图像识别时，对于不清晰的图片检测不到仪表，就无法进行仪表读数。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于二维码的变电站设备抄表系统及其抄表方法，在基于二维码技术的基础上，保证仪表图像采集的质量，解决后续因图像不清晰导致系统识别失败的问题，并利用二维码的特性，提供一种具有鲁棒性的视角修正方法，克服传统特征点匹配中存在的误匹配问题，提高系统识别读数的准确率。为实现以上目的，本专利技术采取以下技术方案：一种变电站设备抄表系统，其特征在于，该系统包括多个二维码图标、手持式抄表终端及服务器；其中：每个二维码包含一台待抄表设备的信息，该二维码图标贴在对应的待抄表设备附近；手持式抄表终端包括相机及内嵌二维码识别程序的相机拍摄模块，在相机的显示屏幕中的位置设置有二维码图标的识别框；该抄表终端通过扫描二维码及待抄表设备的读表器，将自动拍摄的每一帧图像进行判别，当二维码识别成功时，自动判断满足质量要求的图像，生成该帧图像的二维码信息，并给对该帧图像命名及保存，并将该帧图像、相应二维码信息，上传至服务器；服务器为内置有模板库、视角修正模块、仪表读数识别模块、数据库的计算机，其中模板库中存储有每个需要抄表的变电站设备的二维码信息和模板图像，模板图像是在现场对二维码及仪表拍摄的正视图，每张模板图像中含有完整的二维码图像及仪表图像；每个模板图像与对应的二维码图标、模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和二维码图像的1个校正图形的中心点位置，三者一一对应；视角修正模块用于将抄表终端上传的图像视角进行修正后，根据抄表终端上传的二维码信息，查找对应的模板图像；仪表读数识别模块用于识别模板图像对应的修正后图像中仪表读数，数据库用于保存仪表读数及仪表二维码信息中包含的设备安装地点、设备编码、设备名称；所述服务器与抄表终端之间的连接通过WIFI或者移动通信技术实现。一种采用上述变电站设备抄表系统的变电站设备抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据变电站中需要抄表的设备信息构建二维码，并将该二维码张贴在该设备读表区域附近；S2：在服务器中存储有每个需要抄表的变电站设备的二维码信息，和模板图像，模板图像是在现场对二维码及仪表拍摄的正视图，每张模板图像中含有完整的二维码图像及仪表图像；每个模板图像与对应的二维码图标、模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和二维码图像的1个校正图形的中心点位置，三者一一对应；S3：手持式抄表终端扫描待抄表设备的读表器及二维码，对自动拍摄的每一帧图像中二维码进行判别，当二维码识别成功时，自动判断满足质量要求的图像，生成该帧图像的二维码信息，并给对该帧图像命名及保存；S4：将图像和二维码信息上传至服务器；S5：在服务器端的视角修正模块采用具有鲁棒性的视角修正方法将图像调整为正视角度图像：具体包括先采用自适应法找出待识别图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和1个校正图形的中心点位置，再根据模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置，和1个校正图形的中心点位置，得到待识别图与模板图像之间的变换矩阵，将待识别校正为正视角度图像；S6：服务器端的仪表读数识别模块识别校正后的正视角度图像中的仪表读数，并将读数及相应的设备信息传至数据库保存。与现有技术相比，本专利技术的优点：(1)保证抄表中图像采集质量：该系统的抄表终端内嵌二维码识别程序，自动判断仪表图像的采集质量是否满足要求，无需人工取景、对焦，保证摄取的仪表图像质量，克服了因无效的仪表图像导致系统识别失败的问题，保证了抄表质量。(2)本方法具有鲁棒性的图像视角修正：通过待识别图像与模板图像中的二维码图像，采用自适应的方法对仪表图像进行视角修正，使系统具有鲁棒性，并且提高了系统识别的准确率。附图说明图1是变电站设备抄表系统框图；图2是变电站设备抄表方法流程图；图3是自适应查找二维码位置探测图形中心点的方法流程图；图4是自适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站设备抄表系统，其特征在于，该系统包括多个二维码图标、手持式抄表终端及服务器；其中：每个二维码包含一台待抄表设备的信息，该二维码图标贴在对应的待抄表设备附近；手持式抄表终端包括相机及内嵌二维码识别程序的相机拍摄模块，在相机的显示屏幕中的位置设置有二维码图标的识别框；该抄表终端通过扫描二维码及待抄表设备的读表器，将自动拍摄的每一帧图像进行判别，当二维码识别成功时，自动判断满足质量要求的图像，生成该帧图像的二维码信息，并给对该帧图像命名及保存，并将该帧图像、相应二维码信息，上传至服务器；服务器为内置有模板库、视角修正模块、仪表读数识别模块、数据库的计算机，其中模板库中存储有每个需要抄表的变电站设备的二维码信息和模板图像，模板图像是在现场对二维码及仪表拍摄的正视图，每张模板图像中含有完整的二维码图像及仪表图像；每个模板图像与对应的二维码图标、模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和二维码图像的1个校正图形的中心点位置，三者一一对应；视角修正模块用于将抄表终端上传的图像视角进行修正后，根据抄表终端上传的二维码信息，查找对应的模板图像；仪表读数识别模块用于识别模板图像对应的修正后图像中仪表读数，数据库用于保存仪表读数及仪表二维码信息中包含的设备安装地点、设备编码、设备名称；所述服务器与抄表终端之间的连接通过WIFI或者移动通信技术实现。...

【技术特征摘要】
1.一种变电站设备抄表系统，其特征在于，该系统包括多个二维码图标、手持式抄表终端及服务器；其中：每个二维码包含一台待抄表设备的信息，该二维码图标贴在对应的待抄表设备附近；手持式抄表终端包括相机及内嵌二维码识别程序的相机拍摄模块，在相机的显示屏幕中的位置设置有二维码图标的识别框；该抄表终端通过扫描二维码及待抄表设备的读表器，将自动拍摄的每一帧图像进行判别，当二维码识别成功时，自动判断满足质量要求的图像，生成该帧图像的二维码信息，并给对该帧图像命名及保存，并将该帧图像、相应二维码信息，上传至服务器；服务器为内置有模板库、视角修正模块、仪表读数识别模块、数据库的计算机，其中模板库中存储有每个需要抄表的变电站设备的二维码信息和模板图像，模板图像是在现场对二维码及仪表拍摄的正视图，每张模板图像中含有完整的二维码图像及仪表图像；每个模板图像与对应的二维码图标、模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和二维码图像的1个校正图形的中心点位置，三者一一对应；视角修正模块用于将抄表终端上传的图像视角进行修正后，根据抄表终端上传的二维码信息，查找对应的模板图像；仪表读数识别模块用于识别模板图像对应的修正后图像中仪表读数，数据库用于保存仪表读数及仪表二维码信息中包含的设备安装地点、设备编码、设备名称；所述服务器与抄表终端之间的连接通过WIFI或者移动通信技术实现。2.一种采用变电站设备抄表系统的变电站设备抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据变电站中需要抄表的设备信息构建二维码，并将该二维码张贴在该设备读表区域附近；S2：在服务器中存储有每个需要抄表的变电站设备的二维码信息，和模板图像，模板图像是在现场对二维码及仪表拍摄的正视图，每张模板图像中含有完整的二维码图像及仪表图像；每个模板图像与对应的二维码图标、模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和二维码图像的1个校正图形的中心点位置，三者一一对应；S3：手持式抄表终端扫描待抄表设备的读表器及二维码，对自动拍摄的每一帧图像中二维码进行判别，当二维码识别成功时，自动判断满足质量要求的图像，生成该帧图像的二维码信息，并给对该帧图像命名及保存；S4：将图像和二维码信息上传至服务器；S5：在服务器端的视角修正模块采用具有鲁棒性的视角修正方法将图像调整为正视角度图像：具体包括先采用自适应法找出待识别图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置和1个校正图形的中心点位置，再根据模板图像中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置，和1个校正图形的中心点位置，得到待识别图与模板图像之间的变换矩阵，将待识别校正为正视角度图像；S6：服务器端的仪表读数识别模块识别校正后的正视角度图像中的仪表读数，并将读数及相应的设备信息传至数据库保存。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S3图像质量要求的具体为：1)图像中包含完整的读表器图像和二维码图像；2)图像清晰；步骤S3中自动判断并抓取满足质量要求图像的具体步骤为：S31：手持式抄表设备扫描二维码，将自动拍摄并对每一帧图像进行判别；S32：当二维码识别成功时，手持式抄表终端生成二维码图标包含的信息，并发出保存命令，给此帧图像命名、保存，实现了图像自动抓取并保证了成像质量。4.根据权利要求2所述的一种基于二维码的变电站设备抄表方法，其特征在于：步骤S2和S5中二维码图像的3个位置探测图形的中心点位置的查找，具体步骤为：1)将二维码图像二值化，初步给定组成二维码图像的位置探测图形的模块宽度比例关系，其中，L0，L1，L2，L3，L4为相邻模块5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云海，朱涛，曾小平，陈林，程生标，胡为民，苏伟，杨璐，高安亮，
申请(专利权)人：三峡大学，国网湖北省电力公司宜昌供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42