一种电力指针式仪表自动读数识别的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力指针式仪表自动读数识别的方法，包括以下步骤：对仪表表盘图像进行采集；对采集的仪表表盘图像进行预处理，提取仪表表盘的有效识别区域；利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线；提取表盘的数字，进行读数自动识别。本发明专利技术还提供一种电力指针式仪表自动读数识别系统，包括：仪表表盘图像采集单元，仪表表盘图像的预处理单元，指针与刻度线提取单元和仪表读数识别单元。本发明专利技术能够很好的消除光照复杂多变情况下对所采集到的仪表表盘图像阴影影响，得到所需要的示数信息；从而有效的对仪表表盘进行读取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种电力指针式仪表自动读数识别的方法及系统。
技术介绍
在电力系统变电站中，有许多设备配置了仪表如气压表、温度表、油温表，当中有很大部分仍为指针式仪表。目前记录仪表数据主要靠人眼观测，检测效率低且精确度不高，特别是长时间持续判读，容易引起视觉疲劳，从而导致误差的产生。另外还存在着一些无法采用人工判读的场合。已有的仪表读数识别方法主要有：一般的数字图像处理方法、中心投影法。但这些方法都是针对在均匀光照条件下且与仪表在同一水平面下进行的判读，而变电站所处的外部光照条件复杂多变且需要满足摄像头多视角、多距离的拍摄，这就对指针式仪表自动读数识别系统提出了更高要求。
技术实现思路
本专利技术根据上述现有技术中存在的问题，提供一种电力指针式仪表自动读数识别的方法及系统。以解决目前指针式仪表读数识别方法需要较多的已知信息，在光照不均、仪表倾斜等条件下读数难以识别的问题。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：一种电力指针式仪表自动读数识别的方法，包括以下步骤：对仪表表盘图像进行采集；对采集的仪表表盘图像进行预处理，提取仪表表盘的有效识别区域；利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线；提取表盘的数字，进行读数自动识别。进一步地，所述对仪表表盘图像进行采集并进行预处理，具体包括：利用表盘的颜色直方图分布特征定位出表盘区域作为候选识别区域；对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计；对仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影；将候选识别区域的图像由RGB颜色空间转换为灰度；对候选识别区域图像二值化并通过连通体分析的方法提取出仪表的有效识别区域。进一步地，所述对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计，具体包括：在采集图像候选识别区域中心截取固定面积的图像，对该图像进行二值化，统计得到的二值图中的黑、白像素点的个数，如果黑点的数量大于白点数，则表盘为暗色，指针与刻度为亮色；反之则表盘为亮色，指针与刻度为暗色。进一步地，所述对仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影，具体包括：使用基于区域的检测方法自动识别阴影区域，使用基于图像梯度的算法对阴影进行消除处理，即将影子像素视为前景，非影子像素视为背景，使用阴影恢复系数，计算直接光照和环境光照的比率，并对每个像素进行直接光照和环境光照混合的二次光照处理，从而产生复原图像。进一步地，所述提取仪表表盘的有效识别区域，具体包括：对仪表表盘图像候选识别区域的灰度图像作二值化处理形成二值图；对二值图作形态学膨胀，连接存在断裂的区域；通过连通体分析的方法提取出仪表的有效识别区域。进一步地，所述利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线，具体包括：把仪表表盘图像灰度化，二值化；按照连通标准进行连通域提取，把二值化后图像的每一块互相分离的物体检测出来，当连通域包含刻度时，根据连通域的矩形特征去识别刻度。进一步地，所述根据连通域的矩形特征去识别刻度，具体包括：计算连通域包含的点的数目；对连通域的所有点用最小二乘法拟合出直线并得到连通域的中点：计算拟合直线长度和拟合直线宽度的比值；在获得的仪表表盘图像区域内根据比值使用基于Hough变换的直线提取算法提取指针。进一步地，所述拟合直线长度为连通域内离中点最远的距离的两倍；拟合直线宽度为连通域内的点离拟合直线最远的距离的两倍.进一步地，所述根据提取表盘的数字，进行读数自动识别，具体包括：提取表盘的数字信息，录入所建立的数据库系统；参考表盘圆心，进而得到两根指针的角度；判断指针所在位置的区域，根据公式得到所的角度对应的示数。本专利技术还提供一种电力指针式仪表自动读数识别系统，包括：仪表表盘图像采集单元，用于采集仪表表盘图像；仪表表盘图像的预处理单元，接收仪表表盘图像采集单元采集的仪表表盘图像并利用表盘的颜色直方图分布特征定位出表盘区域作为候选识别区域；对所述仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计；对所述仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影影响；将候选识别区域的图像由RGB颜色空间转换为灰度；对候选识别区域图像二值化并通过连通体分析的方法提取出仪表的有效识别区域；指针与刻度线提取单元，用于从仪表表盘的有效识别区域中，提取仪表的指针和刻度线；仪表读数识别单元，用于根据提取的表盘数字和指针的角度自动进行读数识别显示所检测到的示数。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术能够良好的解决光照复杂多变对所采集到的仪表表盘图像阴影影响，且满足摄像头多视角，多距离的拍摄需求，本专利技术基于图像处理，通过电力指针式仪表自动读数识别算法对采集到的仪表图像进行处理，得到所需要的示数信息；由于仪表表盘上的指针和刻度线与背景颜色有区别，存在指针和刻度线的笔画特征，这样对仪表表盘图像进行图像处理后，可以对刻度和指针位置进行识别，从而有效的对仪表表盘进行读取；采用神经网络识别数字的方法，能够对不同表盘的刻度信息进行识别并自动录入，具有普遍性；采用Hough变换法进行指针识别，容错性较好，抗干扰能力强，即使在刻度线存在部分丢失的情况下，该方法仍然可以较为准确的计算得到指针的读数。附图说明图1为本专利技术提出一种电力指针式仪表自动读数识别的方法流程图；图2为本专利技术提出的对仪表表盘图像进行采集并进行预处理的流程图；图3为本专利技术提出的对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计的流程图；图4为本专利技术提出的所述根据连通域的矩形特征去识别刻度的流程图；图5为本专利技术提出的一种电力指针式仪表自动读数识别系统结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行进一步的说明。参见图1，为本专利技术提出一种电力指针式仪表自动读数识别的方法流程图。如图1所示，一种电力指针式仪表自动读数识别的方法，包括以下步骤：步骤101，对仪表表盘图像进行采集；步骤102，对采集的仪表表盘图像进行预处理，提取仪表表盘的有效识别区域；步骤103，利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线；步骤104，提取表盘的数字，进行读数自动识别。本专利技术通过采集仪表表盘图像，输入仪表表盘图像并对其进行预处理，以提取仪表盘的有效识别区域；从仪表表盘的有效识别区域中，提取仪表的指针和刻度线、这种方法能够自动提取表盘的有效识别区域，并根据有效识别区域的大小估计仪表的尺度，克服了以往仪表识别方法中过于依赖于已知信息的缺点。参见图2，为本专利技术提出的对仪表表盘图像进行采集并进行预处理的流程图。如图2所示，在上述步骤102中，所述对仪表表盘图像进行采集并进行预处理，具体包括：步骤201，利用表盘的颜色直方图分布特征定位出表盘区域作为候选识别区域；对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计；步骤202，对仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影影响；步骤203，将候选识别区域的图像由RGB颜色空间转换为灰度；步骤204，对候选识别区域图像二值化并通过连通体分析的方法提取出仪表的有效识别区域。参见图3，为本专利技术提出的对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计的流程图。在上述步骤201中，所述对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计，具体包括：在采集图像候选识别区域中心截取固定面积的图像，对该图像进行二值化，统计得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力指针式仪表自动读数识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：对仪表表盘图像进行采集；对采集的仪表表盘图像进行预处理，提取仪表表盘的有效识别区域；利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线；提取表盘的数字，进行读数自动识别。

【技术特征摘要】
1.一种电力指针式仪表自动读数识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：对仪表表盘图像进行采集；对采集的仪表表盘图像进行预处理，提取仪表表盘的有效识别区域；利用指针和刻度线笔画特征从仪表表盘的有效识别区域中提取仪表的指针和刻度线；提取表盘的数字，进行读数自动识别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对仪表表盘图像进行采集并进行预处理，具体包括：利用表盘的颜色直方图分布特征定位出表盘区域作为候选识别区域；对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计；对仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影影响；对图像进行颜色空间的转换，将候选识别区域的图像由RGB颜色空间转换为灰度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对仪表表盘图像候选识别区域的背景颜色进行估计，具体包括：在采集图像候选识别区域中心截取固定面积的图像，对该图像进行二值化，统计得到的二值图中的黑、白像素点的个数，如果黑点的数量大于白点数，则表盘为暗色，指针与刻度为亮色；反之则表盘为亮色，指针与刻度为暗色。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对仪表表盘的候选识别区域进行光照均衡以消除阴影，具体包括：使用基于区域的检测方法自动识别阴影区域，使用基于图像梯度的算法对阴影进行消除处理，即将影子像素视为前景，非影子像素视为背景，使用阴影恢复系数，计算直接光照和环境光照的比率，并对每个像素进行直接光照和环境光照混合的二次光照处理，从而产生复原图像。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取仪表表盘的有效识别区域，具体包括：对定位的仪表表盘候选识别区域灰度图像作二值化处理形成二值图；对二值图作形态学膨胀，连接存在断裂的区域；通过连通体分析的方法提取出仪表的有效识别区域。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟，佘世洲，刘辉，张东，江玉荣，汪霄祥，叶良明，杨伟国，吴文兵，朱程杰，沈瑛俊，张骥，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网安徽省电力公司铜陵供电公司，安徽南瑞继远电网技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11