基於視覺識別的電能表型號檢測方法與流程
2023-08-07 12:17:06 1
本發明涉及電能表領域，尤其涉及一種基於視覺識別的電能表型號檢測方法。
背景技術：
電能表可如下進行分類：按用途：有功電能表、無功電能表、最大需量表、標準電能表、復費率分時電能表、預付費電能表(分投幣式、磁卡式、電卡式)、損耗電能表，按工作原理：感應式(機械式)、靜止式(電子式)、機電一體式(混合式)；按接入電源性質：交流表、直流表；按結構：整體式、分體式；按接入相線：單相、三相三線、三相四線電能表；按準確級：普通安裝式電能表(0.2S、0.5S、0.2.0.5.1.0、2.0級)和攜帶式精密電能表(0.01、0.05、0.2級)；按安裝接線方式：直接接入式、間接接入式。由於電能表類型眾多且分布廣泛，對供電部門的監管帶來困擾，供電部門對電能表進行遠程抄表或定期維護時，首先要獲得的關鍵信息是每一個位置的電能表的類型，在確定電能表類型後才能進行相應的讀數採集和定製維修服務。現有技術中是通過安排人員到各個安裝位置對不同類型電能表進行類型確認，這種手段過於依賴人工，耗時耗力，也存在一些電子識別手段，但現有的電子識別手段無法在惡劣天氣下保證類型識別精度。因此，需要一種新的電能表型號檢測方法，在替代繁瑣的人工識別操作的同時，也能夠克服惡劣天氣尤其是霧霾天氣對電能表類型識別帶來的幹擾，從而高效、實時地為供電部門提供重要參考數據，方便供電部門的用電管理和設備維護。
技術實現要素：
為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了一種基於視覺識別的電能表型號檢測方法，其包括：(1)利用圖像採集設備對電能表拍攝以獲得電能表外形圖像；(2)利用圖像預處理設備對所述電能表外形圖像進行預處理以輸出預處理外形圖像；(3)基於靜態存儲設備中預先存儲的各類基準電能表圖案，利用飛思卡爾IMX6處理設備對所述預處理外形圖像進行逐一匹配，輸出匹配成功的基準電能表圖案的類型作為目標電能表類型輸出；其中所述靜態存儲設備中預先存儲的各類基準電能表圖案是對每一種基準電能表外形進行預先拍攝所獲得的圖像；其中所述圖像預處理設備與所述圖像採集設備連接，所述飛思卡爾IMX6處理設備與所述圖像預處理設備和所述靜態存儲設備分別連接。根據本發明的另一個方面，本發明提供了一種基於視覺識別的電能表型號檢測方法，其包括：(1)利用圖像採集設備對電能表拍攝以獲得電能表外形圖像；(2)利用圖像預處理設備對所述電能表外形圖像進行預處理以輸出預處理外形圖像；(3)利用去霧處理設備接收所述預處理外形圖像，對所述預處理外形圖像進行去霧處理以獲得去霧外形圖像；(4)基於靜態存儲設備中預先存儲的各類基準電能表圖案，利用飛思卡爾IMX6處理設備對所述去霧外形圖像進行逐一匹配，輸出匹配成功的基準電能表圖案的類型作為目標電能表類型輸出；其中所述靜態存儲設備中預先存儲的各類基準電能表圖案是對每一種基準電能表外形進行預先拍攝所獲得的圖像；其中所述圖像預處理設備與所述圖像採集設備連接，所述去霧處理設備位於所述圖像預處理設備和所述飛思卡爾IMX6處理設備之間，所述飛思卡爾IMX6處理設備與所述去霧處理設備和所述靜態存儲設備分別連接。具體地，對所述電能表外形圖像進行預處理的步驟包括對所述電能表外形圖像進行對比度增強處理，獲得增強電能表外形圖像，並基於Haar小波濾波器對所述增強電能表外形圖像進行小波濾波處理，以獲得所述預處理外形圖像。進一步地，所述基於視覺識別的電能表型號檢測方法還包括：利用定位設備進行實時定位，並向所述飛思卡爾IMX6處理設備輸出當前位置數據；利用無線通信設備將所述目標電能表類型和所述當前位置數據進行打包，通過無線通信鏈路輸出打包所獲得的數據包；利用SD卡實時存儲所述目標電能表類型和所述當前位置數據；利用液晶顯示屏實時顯示所述目標電能表類型和所述當前位置數據。其中所述定位設備、所述無線通信設備、所述SD卡和所述液晶顯示屏與所述飛思卡爾IMX6處理設備分別連接。進一步地，所述基於視覺識別的電能表型號檢測方法還包括利用所述飛思卡爾IMX6處理設備對所述去霧外形圖像進行OCR識別，以獲得所述電能表的當前讀數。所述基於視覺識別的電能表型號檢測方法利用檢測系統進行檢測。因此，根據本發明的一方面，本發明還提供了一種基於視覺識別的電能表型號檢測系統，所述檢測系統包括圖像採集設備、圖像預處理設備、飛思卡爾IMX6處理設備和靜態存儲設備。所述圖像採集設備用於對電能表拍攝以獲得電能表外形圖像；所述靜態存儲設備預先存儲了各類基準電能表圖案；所述圖像預處理設備與所述圖像採集設備連接，對所述電能表外形圖像進行預處理以輸出預處理外形圖像；所述飛思卡爾IMX6處理設備與所述圖像預處理設備和所述靜態存儲設備分別連接，基於各類基準電能表圖案識別所述預處理外形圖像對應的電能表類型以作為目標電能表類型輸出。更具體地，所述基於視覺識別的電能表型號檢測系統還包括：定位設備，與所述飛思卡爾IMX6處理設備連接，用於對所述檢測系統進行實時定位，並向所述飛思卡爾IMX6處理設備輸出當前位置數據；無線通信設備，與所述飛思卡爾IMX6處理設備連接，用於將所述目標電能表類型和所述當前位置數據進行打包，通過無線通信鏈路輸出打包所獲得的數據包；SD卡，與所述飛思卡爾IMX6處理設備連接，用於實時存儲所述目標電能表類型和所述當前位置數據；供電電源，包括太陽能供電器件、蓄電池、切換開關和電壓轉換器，所述切換開關與所述太陽能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據蓄電池剩餘電量決定是否切換到所述太陽能供電器件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉換器與所述切換開關連接，以將通過切換開關輸入的5V電壓轉換為3.3V電壓；液晶顯示屏，與所述飛思卡爾IMX6處理設備連接，用於實時顯示所述目標電能表類型和所述當前位置數據；去霧處理設備，位於所述圖像預處理設備和所述飛思卡爾IMX6處理設備之間，用於接收所述預處理外形圖像，對所述預處理外形圖像進行去霧處理以獲得去霧外形圖像，將所述去霧外形圖像輸入所述飛思卡爾IMX6處理設備以進行電能表類型識別以獲得目標電能表類型。更具體地，所述去霧處理設備包括：霧霾濃度檢測子設備，位於空氣中，用於實時檢測電能表所在位置的霧霾濃度，並根據霧霾濃度確定霧霾去除強度，所述霧霾去除強度取值在0到1之間；整體大氣光值獲取子設備，與所述圖像預處理設備連接以獲得所述預處理外形圖像，計算所述預處理外形圖像中每一像素的灰度值，將灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值；大氣散射光值獲取子設備，與所述圖像預處理設備和所述霧霾濃度檢測子設備分別連接，對所述預處理外形圖像的每一個像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF(edge-preservinggaussianfilter)對所述目標像素值進行濾波處理以獲得濾波目標像素值，將目標像素值減去濾波目標像素值以獲得目標像素差值，使用EPGF對目標像素差值進行濾波處理以獲得濾波目標像素差值，將濾波目標像素值減去濾波目標像素差值以獲得霧霾去除基準值，將霧霾去除強度乘以霧霾去除基準值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標像素值中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和0中的最大值作為每一個像素的大氣散射光值；介質傳輸率獲取子設備，與所述整體大氣光值獲取子設備和所述大氣散射光值獲取子設備分別連接，將每一個像素的大氣散射光值除以整體大氣光值以獲得除值，將1減去所述除值以獲得每一個像素的介質傳輸率；清晰化圖像獲取子設備，與所述圖像預處理設備、所述整體大氣光值獲取子設備和所述介質傳輸率獲取子設備分別連接，將1減去每一個像素的介質傳輸率以獲得第一差值，將所述第一差值乘以整體大氣光值以獲得乘積值，將所述預處理外形圖像中每一個像素的像素值減去所述乘積值以獲得第二差值，將所述第二差值除以每一個像素的介質傳輸率以獲得每一個像素的清晰化像素值，所述預處理外形圖像中每一個像素的像素值包括所述預處理外形圖像中每一個像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應地，獲得的每一個像素的清晰化像素值包括每一個像素的R，G，B三顏色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值組成去霧外形圖像；所述飛思卡爾IMX6處理設備與所述去霧處理設備和所述靜態存儲設備分別連接，將所述去霧外形圖像與所述各類基準電能表圖案進行逐一匹配，輸出匹配成功的基準電能表圖案的類型作為目標電能表類型輸出。更具體地，其中所述靜態存儲設備預先存儲的每一種基準電能表圖案為對每一種基準電能表外形進行預先拍攝所獲得的圖像；所述圖像預處理設備還包括對比度增強處理子設備和小波濾波子設備，所述對比度增強處理子設備與所述圖像採集設備連接，用於對所述電能表外形圖像進行對比度增強處理，獲得增強電能表外形圖像，所述小波濾波子設備與所述對比度增強處理子設備連接，基於Haar小波濾波器對所述增強電能表外形圖像進行小波濾波處理，以獲得所述預處理外形圖像。更具體地，在所述基於視覺識別的電能表型號檢測系統中，所述飛思卡爾IMX6處理設備還對所述去霧外形圖像進行OCR識別，以獲得所述電能表的當前讀數。更具體地，在所述基於視覺識別的電能表型號檢測系統中，所述圖像採集設備包括前蓋玻璃、鏡頭、濾鏡和成像電子單元。更具體地，在所述基於視覺識別的電能表型號檢測系統中，所述霧霾濃度檢測子設備、所述整體大氣光值獲取子設備、所述大氣散射光值獲取子設備、所述介質傳輸率獲取子設備和所述清晰化圖像獲取子設備集成在一塊集成電路板上，並分別採用不同的FPGA晶片來實現。更具體地，在所述基於視覺識別的電能表型號檢測系統中，所述霧霾濃度檢測子設備、所述整體大氣光值獲取子設備、所述大氣散射光值獲取子設備、所述介質傳輸率獲取子設備和所述清晰化圖像獲取子設備所採用的FPGA晶片的選型都為Xilinx公司的Artix-7系列。本發明的基於視覺識別的電能表型號的檢測方法和檢測系統，引入高精度的圖像採集技術、圖像識別技術實現對電能表外形的準確識別，引入無線通信技術實現對電能表類型和位置的高效傳輸，在此基礎上，根據大氣衰減模型確定霧霾對圖像的影響因素，對霧霾天氣下採集的電能表外形圖像進行去霧處理，獲得清晰的電能表外形圖像，從而減少惡劣天氣下對電能表類型識別的不利幹擾。附圖說明以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中：圖1為實施根據本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法的檢測系統的一個實施方式。圖2為實施根據本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法的檢測系統的又一個實施方式。具體實施方式下面將參照附圖對實施本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法的檢測系統的實施方案進行詳細說明。電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，火表，千瓦小時表，指測量各種電學量的儀表，是專門用來計量某一時間段電能累計值的儀表。電能表的工作原理如下：當把電能表接入被測電路時，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個交變電流分別在它們的鐵芯中產生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉矩(主動力矩)而轉動。負載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應出的渦流也越大，使鋁盤轉動的力矩就越大。即轉矩的大小跟負載消耗的功率成正比。功率越大，轉矩也越大，鋁盤轉動也就越快。鋁盤轉動時，又受到永久磁鐵產生的制動力矩的作用，制動力矩與主動力矩方向相反；制動力矩的大小與鋁盤的轉速成正比，鋁盤轉動得越快，制動力矩也越大。當主動力矩與制動力矩達到暫時平衡時，鋁盤將勻速轉動。負載所消耗的電能與鋁盤的轉數成正比。鋁盤轉動時，帶動計數器，把所消耗的電能指示出來。這就是電能表工作的簡單過程。由於電能表類型眾多且分布廣泛，分布位置複雜，因此現有的人工類型檢測方式以及簡單的電子檢測方式無法同時滿足高效和高精度的雙重要求。為此，本發明搭建了一種基於視覺識別的電能表型號檢測系統，通過圖像採集和圖像識別技術滿足高效要求，通過去霧霾化處理克服惡劣天氣下對電能表讀數讀取的負面影響從而滿足高精度要求。圖1為實施根據本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法的檢測系統的一個實施方式，其中，所述檢測系統包括圖像採集設備1、圖像預處理設備2、飛思卡爾IMX6處理設備3、靜態存儲設備4和供電電源5，所述圖像採集設備1用於對電能表拍攝以獲得電能表外形圖像，所述靜態存儲設備4預先存儲了各類基準電能表圖案，所述圖像預處理設備2與所述圖像採集設備1連接，對所述電能表外形圖像進行預處理以輸出預處理外形圖像，所述飛思卡爾IMX6處理設備3與所述圖像預處理設備2和所述靜態存儲設備4分別連接，基於各類基準電能表圖案識別所述預處理外形圖像對應的電能表類型以作為目標電能表類型輸出。接著，參照圖2，對實施本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法的檢測系統的又一個實施方式進行說明。與圖1不同的是，圖2的實施方式中，增加了位於所述圖像預處理設備2和所述飛思卡爾IMX6處理設備3之間的去霧處理設備6。繼續對圖2的系統進行結構說明如下。所述檢測系統還包括：定位設備，與所述飛思卡爾IMX6處理設備3連接，用於對所述檢測系統進行實時定位，並向所述飛思卡爾IMX6處理設備3輸出當前位置數據；所述檢測系統還包括：無線通信設備，與所述飛思卡爾IMX6處理設備3連接，用於將所述目標電能表類型和所述當前位置數據進行打包，通過無線通信鏈路輸出打包所獲得的數據包；所述檢測系統還包括：SD卡，與所述飛思卡爾IMX6處理設備3連接，用於實時存儲所述目標電能表類型和所述當前位置數據；所述供電電源5，包括太陽能供電器件、蓄電池、切換開關和電壓轉換器，所述切換開關與所述太陽能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據蓄電池剩餘電量決定是否切換到所述太陽能供電器件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉換器與所述切換開關連接，以將通過切換開關輸入的5V電壓轉換為3.3V電壓；所述檢測系統還包括：液晶顯示屏，與所述飛思卡爾IMX6處理設備3連接，用於實時顯示所述目標電能表類型和所述當前位置數據；所述去霧處理設備6，位於所述圖像預處理設備2和所述飛思卡爾IMX6處理設備3之間，用於接收所述預處理外形圖像，對所述預處理外形圖像進行去霧處理以獲得去霧外形圖像，將所述去霧外形圖像輸入所述飛思卡爾IMX6處理設備3以進行電能表類型識別以獲得目標電能表類型；所述去霧處理設備6進一步包括：霧霾濃度檢測子設備，位於空氣中，用於實時檢測電能表所在位置的霧霾濃度，並根據霧霾濃度確定霧霾去除強度，所述霧霾去除強度取值在0到1之間；整體大氣光值獲取子設備，與所述圖像預處理設備2連接以獲得所述預處理外形圖像，計算所述預處理外形圖像中每一像素的灰度值，將灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值；大氣散射光值獲取子設備，與所述圖像預處理設備2和所述霧霾濃度檢測子設備分別連接，對所述預處理外形圖像的每一個像素，提取其R，G，B三顏色通道像素值中最小值作為目標像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF(edge-preservinggaussianfilter)對所述目標像素值進行濾波處理以獲得濾波目標像素值，將目標像素值減去濾波目標像素值以獲得目標像素差值，使用EPGF對目標像素差值進行濾波處理以獲得濾波目標像素差值，將濾波目標像素值減去濾波目標像素差值以獲得霧霾去除基準值，將霧霾去除強度乘以霧霾去除基準值以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標像素值中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和0中的最大值作為每一個像素的大氣散射光值；介質傳輸率獲取子設備，與所述整體大氣光值獲取子設備和所述大氣散射光值獲取子設備分別連接，將每一個像素的大氣散射光值除以整體大氣光值以獲得除值，將1減去所述除值以獲得每一個像素的介質傳輸率；清晰化圖像獲取子設備，與所述圖像預處理設備2、所述整體大氣光值獲取子設備和所述介質傳輸率獲取子設備分別連接，將1減去每一個像素的介質傳輸率以獲得第一差值，將所述第一差值乘以整體大氣光值以獲得乘積值，將所述預處理外形圖像中每一個像素的像素值減去所述乘積值以獲得第二差值，將所述第二差值除以每一個像素的介質傳輸率以獲得每一個像素的清晰化像素值，所述預處理外形圖像中每一個像素的像素值包括所述預處理外形圖像中每一個像素的R，G，B三顏色通道像素值，相應地，獲得的每一個像素的清晰化像素值包括每一個像素的R，G，B三顏色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值組成去霧外形圖像；所述飛思卡爾IMX6處理設備3與所述去霧處理設備6和所述靜態存儲設備4分別連接，將所述去霧外形圖像與所述各類基準電能表圖案進行逐一匹配，輸出匹配成功的基準電能表圖案的類型作為目標電能表類型輸出；其中，所述靜態存儲設備4預先存儲的每一種基準電能表圖案為對每一種基準電能表外形進行預先拍攝所獲得的圖像；所述圖像預處理設備2還包括對比度增強處理子設備和小波濾波子設備，所述對比度增強處理子設備與所述圖像採集設備1連接，用於對所述電能表外形圖像進行對比度增強處理，獲得增強電能表外形圖像，所述小波濾波子設備與所述對比度增強處理子設備連接，基於Haar小波濾波器對所述增強電能表外形圖像進行小波濾波處理，以獲得所述預處理外形圖像。其中，可選地，所述飛思卡爾IMX6處理設備3還對所述去霧外形圖像進行OCR識別，以獲得所述電能表的當前讀數，所述圖像採集設備1包括前蓋玻璃、鏡頭、濾鏡和成像電子單元，所述霧霾濃度檢測子設備、所述整體大氣光值獲取子設備、所述大氣散射光值獲取子設備、所述介質傳輸率獲取子設備和所述清晰化圖像獲取子設備集成在一塊集成電路板上，並分別採用不同的FPGA晶片來實現，所述霧霾濃度檢測子設備、所述整體大氣光值獲取子設備、所述大氣散射光值獲取子設備、所述介質傳輸率獲取子設備和所述清晰化圖像獲取子設備所採用的FPGA晶片的選型都為Xilinx公司的Artix-7系列。另外，霧霾圖像可以通過一系列圖像處理設備實現圖像的去霧霾化，以獲得清晰化的圖像，提高圖像的能見度。這些圖像處理設備分別執行不同的圖像處理功能，基於霧霾形成的原理，達到去除霧霾的效果。霧霾圖像的清晰化處理對於軍用和民用領域都具有極大的應用價值，軍用領域包括軍事國防、遙感導航等，民用領域包括道路監測、目標跟蹤和自動駕駛等。霧霾圖像形成的過程可以用大氣衰減過程來描繪，在霧霾圖像和實際圖像即清晰化圖像之間的關係可用整體大氣光值和每一個像素的介質傳輸率來表述，即在已知霧霾圖像的情況下，根據整體大氣光值和每一個像素的介質傳輸率，可以求解出清晰化圖像。對於整體大氣光值和每一個像素的介質傳輸率的求解都存在一些有效且經過驗證的手段，例如，對於每一個像素的介質傳輸率，需要獲得整體大氣光值和每一個像素的大氣散射光值，而每一個像素的大氣散射光值可在對每一個像素在霧霾圖像中的像素值進行兩次保持邊緣的高斯平滑濾波而獲得，其間，霧霾去除的強度可調；而整體大氣光值的獲得方式有兩種，一種方式是，可通過獲取霧霾圖像的黑色通道(即在霧霾圖像中使得一些像素的黑色通道值非常低，黑色通道為R，G，B三顏色通道中的一種)，在霧霾圖像中，通過尋找黑色通道像素值偏大的多個像素中尋找灰度值最大的像素來獲得，即將尋找到的、灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值，參與霧霾圖像中每一個像素的清晰化處理；另外，整體大氣光值也可通過以下方式獲得：計算霧霾圖像中每一像素的灰度值，將灰度值最大的像素的灰度值作為整體大氣光值。具體的霧霾圖像和實際圖像即清晰化圖像之間的關係，以及各個參數之間的關係可參見以上內容。通過對霧霾圖像形成原理的探討，搭建了霧霾圖像和清晰化圖像之間的關係，用多個參數表示這種關係，隨後通過獲得的多個參數值和霧霾圖像即可還原獲得清晰度較高的圖像，由於參數的獲得借用了一些統計手段和經驗手段，因此所述清晰度較高的圖像不可能完全等同於實際圖像，但已經具有相當程度的去霧霾效果，為霧霾天氣下的各個領域作業提供有效保障。另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，他是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。他是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。以硬體描述語言(Verilog或VHDL)所完成的電路設計，可以經過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至FPGA上進行測試，是現代IC設計驗證的技術主流。這些可編輯元件可以被用來實現一些基本的邏輯門電路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更複雜一些的組合功能比如解碼器或數學方程式。在大多數的FPGA裡面，這些可編輯的元件裡也包含記憶元件例如觸發器(Flip－flop)或者其他更加完整的記憶塊。系統設計師可以根據需要通過可編輯的連接把FPGA內部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個晶片裡。一個出廠後的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設計者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。採用本發明的基於視覺識別的電能表型號檢測方法，針對現有電能表類型識別系統或過於依賴人工或自動化程度不高且在多霧天氣下受幹擾的技術問題，通過多種有針對性的圖像採集或圖像處理部件實現對電能表類型的自動高效識別，同時，高精度的去霧設備的使用克服了多霧天氣下對電能表類型識別帶來的幹擾。可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。