視頻直讀式自動抄表系統及其圖像處理方法
2023-08-04 09:09:01
專利名稱：視頻直讀式自動抄表系統及其圖像處理方法
技術領域：
本發明涉及一種將攝像技術和數字識別技術運用於水錶等表具的遠傳抄讀系統。
背景技術：
在民用智能儀表的應用中，信號採集一直受可靠性、價格和功耗等因素的制約，開發廠家至今未找到一種價格合適、性能穩定的方法。
目前三表即水錶、氣表和電錶的自動抄表系統正由脈衝遠傳和卡表發展到直讀式遠傳系統，而直讀式又分為光電直讀式和攝像直讀式兩種。光電直讀式就結構而言，其光電傳感器是在水裡工作，其解決光電傳感器的密封問題是光電直讀式的關鍵。而現有的基於攝像的三表遠傳系統基本上採用在表具端進行圖像採集，通過有線或無線將圖像傳送到上位機，由上位機進行存儲與識別處理，這種方式主要存有圖像的數據量較大，對傳輸方式和傳輸的介質要求高，且傳輸時間長，電路功耗相應增大，上位機需要大容量存儲器，對於無線點對點微功率無線傳輸就更難實現。
同時，由於圖像採集和識別的圖像數據量大，運算要求高，通常數字識別都在上位機上採用DSP處理器或計算機進行集中處理，表具一端只進行圖像採集和圖像數據傳輸。如果將上位機的DSP處理系統移至表具端，必造成表具價格較高，使產品無法適應市場要求，不能進行批量推廣。
技術內容本發明的首要目的就是提供一種視頻直讀式自動抄表系統，在表具端集圖像攝取、數字識別及數據遠傳為一體，在表具端直接完成機械計度器上的數字識別任務，通過總線或無線通訊傳輸出來。
上述發明目的是通過採用以下技術方案實現的一種視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於本發明包括攝錄頭、圖像採集模塊、圖像預處理模塊以及圖像識別模塊，其中圖像採集模塊按圖像分割區域從個位起進行圖像採集；採集得到的個位圖像在中央處理器CPU的RAM區進行圖像預處理，並生成識別要求的二值化圖片；圖像識別模塊對上述圖片提取特徵向量，並與存儲在模板存儲單元中的特徵單元進行比對識別，得到相應的識別數字；系統重複上述採集與識別過程，分別得到當前表具的個、十、百、千等位的指示數，識別後的指示數字傳輸至採集器。
本發明所解決的技術課題是在表具端如何利用價位適中的普通CPU處理器實現對表具的讀數進行圖像採集和圖像識別，直接輸出表具字輪的讀數，大大減少數據傳輸環節的數據流量，並且傳輸時間短、可靠性高，價格適中，便於有線或無線方式實現傳輸。
通過採用上述技術方案可以解決利用小容量數字存儲器的普通CPU實現水錶數字的識別與處理。
本發明的再一個目的提供一種圖像處理方法，用於對表具的讀數進行圖像採集和圖像識別，直接輸出表具字輪的讀數，大大減少數據傳輸環節的數據流量，並且傳輸時間短、可靠性高，價格適中，便於有線或無線傳輸方式實現。
上述目的是通過以下技術方案實現的一種視頻直讀式自動抄表系統採用的圖像處理方法，本發明包括以下步驟A、數字分割攝像模塊首先對錶盤某一數字進行攝像，得到當前塊的數字方塊彩色圖像；B、對上述彩色圖像像素進行對比度計算，計算出圖像平均對比度，再判定該對比度是否達到設定值，如果未達到，則增大曝光時間再次採樣，直到滿足設定值；對滿足對比度要求的圖片進行圖像校正、濾波、灰度化、以及動態二值化等預處理，C、動態二值化處理模塊自動計算灰度圖像中的二值化閾值，並根據該閾值對灰度圖像進行二值化處理，得到數字分塊的二值化圖像；
D、特徵提取模塊根據二值化中像素分布特徵，抽取其多維特徵向量；數字識別模塊根據該圖片的特徵向量，並與存儲在Flash中的樣品特徵進行比對，得到某一識別數字；E、得到的識別數字採用485總線進行數據傳輸，控制板用四根導線與上位機連接，也可以採用其它有線方式傳輸；或者將無線模塊嵌入控制板(該控制板在何處)，將識別出的讀數通過無線通訊方式傳給上位機。
上述方法中，是將水錶錶盤的數據顯示窗口分割若干識別區域，分別逐個對每個區域進行圖像攝取、處理和識別，從而解決圖像識別對內存的過高要求，採用本發明提供的圖像處理方法在對表具的讀數進行圖像採集和圖像識別時，利用小容量數字存儲器的普通CPU實現水錶數字的識別與處理，直接輸出表具字輪的讀數，採用專用數字識別算法進行數字識別，直接輸出數字信息，可以大大減少了數據傳輸環節的數據流量，傳輸時間短、可靠性高，價格適中，能夠採用有線或無線傳輸方式進行。
附圖概述
圖1是本發明的系統原理框圖；圖2是本發明中對攝像和分割區域的示意圖；圖3本發明的系統框圖；圖4是本發明中錶盤數字識別流程圖。
具體實施例方式
實施例1一種視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於本發明包括攝錄頭、圖像採集模塊、圖像預處理模塊以及圖像識別模塊，其中圖像採集模塊按圖像分割區域從個位起進行圖像採集；採集得到的個位圖像在中央處理器CPU的RAM區進行圖像預處理，並生成識別要求的二值化圖片；圖像識別模塊對上述圖片提取特徵向量，並與存儲在模板存儲單元中的特徵單元進行比對識別，得到相應的識別數字；
系統重複上述採集與識別過程，分別得到當前表具的個、十、百、千等位的指示數，識別後的指示數字傳輸至採集器。
參考圖1、2、3，所述的圖像分割區域個、十、百、千等位的指示數分割成相應個數個區域，攝錄頭、圖像採集模塊、圖像預處理模塊以及圖像識別模塊分別完成圖像攝取、處理和識別。
所述的中央處理器CPU包括圖像預處理模塊和圖像識別模塊，樣品的特徵模板存放在中央處理器CPU的flash單元內。
當CPU接受上位機即採集器的採集命令時，啟動採集模塊，按照圖像分割區域從個位進行圖像採集，得到個位圖像後，在CPU的RAM區進行圖像預處理，圖像預處理包括圖像校正、去噪濾波、灰度化處理、動態二值化等預處理過程，生成識別要求的二值化圖片。基於本圖片，圖像識別模塊自動從中提取特徵向量，並與存儲在模板存儲單元中的特徵樣本進行比對識別，得到相對應的識別數字，這樣就完成了個位數字的識別。以此類推，分別識別十、百、千、......位，同時利用表具數字之間的關聯關係，得到當前表具的機械指示數。識別後的數字實時傳至採集器。識別的數字根據需要可設置4～6位。
其中圖像預處理模塊與圖像識別模塊是在中央處理器中完成的，樣品的特徵模板也存放在CPU的Flash單元內，而圖像採集、光源補償、電源單元、通信接口由相應電路完成。
為了消除光斑現像，表具識別數字的旁側設置補光器，補光器可以採用液晶背光板的漫反射原理做成，光線均勻照射到表具的表面，在字輪窗口不會因補光而產生光斑，實現光源均勻補償。圖2中有圖像分割區域10、補光燈20、圖像掃描區30。
實施例2視頻直讀式自動抄表系統採用的圖像處理方法，具體包括以下步驟A、數字分割攝像模塊首先對錶盤某一數字進行攝像，得到當前塊的數字方塊彩色圖像；
B、對該圖像像素進行對比度計算，計算出圖像平均對比度，再判定該對比度是否達到設定值，如果未達到，則增大曝光時間再次採樣，直到滿足設定值；對滿足對比度要求的圖片進行圖像校正、濾波、灰度化、以及動態二值化等預處理，C、動態二值化處理模塊自動計算灰度圖像中的二值化閾值，並根據該閾值對灰度圖像進行二值化處理，得到數字分塊的二值化圖像；D、特徵提取模塊根據二值化中像素分布特徵，抽取其多維特徵向量；數字識別模塊根據該圖片的特徵向量，並與存儲在Flash中的樣品特徵進行比對，得到某一識別數字；E、得到的識別數字採用485總線進行數據傳輸，控制板用四根導線與上位機連接，也可以採用其它有線方式傳輸；或者將無線模塊嵌入控制板(該控制板在何處)，將識別出的讀數通過無線通訊方式傳給上位機。
通過採集器集中對每個表具供電，表頭直接攝取表具的字輪，獲取字輪圖像，通過數字識別程序計算用戶用量信息，並將數據傳輸到採集器，操作員通過PDA收集每個採集器的數據信息，再導入信息管理系統。
其中圖像校正是對圖片進行旋轉處理，使圖片中的數字處於水平位置；濾波處理用於去除圖像中的噪音，使圖像更加乾淨；灰度化處理將數字方塊的彩色圖像中像素的RGB分量值轉換成灰度值，得到灰度化圖像；當識別的位數達到要求(4～6位)時，結束本次識別過程，結合錶盤數字之間的關聯關係得到整個錶盤的識別數字。
結合圖4，其中平行四邊形表示相應處理模塊輸出的結果，方塊表示相應的處理模塊。
數字分割攝像模塊首先根據系統設定的位置，對錶盤某一數字進行攝像，得到當前塊的數字方塊彩色圖像。然後對該圖像像素進行對比度計算，計算出圖像平均對比度，再判定該對比度是否達到設定值，如果未達到，則增大曝光時間再次採樣，直到滿足設定值。對滿足對比度要求的圖片進行圖像校正、濾波、灰度化、以及動態二值化等預處理，其中圖像校正主要對圖片進行旋轉處理，使圖片中的數字處於水平位置；濾波處理用於去除圖像中的噪音，使圖像更加乾淨；灰度化處理將數字方塊的彩色圖像中像素的RGB分量值轉換成灰度值，得到灰度化圖像；動態二值化處理模塊自動計算灰度圖像中的二值化閾值，並根據該閾值對灰度圖像進行二值化處理，得到數字分塊的二值化圖像；特徵提取模塊根據二值化中像素分布特徵，抽取其多維特徵向量；數字識別模塊根據該圖片的特徵向量，並與存儲在Flash中的樣品特徵進行比對，得到某一識別數字。當識別的位數達到要求(4～6位)時，結束本次識別過程，結合錶盤數字之間的關聯關係得到整個錶盤的識別數字。
對於有線方式的通信，採用485總線進行數據傳輸，控制板用四根導線(兩根電源線、兩根信號線)與上位機連接，也可以採用其它有線方式傳輸，只需更改接口電路即可。對於無線傳輸方式無線模塊嵌入控制板，將識別出的讀數通過無線通訊方式傳給上位機。
系統通過採集器集中對每個表具供電，表頭直接攝取表具的字輪，獲取字輪圖像，通過數字識別程序計算用戶用量信息，並將數據傳輸到採集器。操作員通過PDA收集每個採集器的數據信息，再導入信息管理系統。
由於採用了上述圖像分割採集識別法，降低了數字識別過程中對CPU存儲單元的佔有結構，實現了普通CPU在圖像識別中的應用，從而降低了產品成本，具備了產品推向市場和全面推廣的必備條件。
權利要求
1.一種視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於本發明包括攝錄頭、圖像採集模塊、圖像預處理模塊以及圖像識別模塊，其中圖像採集模塊按圖像分割區域從個位起進行圖像採集；採集得到的個位圖像在中央處理器CPU的RAM區進行圖像預處理，並生成識別要求的二值化圖片；圖像識別模塊對上述圖片提取特徵向量，並與存儲在模板存儲單元中的特徵單元進行比對識別，得到相應的識別數字；系統重複上述採集與識別過程，分別得到當前表具的個、十、百、千等位的指示數；識別後的指示數字以總線或無線模塊傳輸至採集器。
2.根據權利要求1所述的視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於所述的圖像分割區域以個、十、百、千等位的指示數分割成相應個數個區域，攝錄頭、圖像採集模塊、圖像預處理模塊以及圖像識別模塊分別完成圖像攝取、處理和識別。
3.根據權利要求1或2所述的視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於所述的中央處理器CPU包括圖像預處理模塊和圖像識別模塊，樣品的特徵模板存放在中央處理器CPU的flash單元內。
4.根據權利要求1所述的視頻直讀式自動抄表系統，其特徵在於表具識別數字的旁側設置補光器，補光器的光線均勻照射到表具的表面。
5.一種根據權利要求1所述的視頻直讀式自動抄表系統採用的圖像處理方法，本發明包括以下步驟A、數字分割攝像模塊首先對錶盤某一數字進行攝像，得到當前塊的數字方塊彩色圖像；B、對上述彩色圖像像素進行對比度計算，計算出圖像平均對比度，再判定該對比度是否達到設定值，如果未達到，則增大曝光時間再次採樣，直到滿足設定值；對滿足對比度要求的圖片進行圖像校正、濾波、灰度化、以及動態二值化等預處理，C、動態二值化處理模塊自動計算灰度圖像中的二值化閾值，並根據該閾值對灰度圖像進行二值化處理，得到數字分塊的二值化圖像；D、特徵提取模塊根據二值化中像素分布特徵，抽取其多維特徵向量；數字識別模塊根據該圖片的特徵向量，並與存儲在Flash中的樣品特徵進行比對，得到某一識別數字；E、得到的識別數字採用485總線進行數據傳輸，控制板用導線與上位機連接，也可以採用其它有線方式傳輸；或者將無線模塊嵌入控制板(該控制板在何處)，將識別出的讀數通過無線通訊方式傳給上位機。
6.根據權利要求4所述的視頻直讀式自動抄表系統的圖像處理方法，其特徵在於通過採集器集中對每個表具供電，表頭直接攝取表具的字輪，獲取字輪圖像，通過數字識別程序計算用戶用量信息，並將數據傳輸到採集器，操作員通過PDA收集每個採集器的數據信息，再導入信息管理系統。
7.根據權利要求4所述的視頻直讀式自動抄表系統的圖像處理方法，其特徵在於其中圖像校正是對圖片進行旋轉處理，使圖片中的數字處於水平位置；濾波處理用於去除圖像中的噪音，使圖像更加乾淨；灰度化處理將數字方塊的彩色圖像中像素的RGB分量值轉換成灰度值，得到灰度化圖像。
8.根據權利要求4所述的視頻直讀式自動抄表系統的圖像處理方法，其特徵在於當識別的位數達到要求(4～6位)時，結束本次識別過程，結合錶盤數字之間的關聯關係得到整個錶盤的識別數字。
全文摘要
本發明涉及一種視頻直讀式自動抄表系統以及圖像處理方法，圖像採集模塊按圖像分割區域從個位起進行圖像採集並由中央處理器CPU進行圖像預處理，生成二值化圖片，得到相應的識別數字；重複上述採集與識別過程，分別得到當前表具的個、十、百、千等位的指示數，識別後的指示數字傳輸至採集器；本發明在表具端集圖像攝取、數字識別及數據遠傳為一體，直接完成機械計度器上的數字識別任務，通過總線或無線通訊傳輸出來，本發明可以利用小容量數字存儲器的普通CPU實現水錶數字的識別與處理，直接輸出表具字輪的讀數，直接輸出數字信息，可以大大減少了數據傳輸環節的數據流量，傳輸可靠性高、價格適中。
文檔編號G06K9/80GK1916933SQ20061004142
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月31日 優先權日2006年8月31日
發明者羅偉 申請人:合肥新思源智能電子有限公司