[发明专利]一种变电站指针式仪表读数识别方法

说明书

本发明涉及一种变电站指针式仪表读数识别方法，包括表盘刻度区域检测、数字位置检测、识别数字、指针检测和读数识别，在数字识别和指针检测结果的基础上进行仪表读数识别，其中对识别出的数字进行倾斜与回正识别过程能够验证刻度区域检测的正确性，读数识别过程中采用基于刻度数字的距离计算方法，既保证了识别精度，又具有良好的可靠性。

技术领域

本发明涉及模式识别领域，具体涉及指针式仪表图像的刻度和指针读数识别与应用。

背景技术

变电站需要大量的仪表来监测变电设备的工作状态，由于复杂的电磁环境等因素，变电站中的仪表基本上都采用的是模拟式仪表，以及指针读数方式；这种指针式仪表需要人工读数，因此需要耗费大量的人工，而且读数精度受到主观因素以及天气因素的干扰；为了提高变电站的自动化管理程度，研究指针式仪表的自动识别与读数具有重要的应用价值。

指针式仪表自动读数系统一般以巡检机器人作为平台，平台搭载可见光摄像机、红外传感器等多种传感器，按照规划路径和巡检拍摄点采集相应的仪表图像，并通过无线传输设备传送图像数据；仪表自动读数识别系统对传输过来的图像进行读数识别并保存，用于设备监控和数据分析；巡检机器人进行了合理的路径规划，能够获得尺寸和清晰度较好的仪表正视图像，仪表自动读数识别过程可以分为图像预处理、表盘检测、指针检测、计算指针读数等步骤；其中图像预处理一般包括消除畸变、去噪、增强以及灰度化等常规性处理操作；图像经过预处理后，当前的主流方法是先检测表盘和仪表指针，然后计算指针与仪表零刻线的夹角，再根据仪表角度量程以及读数量程，通过等比例换算得到当前仪表的读数。

表盘检测普遍采用的是基于霍夫变换的圆形轮廓检测算法，通过设置适当的半径阈值，霍夫变换检测出图像中的圆形轮廓作为表盘检测结果；此外研究者还提出了众多的霍夫变换改进方法检测仪表轮廓，提高了检测效率和精度。

根据仪表指针的形状结构特征，霍夫变换也可以用于检测出直线作为仪表指针检测结果；还有基于图像分割的仪表指针检测方法，提取大于一定长度阈值的指针区域作为指针提取结果。此外，仪表指针检测方法还有最小二乘法，剪影法，以及基于视觉显著性特征识别方法等。基于视觉显著性特征识别方法利用区域对比度、空间关系、中心先验性等视觉显著性区域检测先验知识, 提取仪表图像指针区域。

最常见的指针读数计算方法有角度法和距离法；角度法是当前应用较为普遍的方法，根据前面检测到的指针直线来计算指针的斜率，进而得到指针所在直线的倾斜角度；该方法直接利用直线的几何关系进行计算，简单且应用广泛，但是角度法中夹角的测量误差会导致读数误差较大，并且只能应用于均匀刻度的仪表读数；距离法首先检测出所有刻度线，然后找到指针直线左右两侧最近的两条刻度线，根据刻度线所代表的仪表读数值，通过计算两条刻度线上像素点到该指针直线的距离和之比来计算指针读数；距离法需要的计算量大，如果刻度线检测精确，则得到的角度值也较为精确。

在现有指针读数识别中，大都是基于指针与零刻度线夹角的方法，这些方法依赖于零刻度线的精确定位，如果零刻度线定位错误，后续精度无法保证，而且，这些方法往往需要有仪表零刻度线和量程的先验知识，才能通过夹角计算出相对位置得到仪表读数。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种变电站指针式仪表读书识别方法，从识别刻度线上的数字着手，采用数字和刻度线互相验证的方式进行指针读数识别，提高了变电站的指针式仪表自动读数的稳定性和精确性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种变电站指针式仪表读数识别方法，包括如下步骤：

（1）采用基于霍夫变换的圆周检测方法检测仪表图像内刻度线所在的初始圆周，同时在初始圆周内、外侧检测一组同心圆以验证初始圆周检测的正确性，并实现一定宽度的刻度区域检测；

（2）基于同心圆圆心和半径，在图像空间以扫描的方式检测刻度线处的数字位置，并对检测出的数字区域进行图像抠取；