[发明专利]一种自适应的变电站指针仪表识别方法

说明书

本发明提出一种自适应的变电站指针仪表识别方法，解决了变电站对于室外指针仪表的识别问题，对于实现变电站设备自动化管理具有重要意义。其实现包括，指针仪表区域定位，其中主要使用带有对比度归一化的预处理方法；仪表识别，包括带有自适应的边缘检测方法，霍夫圆检测，霍夫直线检测方法，并对霍夫直线检测的结果进行了平均优化，进一步提升了检测的准确性。本发明对于变电站指针式仪表的检测具有比较好的检测效果，对于变电站的自动化管理和运维具有比较有益的影响。

技术领域

本发明属于图像检测和识别技术领域，主要涉及一种自适应的变电站指针仪表的自动识别方法。

背景技术

变电站作为电力系统的枢纽，如何保障变电站电力设备的安全可靠至关重要。其中，变电站室外有许多的指针仪表监测变电设备的电压值，安全情况等，而变电站常处在郊外，导致人工采集数值的成本较高，为了缓解这种情况，可以通过部署大量摄像机的方式，通过目标检测的方式，获取仪表的读数和记录，使得整个流程自动化。

由于变电站室外场景比较复杂，图像受天气影响较为严重，尤其体现在如光照条件，雾气条件等复杂天气的情况下，使用模板匹配或特征匹配的方式往往效果较差，又由于深度学习的方法需要大量的训练样本，系统不满足此条件，为保障检测的准确率，在此场景下，有光照变化剧烈，单一模板无法应用等问题。

基于此，本发明使用图像金字塔及模板匹配与特征匹配相结合的方法进行指针仪表的读数识别，并在指针的识别过程中添加了指针融合的内容，进一步提升了系统识别的准确率，对于变电站的自动化管理和运维又十分重要的意义。

发明内容

本发明针对变电站中处于室外环境下的指针仪表，提出一种自适应的识别指针仪表的读数方法。本发明实现了在远距离摄像机下拍摄的指针仪表及红绿开关仪表的共同识别功能，具体流程见图1.

本发明的实现步骤包括：

步骤1：图像预处理

由于图像具有比较大的光照强度的变化影响，因此先对图像进行灰度化处理，再进行归一化处理，尽可能减小光照强度的影响，使得系统的稳定性更高，同时，将3个通道的图像统一到1个通道上，采用归一化后的模板与图像进行匹配的计算量会降低，增加系统的推理速度。

步骤2：指针仪表的定位

2a：模板粗匹配，通过模板匹配的方法，先初步找到物体的位置，通过计算模板与滑动窗口图像的相关系数，在整张图像中，系数最大的值所对应的预选框作为最终模板匹配的位置。

2b：特征二次匹配，通过特征检测算子，计算模板与实际图像的关联，这种特征检测的方法，在一定程度上可以缓解由于光线折射等现象导致的物体尺度变化，且匹配速度更快。

步骤3：自适应边缘检测

通过canny边缘检测算子对匹配到的指针仪表进行边缘提取，由于不同场景指针仪表的倾斜度、对比度等问题，边缘检测算子的阈值及边缘化程度需要不同的值，因此通过图像的梯度直方图进行阈值计算，通过这样的阈值计算方法，动态地判定像素是否使边缘像素，从而给出边缘图。

步骤4：霍夫圆、直线检测及直线修正

4a：通过霍夫圆变换对自适应边缘检测方法获取的边缘图进行圆检测，获取指针式仪表的表盘，尤其使圆心所在的位置。

4b：通过霍夫直线变换对自适应边缘检测方法获取的边缘图进行直线检测，获取指针式仪表的表针，由于实际表针具有一定的宽度，因此可能会获取到多个表针。

4c：对获取的多个指针直线进行融合及纠正，将起始点更改为圆心位置，将多个直线的终点进行平均操作，获取检测到的中间直线的位置。

步骤5：计算仪表的显示结果