[发明专利]基于图像处理的配电柜电量表自动识别装置及识别方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的配电柜电量表自动识别方法，采用基于图像处理的配电柜电量表自动识别装置来运行，所述识别装置包括基于嵌入式MCU处理器及搭载有FreeRTOS操作系统且可运行图像识别程序的硬件装置，所述硬件装置包括：基于嵌入式MCU的处理器单元，所述基于嵌入式MCU的处理器单元为Cortex M7F处理器RT1064的ARM芯片,所述处理器内部集成浮点DSP处理单元，可对图像数据进行并行实时算法处理；

SDRAM和FLASH组成的存储单元，所述SDRAM大小为32MB，所述FLASH大小为128MB，所述存储单元用于存储设定时间段的电量表计图像的数据，以供追溯所用；

前置CMOS高清摄像头单元，所述前置CMOS高清摄像头单元用于图像采集，实时拍摄电量表计的图像，所述CMOS高清摄像头分辨率为720P、帧率为30fps的高清数字摄像头，通过CSI和MCU连接；

网络通信传输单元，所述网络通信传输单元用于将前置CMOS高清摄像头单元采集的图像数据传输至后台服务器，所述网络通信传输单元包含1个10/100M自适应网卡和1个4G无线全网通模块；

带有掉电保护功能的ACDC供电单元，所述ACDC供电单元包含一个1F的大电容，用于后备电源供电，在掉电情况下用于1分钟左右供电，以便紧急情况下数据备份，包含一个220V和380V交流电源输入，12V直流电源输出的ACDC模块，所述基于嵌入式MCU的处理器单元分别与SDRAM和FLASH组成的存储单元、前置CMOS高清摄像头单元、网络通信传输单元以及带有掉电保护功能的ACDC供电单元连接；

其特征在于：所述识别装置的具体识别方法包括如下步骤：

(1)将所述识别装置悬挂于配电柜电量表上方，每一个表计放置一个所述识别装置，所述识别装置上的CMOS高清摄像头正对电量表，直线距离保持在50厘米到70厘米之间；角度保持在0～30度之间；

(2)所述识别装置初始化的时候，需要通过以太网连接路工作人员电脑，通过webserver登陆，配置和后台服务器的通信协议、本地的网络协议和端口号后，点击“连接”按钮开始启动和后台服务器的连接；

(3)所述识别装置成功连接到后台服务器后，会自动从后台服务器下载最新版本的电量表标准刻度值和极坐标对应值的数据库表格，存入到内存中备用；

(4)所述识别装置在上述电量表刻度值极坐标对应表格下载完成后，启动所述CMOS高清摄像头拍摄电量表图像，进入图像处理流程对图像进行识别处理，检测出当前电表的读数，所述图像处理流程及图像识别处理是通过在所述识别装置的软件FreeRTOS操作系统上面运行一种面向嵌入式系统应用的直线段检测算法进行，所述直线段检测算法具有如下检测流程：

1)所述识别装置通过网络从后台服务器下载最新的电量表数值坐标对应表预先存入到数据库，根据后续需要读入到内存备用；

2)用程序控制所述CMOS高清摄像头云台，使得CMOS高清摄像头对准电量表计，初始化调焦完成后，连续拍摄表计仪表盘图像5～10张；

3)对所述图像进行初始化处理：进行小波变换后，提取特征值最佳的一幅图像P1作为后续图像处理的对象；

4)对所述图像P1继续灰度变换以局表盘圆形形状特征，对所述图像P1进行背景值提取和边缘分割检测，初步实现表盘的直线轮廓，并获取表盘区域图像P2；

5)对所述图像P2内以数据库内存储的表盘半径R作为定位线，连续检测和比较出图像的中心点，所述中心点即表盘圆心O，同时经过图像增强，构造出所述圆心O为中心，半径R的环状边沿图P3；

6)对所述图像P2进行边缘检测后标记为图像P2a，对所述图像P2a进行自适应阈值分割后标记为图像P2b；

7)对所述图像P2b采用直线段检测算法检测出所有图像包含的直线段，将所有直线段信息以笛卡尔坐标方式存入到矢量数组L1(x,y)中；

8)对所述矢量数组L1的所有直线段的像素点检测扫描，当扫描到像素特征值为1的直线段坐标点L11(x0,y0)后，以该坐标点L11(x0,y0)为圆心，半径为阈值dTH(R)扫描同一直线段数组坐标内是否存在特征值为1的像素点，如果存在则标记为L11[x1,y1]，如果不存在继续扫描，如果该直线段不存在特征值1的其他像素点，则从矢量数组L1[x,y]中删除该直线段，全部扫描完成后构成新的直线段矢量数组L2[x,by]；

9)将特征值检测后的所述矢量数组L2[x,y]与所述表盘圆心O每条所述线段的距离作升序排列得到一个序列，所述序列中权重比例最大的两个线段之间的角度标记为α；

10)判断α的取值，若α0.5的权重系数，则所述序列中第1，2线段的交点即为指针线段的端点A(x，y)；

11)所述表盘圆心O与所述端点A的连线为指针所在直线；

12)将圆心O和端点A的坐标转换为极坐标，计算出指针直线与圆心O的角度值θ；

13)将指针直线的角度值θ和预先存入到数据库中的对应表所有角度的表计值进行查询对比，获得精确的当前电量表读数，通过网络发送到后台服务器端；

(5)所述识别装置在识别出指针对应的主刻度值后，将值转换成对应的电量表计值通过有线网络发送给后台服务器。