[发明专利]一种基于视频图像识别的分项计量能耗数据采集装置及方法

说明书

[技术领域]

本发明属于建筑能耗监测系统的分项计量数据采集领域，具体的说是一种基于视频图像识别的分项计量能耗数据采集装置及方法。 

[背景技术]

随着中国城市化进程的推进、经济的发展，我国的建筑能耗占社会总能耗比例约为30%，节能潜力巨大，公共建筑首当其冲，因此建筑节能势在必行。目前，公共建筑的分类能耗主要包括水、电力、燃气等，通过数字计量仪表的通信接口采集能耗数据是最理想、最高效的方式。 

然而在实际项目实施中，发现大部分建筑的能耗计量仪表都不具备数据通信的功能。常规的方法是对已有计量仪表进行更换，这样不但增加了施工成本和施工难度，而且施工周期较长，会影响到建筑的正常使用。尤其是在需要更换水和燃气仪表时，还需得到相关单位的同意，实际施工中还会遇到各种限制。技术创新方面，传统的视频识别技术只能应对数字式仪表液晶显示屏进行识别，对模拟指针显示屏就无法进行识别。为了解决以上问题，本发明提出了视频图像识别的方法，识别视频图像中的字符和图形，达到采集能耗数据的目的。 

[发明内容]

本发明所要解决的技术问题是：通过视频监控现场能耗计量仪表显示屏，对显示数据进行图像采集；通过图像分析模块，对图像进行预处理、字符分割、字符识别，最后提取能耗数值；将数值进行存储或发送给现场的综合能耗数据采集网关。 

为实现上述目的，设计一种基于视频图像识别的分项计量能耗数据采集装置,包括摄像头、视频采集器、图像预处理单元、字符分割单元、字符识别单元、存储单元和主控模块，其特征在于摄像头安装在被监测仪表的显示屏上方，通过视频线连接到视频采集器，由主控模块控制视频采集器进行图像采集，由主控模块通知图像预处理单元进行图像预处理；由主控模块通知字符分割单元进行图像字符分割，由主控模块通知字符识别单元进行字符识别，最后整理成规定的数据格式保存到存储单元，由主控模块调用存储单元的数据发送给数据采集网关。 

所述的被监测仪表包括数字水表、电子式电能计量表、数字燃气表；所述的摄像头负责摄取能耗仪表显示屏的图像，并输出模拟视频信号；所述的视频采集器将模拟视频信号进行编码，输出给图像预处理单元；所述的图像预处理单元嵌入式工业控制计算机，集成了图像预处理、字符分割、字符识别处理等主要功能。此单元模块功能也可直接合并入现场数据采集网关。 

另设计一种基于视频图像识别的分项计量能耗数据采集方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 

A、对需要采集数据的仪表显示屏进行视频监控，由主控模块控制定时抓取仪表数据图像发送至图像分析模块； 

B、由主控模块控制图像分析模块对图片进行预处理； 

C、由主控模块控制将预处理后的图片进行字符分割处理； 

D、由主控模块控制将字符分割后的图片进行字符识别处理； 

E、由主控模块控制将识别的能耗数据按规定数据格式保存到本地存储单元； 

F、由主控模块控制将能耗数据发送给数据采集网关。 

所述的步骤A中对可识别的仪表显示包括数字式液晶显示、模拟式指针显示。 

所述的步骤B中，对采集图像先后进行灰度化处理、增强处理、二值化变换、锐化处理、倾斜校正、归一化处理。 

所述的步骤C中，对预处理过的图像分别进行投影法分割字符、上下边缘投影法分割字符、连通域法分割字符。 

所述的步骤D 中包括如下技术：统计特征字符识别技术、结构字符识别技术和基于神经网络的识别技术。由于本发明的应用场合为对能耗计量仪表显示数据的视频分析，其字符主要是阿拉伯数字和参数的单位符号，所分析的字符通常是反复出现，具有重复性的。这样只需前期将关于字符原型知识和构成识别字符的模板信息，存储在识别系统中即可。 

所述的步骤B还包括如下步骤： 

B1、首先将图像灰度化，将彩色图像转换为灰度图像，以加快处理速度，也节省了存储空间。灰度图像的优点是只有强度信息而没有颜色信息的图像，存储灰度图像只需要一个数据矩阵，矩阵每个元素表示对应位置像素的灰度值； 

B2、进行图像增强处理，来调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，增强后的图像中字符清晰、区域分明，扩大了图像的灰度范围，便于二值化和字符分割处理； 

B3、进行图像二值化变换，确定合适的阈值，使得字符与背景能够分割开来。二值化的图像具备良好的保形性，不丢掉有用的形状信息，不产生额外的空缺； 

B4、进行图像锐化处理，通过微分法和高通滤波法锐化后，使模糊的图像变得清晰，增强图像的边缘突出或轮廓清晰；