[发明专利]一种变电站巡检机器人的指针式仪表读数识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种高效的指针式仪表读数自动识别方法。

背景技术

在电力系统中，指针式仪表有着广泛的应用。在变电站，需要对仪表读数进行实时监控，以防止一些参数超标而发生意外。目前的巡检方法主要是人工巡检。人工巡检读数的效率低，误差大，危险性高。因此，需要发明一种通过巡检机器人获取图像、利用高效的图像处理技术获取仪表读数的方法，以提高效率，确保电力系统的安全运行。

变电站巡检机器人基于自主导航、精确定位的移动平台，集成可见光、红外、声音等传感器，根据所规划的路径，对需要巡检的仪表进行多方位的拍摄，并将检测到的仪表图像信息传输给巡检后台系统，巡检后台系统通过图像处理技术，完成仪表读数的自动识别。

现有技术中指针式仪表自动读数方法的基本步骤是获取图像，再经过Hough变换、图像对齐、图像二值化、利用消影法获取指针图像等步骤实现指针式仪表读数的自动识别。

在中国CN 104657711A提出了一种仪表指针自动识别方法，该方法利用Hough变换找到表盘及其圆心，再通过Hough变换找到经过表盘的直线，最后需要对表盘内的数字进行识别，并根据这些信息计算出指针所指的刻度。使用该方法时，运算量较大，所需的存储空间大；会受到刻度、数字等短小的直线干扰，指针形态差异较大的噪声对识别效果有较大的影响。

在《Hough变换的改进及其在电厂指针式仪表自动识别中的应用》(宋人杰，赵立亚，东北电力大学信息工程学院吉林132012)中提出了一种改进方法，减小Hough变换的搜索范围来减小变换所需的存储空间量，并将提前确定好的圆心直接加入到累加器中来减小计算量，从而减少了一定的计算时间。但在使用过程中，对于刻度、数字等短小的直线干扰问题仍未解决。

在中国CN 104392206A中提出了一种仪表读数识别方法，对图像进行Hough圆检测，提取表盘区域图像；对表盘区域图像进行预处理，使用中心投影法确定指针角度；提取仪表零刻度线、满刻度线位置模板，使用模板匹配得到零刻度线、满刻度线角度；根据角度计算出指针读数。该方法步骤繁多，需要对图像进行高斯滤波、图像二值化、图像细化等，对图像预处理有要求较高，如图像中噪声太多，可能会对指针提取产生很大的影响；且在确定指针角度时需要提取仪表零刻度线、满刻度线位置模板，再使用模板匹配得到零刻度线、满刻度线角度，步骤十分繁琐。

在中国CN 105303168A提出了一种指针式仪表识别方法，其主要步骤是图像获取、图像预处理、图像校正、利用Hough变换提取仪表指针信息利用对应关系自动生成仪表读数。该方法不需要过多的先验知识，简化了人工参与，提高了识别的自动化程度；但当针对仪表表面出现破损，图像反光，或拍摄图像抖动较大时，该方法具有很大的缺陷。

从以上分析，可看出在现有的指针式仪表自动读数方法中，存在着许多问题仍未解决。因此，有必要提供一种高效的指针式仪表读数自动识别方法解决上述问题。指针式仪表的自动读数的主要过程可归纳为：仪表的定位、指针的识别。在仪表的定位过程中，若直接使用Hough圆检测会因场景中存在相同大小的圆形物体而导致定位错误，使用特征匹配也会出现同样的问题。实际巡检过程中，机器人在每一个预设点拍摄仪表时，若不考虑机器人定位位差，仪表在图中出现的位置是确定的，即便考虑到机器人的定位误差，在定位精度达到要求的情况下，仪表出现的位置也是在一个较小范围内，在这个范围内不会出现与仪表形状相同的物体，在此进行Hough圆检测就可以避免因为有相同形状的物体而导致的定位错误。

在仪表指针的识别过程中，传统方法中使用直线检测方法来确定指针的位置，容易受到光照、表盘标记、细小污渍的干扰，造成指针识别错误。本专利中提出的方法模拟人类视觉的方向感受，自动忽略掉与指针不相关的噪声，直接获得指针的角度，进而得到指针读数，具有较强鲁棒性。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种对光照、阴影等干扰具有较强鲁棒性，对预处理要求不高，对仪表定位精度具有鲁棒性，步骤较少的方法。本发明的技术方案如下：

一种变电站巡检机器人的指针式仪表读数识别方法，其包括以下步骤：

根据变电站巡检机器人在预设位置拍摄获取的变电站图像对仪表粗定位，提取仪表可能出现的区域；

对仪表可能出现的图像区域利用Sobel索贝勒算子进行边缘检测；

然后进行快速Hough霍夫变换来检测圆形，以圆的面积作为度量，计算检测出的圆的质量，选出最优的圆作为表盘所在位置，提取出表盘区域图像；