基于圖像處理的斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)研究
0 引言
我國(guó)工業(yè)化和信息化進(jìn)程飛快,各類(lèi)儀表的使用也越來(lái)越頻繁,據(jù)調(diào)查,由于變電站的特殊性,在日常應(yīng)用上,還是指針類(lèi)儀表應(yīng)用偏多。隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷完善,儀表識(shí)別技術(shù)也得到了飛躍式發(fā)展,如何更加精準(zhǔn)地對(duì)指針類(lèi)儀表進(jìn)行讀數(shù),是亟待解決和提升的重要問(wèn)題。
1 基于圖像處理的斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)的重要性
在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕a(chǎn)中,常見(jiàn)的用于顯示數(shù)據(jù)的工具就是各類(lèi)儀表,如家庭用到的電表、水表等。一般情況下,儀表有指針式和數(shù)字式兩種,數(shù)字式儀表可以通過(guò)數(shù)字直觀顯示數(shù)值,其結(jié)果更加精確,在進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)也更加簡(jiǎn)單,但是其構(gòu)造復(fù)雜并且相對(duì)成本較高。而指針式儀表,由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安全可靠,不易受到其他因素的影響且性?xún)r(jià)比相對(duì)較高,所以在進(jìn)行變電站斷路器壓力測(cè)量時(shí),通常選用指針式儀表。在變電站中,壓力表起著至關(guān)重要的作用,雖然伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展,很多智能變電站應(yīng)勢(shì)而生,數(shù)字儀表逐漸取代指針儀表走上舞臺(tái),但是數(shù)字儀表極易受到電磁場(chǎng)等影響,并且在壓力變化較快的環(huán)境中,不容易顯示其變換規(guī)律,基于此,指針儀表在一定程度上還是不可替代的[1]。傳統(tǒng)方式是采用人工抄錄的辦法統(tǒng)計(jì)斷路器的壓力值,不僅在抄錄的過(guò)程中費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且后續(xù)還要將抄錄結(jié)果一一錄入電腦,工作效率非常低并且由于人為因素的影響,準(zhǔn)確率并不高。基于這個(gè)情況,國(guó)內(nèi)很早就開(kāi)始了對(duì)儀表識(shí)別技術(shù)的研究,比如有跡可循的:距離判別法、結(jié)合圖像處理技術(shù)與伺服跟蹤技術(shù)的識(shí)別方法、最大灰度相減法、種子填充法等等,不斷推進(jìn)著斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。
2 基于圖像處理的斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)的對(duì)策
2.1 圖像處理及具體流程
在進(jìn)行變電站斷路器壓力表的識(shí)別過(guò)程中,首先是對(duì)收集到的指針儀表的圖像進(jìn)行處理,這是壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。圖像處理的好壞程度直接影響著壓力表讀數(shù)的精準(zhǔn)度,基于此,在圖像處理過(guò)程中,一定要嚴(yán)格把控各個(gè)流程,以確保讀取的信息準(zhǔn)確無(wú)誤。具體流程如下。
2.1.1 進(jìn)行圖像灰度化處理
圖像灰度化處理,顧名思義,是將收集到的帶有顏色的圖片處理成灰度的過(guò)程。這一過(guò)程,一是減少色彩對(duì)于圖片清晰度的影響,同時(shí)避免發(fā)生由于顏色過(guò)多過(guò)亮而導(dǎo)致光線不適應(yīng)的情況發(fā)生。二是由于彩色的圖片相較于灰度圖片來(lái)說(shuō),其占用的內(nèi)存空間更多,操作也更為復(fù)雜,處理速度慢,所以轉(zhuǎn)換成灰度圖像也更易操作。
2.1.2 進(jìn)行圖像增強(qiáng)、去燥處理
在進(jìn)行壓力表圖像收集的過(guò)程中,由于受到光照程度不均或者反光的的影響,必然會(huì)有圖片不清晰的情況發(fā)生,圖像增強(qiáng)就是基于這個(gè)情況,利用增強(qiáng)技術(shù)將圖像中部清晰的地方進(jìn)行處理,使其變得清晰或者是重點(diǎn)突出起來(lái),提高圖像的質(zhì)量。另外,在進(jìn)行的壓力表數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)冗^(guò)程中,會(huì)受到噪音的干擾,噪音會(huì)不同程度影響圖像的質(zhì)量,所以在進(jìn)行壓力表數(shù)據(jù)讀取之前,對(duì)圖像進(jìn)行去燥處理也至關(guān)重要。
2.1.3 圖像常規(guī)檢測(cè)
由于圖像在采集的過(guò)程中,沒(méi)有辦法保證每個(gè)位置都方正,一定會(huì)存在傾斜的狀況,所以需要對(duì)圖像進(jìn)行常規(guī)的檢測(cè)和糾正,以免由于圖像傾斜造成的數(shù)值讀取誤差。
2.1.4 圖像的二值化處理
圖像二值化是指將圖像上的每一點(diǎn)的灰度值設(shè)置為0或255,灰度值的無(wú)用信息會(huì)被刪除,從而使得處理過(guò)的圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。
2.1.5 圖像的合理分割以及形態(tài)學(xué)處理
圖像的分割就是指將圖像的主要組成部分進(jìn)行分離,即將壓力表的指針與背景的表盤(pán)進(jìn)行分離處理,進(jìn)而得到想要的部分。形態(tài)學(xué)圖像處理是指用一定特征的形態(tài)元素去度量和處理圖像中特定的形狀,實(shí)現(xiàn)指針特征的提取。通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)圖像處理后,可得到儀表圖像特征信息,并減少信息量,加快儀表讀數(shù)識(shí)別的速度。
2.2 對(duì)壓力表的指針進(jìn)行有效定位
對(duì)于指針儀表,只有確定指針的位置,才能精準(zhǔn)讀出數(shù)值,所以進(jìn)行斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵,就是對(duì)指針的位置的確定。在確認(rèn)指針位置的同時(shí),首先要對(duì)壓力表的圓心進(jìn)行確認(rèn),先檢測(cè)出圓形的位置,在通過(guò)科技確定其圓心位置,對(duì)于儀表來(lái)說(shuō),指針式一定會(huì)通過(guò)的圓心的,所以圓心的確定也有利于后續(xù)對(duì)于指針確定的處理,可以直接過(guò)濾掉沒(méi)有經(jīng)過(guò)圓心的直線。進(jìn)而通過(guò)Hough變換的方法,采集到圖像包含的直線。對(duì)于采集到的直線,只需要進(jìn)行兩步處理,第一需要去掉耐震液的直線后,在剩余的直線中,選擇通過(guò)圓心的最長(zhǎng)的一條,就是指針。
2.3 進(jìn)行斷路器壓力表計(jì)數(shù)值的最終判讀
進(jìn)行壓力表數(shù)值的判讀,是研究斷路器壓力表計(jì)識(shí)別技術(shù)的最終目的,是整個(gè)技術(shù)中最后也是最重要的一步,對(duì)于數(shù)值的判讀,常采用的辦法有兩種:距離判讀法和角度判讀法。
2.3.1 距離判讀法
顧名思義,是通過(guò)距離進(jìn)行讀數(shù)的方法,具體是通過(guò)確定指針停留的位置,進(jìn)而測(cè)量指針到與其相鄰的兩條刻度線的距離來(lái)確定儀表讀數(shù)的辦法。如果采用此種辦法,在進(jìn)行讀數(shù)之前,要做好前期的準(zhǔn)備工作,將儀表盤(pán)上的所有刻度線都進(jìn)行確認(rèn),進(jìn)而做出準(zhǔn)確的定位和標(biāo)記,并且要清晰地識(shí)別出每一條刻度線所對(duì)應(yīng)的數(shù)值,最后才能根據(jù)指針直線到左右相離刻度重心距離計(jì)算出儀表讀數(shù)[2]。
如上述步驟顯示,進(jìn)行距離判讀法的時(shí)候,對(duì)于刻度線以及其所對(duì)應(yīng)數(shù)值的要求非常嚴(yán)格,一個(gè)小的差錯(cuò)都容易導(dǎo)致數(shù)值讀取出錯(cuò),而在變電站中,一般斷路器的壓力表指針都具有很多條刻度線,給距離判讀方法增加很多難度,并且通過(guò)距離換算的方法,在算法上也相對(duì)麻煩,所以一般人們不會(huì)采取這種辦法進(jìn)行讀數(shù)。
2.3.2 角度判讀法
相對(duì)于距離判讀法,角度判讀法的操作程序要簡(jiǎn)單得多,直接通過(guò)指針偏轉(zhuǎn)的角度,分析其與表盤(pán)的關(guān)系就可以得出精確的數(shù)值?？梢酝ㄟ^(guò)hough變換獲得待測(cè)指針直線、零刻度線和最大示值刻度線,然后利用最小二乘法進(jìn)行直線擬合,獲取相關(guān)的角度值。
假設(shè)使用的壓力表量程范圍是-0.1～0.9 MPa,只需要在測(cè)量的過(guò)程中,計(jì)算出指針與最開(kāi)始刻度的夾角,就可以判斷出斷路器壓力表的讀數(shù)。在計(jì)算指針與起始刻度的夾角時(shí),為了更準(zhǔn)確快捷得到想要的數(shù)據(jù),可以先將整個(gè)壓力表進(jìn)行合理的劃分,用兩條直線均勻分成四個(gè)位置,再根據(jù)指針兩個(gè)端點(diǎn)中間部分所屬的位置,結(jié)合指針的傾斜率,算出指針與起始刻度的夾角。就可以順利讀出斷路器壓力表的讀數(shù)。
3 結(jié)語(yǔ)
在科學(xué)技術(shù)日益成熟的今天,進(jìn)行斷路器壓力表計(jì)識(shí)別的過(guò)程中,應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)人工識(shí)別的方法,發(fā)揮現(xiàn)代圖像處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì),對(duì)斷路器的壓力表進(jìn)行智能化識(shí)別,在提高工作效率的同時(shí),減少人工方面的投入,同時(shí)也能夠提高壓力表數(shù)值的準(zhǔn)確性。
