CN105578154A - 一种基于图像采集的电能表自动抄表平台及自动抄表方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于图像采集的电能表自动抄表平台及自动抄表方法，其包括：(1)通过CMOS图像传感器对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像；(2)通过数字信号处理器对步骤(1)获得的表框图像进行图像处理，以获得电能表读数；(3)通过FLASH存储器和LCD显示屏分别对步骤(2)获得的电能表读数进行存储和显示。其中所述方法利用基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台实施，所述平台包括CMOS图像传感器、数字信号处理器、LCD显示屏和FLASH存储器，其中所述CMOS图像传感器、所述LCD显示屏和所述FLASH存储器分别与所述数字信号处理器连接。通过本发明，能够替代原有的繁琐的人工抄表操作，克服雾霾天气对抄表的影响，提高抄表的效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及电能表领域，尤其涉及一种基于CMOS图像采集对电能表进行自动抄表的方法。
背景技术
电能表是测量用电单位或个人用电读数的仪表，是供电部门收费和调配电力资源的重要参考数据，同时电能表的数量众多，基本上每一个用电单位需要设置一个电能表，每一户居民也需要单独设置一个电能表。因而，从电能表的价值和分布特点可以看出，电能表的读数采集需要同时满足高效和高精度的要求。
然而，现有技术中的电能表抄表方案都存在固有的缺陷：(1)手动的抄表方式虽然能保证采集读数的精度，但是需要耗费大量的人工成本，采集效率不高，实时性不强；(2)现有的一些电子抄表方案只能保证正常环境下的读数采集，由于很多电能表置于户外，在能见度较低的天气下，例如多雾天气环境下，往往会造成拍摄的电能表图像模糊不清，相应地，识别的读数误差很大。
因此，需要一种新的电能表自动抄表方法，采用电子抄表的方式替代原有的人工抄表方式，同时，对电子抄表方式进行升级改造，增加图像清晰化处理功能，克服多雾天气对电能表读数识别的不利影响，从而能够满足电能表读数采集的高效和高精度的要求。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于CMOS图像采集对电能表进行自动抄表的方法，其包括：
(1)通过CMOS图像传感器对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像；
(2)通过数字信号处理器对步骤(1)获得的表框图像进行图像处理，以获得电能表读数；
(3)通过FLASH存储器和LCD显示屏分别对步骤(2)获得的电能表读数进行存储和显示；
其中所述方法利用基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台实施，所述平台包括CMOS图像传感器、数字信号处理器、LCD显示屏和FLASH存储器，其中所述CMOS图像传感器、所述LCD显示屏和所述FLASH存储器分别与所述数字信号处理器连接。
具体地，所述CMOS图像传感器用于对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像，所述数字信号处理器与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述表框图像进行图像处理，以获得电能表读数，所述FLASH存储器与所述数字信号处理器连接，用于存储所述电能表读数，所述LCD显示屏与所述数字信号处理器连接，用于显示所述电能表读数。
更具体地，所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台还包括：CSI接口，位于CMOS图像传感器和图像预处理设备之间，用于将所述CMOS图像传感器拍摄的表框图像传送给图像预处理设备；
第一并口，位于所述数字信号处理器和所述LCD显示屏之间，用于将所述数字信
号处理器获得的电能表读数传送给所述LCD显示屏以进行显示；
第二并口，位于所述数字信号处理器和所述FLASH存储器之间，用于将所述数字信号处理器获得的电能表读数传送给所述FLASH存储器以进行存储；
供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
图像预处理设备，位于所述CSI接口和所述数字信号处理器之间，用于接收所述表框图像，对所述表框图像进行去雾处理以获得去雾表框图像，将所述去雾表框图像输入所述数字信号处理器以进行图像处理以获得电能表读数。
更具体地，所述图像预处理设备还包括：
存储子设备，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
区域划分子设备，连接所述CSI接口以接收所述表框图像，对所述表框图像进行灰度化处理以获得灰度化表框图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化表框图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化表框图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述表框图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩
色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
整体大气光值获取子设备，与所述存储子设备连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述表框图像和所述黑色通道，将所述表框图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述表框图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preservinggaussianfilter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述表框图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述表框图像中每一个像素的像素值包括所述表框图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾表框图像；
其中，所述雾霾浓度检测子设备还内置有静态存储单元，用于预先存储关系对照表，所述关系对照表保存了雾霾浓度与雾霾去除强度之间的对应关系。
具体地，所述CMOS图像传感器拍摄的表框图像传送给图像预处理设备，所述图像预处理设备对所述表框图像进行去雾处理以获得去雾表框图像，将所述去雾表框图像输入所述数字信号处理器后依次进行图像锐化、自适应递归滤波和OCR识别处理，以获得电能表读数。
具体地，在所述方法中，所述CMOS图像传感器为Omnivision公司的OV7640传感器。
具体地，在所述方法中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。
具体地，在所述方法中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备被集成在一块电路板上。
具体地，在所述方法中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备被集成在一块FPGA芯片中。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台，所述平台包括数字信号处理器、LCD显示屏、FLASH存储器和CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器用于对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像，所述数字信号处理器与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述表框图像进行图像处理，以获得电能表读数，所述FLASH存储器与所述数字信号处理器连接，用于存储所述电能表读数，所述LCD显示屏与所述数字信号处理器连接，用于显示所述电能表读数。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，还包括：CSI接口，位于CMOS图像传感器和图像预处理设备之间，用于将所述CMOS图像传感器拍摄的表框图像传送给图像预处理设备；
第一并口，位于所述数字信号处理器和所述LCD显示屏之间，用于将所述数字信号处理器获得的电能表读数传送给所述LCD显示屏以进行显示；
第二并口，位于所述数字信号处理器和所述FLASH存储器之间，用于将所述数字
信号处理器获得的电能表读数传送给所述FLASH存储器以进行存储；
供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
图像预处理设备，位于所述CSI接口和所述数字信号处理器之间，用于接收所述表框图像，对所述表框图像进行去雾处理以获得去雾表框图像，将所述去雾表框图像输入所述数字信号处理器以进行图像处理以获得电能表读数。
更具体地，所述图像预处理设备还包括：
存储子设备，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
区域划分子设备，连接所述CSI接口以接收所述表框图像，对所述表框图像进行灰度化处理以获得灰度化表框图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化表框图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化表框图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述表框图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
整体大气光值获取子设备，与所述存储子设备连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述表框图像和所述黑色通道，将所述表框图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；
大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述表框图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preservinggaussianfilter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；
介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；
清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述表框图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述表框图像中每一个像素的像素值包括所述表框图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾表框图像；
所述数字信号处理器在接收到所述去雾表框图像后，对所述去雾表框图像依次进行图像锐化、自适应递归滤波和OCR识别处理，以获得电能表读数；
其中，所述雾霾浓度检测子设备还内置有静态存储单元，用于预先存储关系对照表，所述关系对照表保存了雾霾浓度与雾霾去除强度之间的对应关系。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，所述CMOS图像传感器为Omnivision公司的OV7640传感器。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备被集成在一块电路板上。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备被集成在一块FPGA芯片中。
本发明的基于CMOS图像采集对电能表进行自动抄表的方法和基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台，利用高精度的图像采集技术和图像处理技术，保障数据采集的高效率，同时根据大气衰减模型确定雾霾对图像的影响因素，并对多雾天气下采集的电能表图像进行去雾霾化处理，获得清晰的电能表图像，从而保障读数采集的准确性。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台的实施方案进行详细说明。
电能可以转换成各种能量。如：通过电炉转换成热能，通过电机转换成机械能，通过电灯转换成光能等。而记录这种电能的电表为电能表。
电能表的工作原理如下：当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。
由于电能表具有分布广泛的特点，且电能表读数的正确与否非常重要。因此，电能表读数的采集既要快速又要准确。然而现有技术中的电能表读数采集平台无法同时满足这两点要求。为此，本发明搭建了一种基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台，通过有针对性的图像采集处理技术满足高效要求，通过去雾霾化处理实现恶劣天气下也能进行高精度的电能表读数的采集，从而符合供电部门的设定要求。
图1为根据本发明实施方案示出的基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台的结构方框图，所述平台包括数字信号处理器1、LCD显示屏4、FLASH存储器3和CMOS图像传感器2，所述CMOS图像传感器2用于对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像，所述数字信号处理器1与所述CMOS图像传感器2连接，用于对所述表框图像进行图像处理，以获得电能表读数，所述FLASH存储器3与所述数字信号处理器1连接，用于存储所述电能表读数，所述LCD显示屏4与所述数字信号处理器1连接，用于显示所述电能表读数。
接着，继续对本发明的基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台的具体结构进行进一步的说明。
所述平台还包括：CSI接口，位于CMOS图像传感器2和图像预处理设备之间，用于将所述CMOS图像传感器2拍摄的表框图像传送给图像预处理设备。
所述平台还包括：第一并口，位于所述数字信号处理器1和所述LCD显示屏4之间，用于将所述数字信号处理器1获得的电能表读数传送给所述LCD显示屏4以进行显示。
所述平台还包括：第二并口，位于所述数字信号处理器1和所述FLASH存储器3之间，用于将所述数字信号处理器1获得的电能表读数传送给所述FLASH存储器3以进行存储。
所述平台还包括：供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。
所述平台还包括：图像预处理设备，位于所述CSI接口和所述数字信号处理器1之间，用于接收所述表框图像，对所述表框图像进行去雾处理以获得去雾表框图像，将所述去雾表框图像输入所述数字信号处理器1以进行图像处理以获得电能表读数。
所述图像预处理设备还包括：存储子设备，用于预先存储天空上限灰度阈值和天
空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间。
所述图像预处理设备还包括：雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间。
所述图像预处理设备还包括：区域划分子设备，连接所述CSI接口以接收所述表框图像，对所述表框图像进行灰度化处理以获得灰度化表框图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化表框图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化表框图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述表框图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像。
所述图像预处理设备还包括：黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道。
所述图像预处理设备还包括：整体大气光值获取子设备，与所述存储子设备连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述表框图像和所述黑色通道，将所述表框图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值。
所述图像预处理设备还包括：大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述表框图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preservinggaussianfilter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值。
所述图像预处理设备还包括：介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体
大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率。
所述图像预处理设备还包括：清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述表框图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述表框图像中每一个像素的像素值包括所述表框图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾表框图像。
所述数字信号处理器1在接收到所述去雾表框图像后，对所述去雾表框图像依次进行图像锐化、自适应递归滤波和OCR识别处理，以获得电能表读数。
其中，所述雾霾浓度检测子设备还内置有静态存储单元，用于预先存储关系对照表，所述关系对照表保存了雾霾浓度与雾霾去除强度之间的对应关系。
更具体地，在所述基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台中，所述CMOS图像传感器为Omnivision公司的OV7640传感器。
其中，在所述平台中，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备可以分别采用不同的FPGA芯片来实现；或者所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备可以被集成在一块电路板上；可替换地，所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备可以被集成在一块FPGA芯片中。
另外，雾霾图像可以通过一系列图像处理设备实现图像的去雾霾化，以获得清晰化的图像，提高图像的能见度。这些图像处理设备分别执行不同的图像处理功能，基于雾霾形成的原理，达到去除雾霾的效果。雾霾图像的清晰化处理对于军用和民用领域都具有极大的应用价值，军用领域包括军事国防、遥感导航等，民用领域包括道路监测、目标跟踪和自动驾驶等。
雾霾图像形成的过程可以用大气衰减过程来描绘，在雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系可用整体大气光值和每一个像素的介质传输率来表述，即在已知雾霾图像的情况下，根据整体大气光值和每一个像素的介质传输率，可以求解出清晰化图像。
对于整体大气光值和每一个像素的介质传输率的求解都存在一些有效且经过验证的手段，例如，对于每一个像素的介质传输率，需要获得整体大气光值和每一个像素的大气散射光值，而每一个像素的大气散射光值可在对每一个像素在雾霾图像中的像素值进行两次保持边缘的高斯平滑滤波而获得，其间，雾霾去除的强度可调，而整体大气光值可通过获取雾霾图像的黑色通道(即在雾霾图像中使得一些像素的黑色通道值非常低，黑色通道为R，G，B三颜色通道中的一种)，在雾霾图像中，通过寻找黑色通道像素值偏大的多个像素中寻找灰度值最大的像素来获得，即将寻找到的、灰度值最大的像素的灰度值作为整体大气光值，参与雾霾图像中每一个像素的清晰化处理。具体的雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系，以及各个参数之间的关系可参见以上内容。
通过对雾霾图像形成原理的探讨，搭建了雾霾图像和清晰化图像之间的关系，用多个参数表示这种关系，随后通过获得的多个参数值和雾霾图像即可还原获得清晰度较高的图像，由于参数的获得借用了一些统计手段和经验手段，因此所述清晰度较高的图像不可能完全等同于实际图像，但已经具有相当程度的去雾霾效果，为雾霾天气下的各个领域作业提供有效保障。
另外，并口即并行接口，指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。从最简单的一个并行数据寄存器或专用接口集成电路芯片如8255、6820等，至较复杂的SCSI或IDE并行接口，种类有数十种。
一个并行接口的接口特性可以从两个方面加以描述：1、以并行方式传输的数据通道的宽度，也称接口传输的位数；2、用于协调并行数据传输的额外接口控制线或称交互信号的特性。数据的宽度可以从1-128位或者更宽，最常用的是8位，可通过接口一次传送8个数据位。在计算机领域最常用的并行接口是通常所说的LPT接口。
采用本发明的基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台，针对现有电能表抄表系统效率低下且在恶劣天气可能存在精度不高的技术问题，通过采用有针对性的图像采集和图像处理技术，替代人工抄表方式，提高抄表效率，同时，加入基于大气衰减模型的图像预处理装置实现去雾霾化处理，降低雾霾对的抄表图像的质量的影响，避免电能表读数采集数据被干扰。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种基于CMOS图像采集对电能表进行自动抄表的方法，其包括：
(1)通过CMOS图像传感器对电能表的表框进行拍摄以获得表框图像；
(2)通过数字信号处理器对步骤(1)获得的表框图像进行图像处理，以获得电能表读数；
(3)通过FLASH存储器和LCD显示屏分别对步骤(2)获得的电能表读数进行存储和显示；
所述方法利用基于CMOS图像采集的电能表自动抄表平台实施，所述平台包括CMOS图像传感器、数字信号处理器、LCD显示屏和FLASH存储器，其中所述CMOS图像传感器、所述LCD显示屏和所述FLASH存储器分别与所述数字信号处理器连接；
所述电能表自动抄表平台还包括：
CSI接口，位于CMOS图像传感器和图像预处理设备之间，用于将所述CMOS图像传感器拍摄的表框图像传送给图像预处理设备；
第一并口，位于所述数字信号处理器和所述LCD显示屏之间，用于将所述数字信号处理器获得的电能表读数传送给所述LCD显示屏以进行显示；
第二并口，位于所述数字信号处理器和所述FLASH存储器之间，用于将所述数字信号处理器获得的电能表读数传送给所述FLASH存储器以进行存储；
供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
图像预处理设备，位于所述CSI接口和所述数字信号处理器之间，用于接收所述表框图像，对所述表框图像进行去雾处理以获得去雾表框图像，将所述去雾表框图像输入所述数字信号处理器以进行图像处理以获得电能表读数；
所述图像预处理设备还包括：
存储子设备，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
区域划分子设备，连接所述CSI接口以接收所述表框图像，对所述表框图像进行灰度化处理以获得灰度化表框图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化表框图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化表框图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述表框图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
整体大气光值获取子设备，与所述存储子设备连接以获得预设像素值阈值，与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述表框图像和所述黑色通道，将所述表框图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；
大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述表框图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；
介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；
清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述表框图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述表框图像中每一个像素的像素值包括所述表框图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾表框图像；
其中，所述雾霾浓度检测子设备还内置有静态存储单元，用于预先存储关系对照表，所述关系对照表保存了雾霾浓度与雾霾去除强度之间的对应关系；
所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备被集成在一块FPGA芯片中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20160511 |