CN107229896A - 基于图像检测的智能型电表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像检测的智能型电表，包括高清图像采集设备、图像预处理设备、图像识别设备和主控制器，高清图像采集设备用于面向电表的外框进行拍摄以获得高清外框图像，图像预处理设备用于对高清外框图像进行图像预处理，并将预处理结果发送给图像识别设备以进行电表外框特征提取，主控制器与图像识别设备连接，用于基于提取的电表外框特征确定电表是否发生窃电。通过本发明，能够通过图像处理实现电表窃电情况的自动识别。

Description

基于图像检测的智能型电表

本发明是申请号为2016101804131、申请日为2016年3月25日、发明名称为“基于图像检测的智能型电表”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于图像检测的智能型电表。

背景技术

电表产品上，目前已经具备了多功能、网络化、智能化、数字化的需求，能够满足当前各种计量的要求，如有功计量、无功计量、需量计算，电网质量检测、电网事件记录等复杂功能，并能够作为通讯从站与中央控制主站进行数据交互。

当前，用于测量电能使用情况的电表仍存在以下缺陷：精度不高，无法同时满足供电方和用电方要求的数据分辨率；窃电情况时有发生，只能通过人工手段去定点定时检测窃电情况是否存在，无法做到窃电的实时检测。

因此，需要一种新型电表，对电表进行结构改造和升级，提高电表的检测效率和准确性，同时，在电表设备空间内引入实时防窃电设备，提高电表的防窃电性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像检测的智能型电表，通过对电表的内部结构去冗余化，改善电表对供电线路电力参数的检测精度，同时，采用有针对性的图像识别技术以实时检测到电表的封印和螺丝变动情况，从而进一步判断电表是否被窃电，避免供电部门的经济损失扩大。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像检测的智能型电表，包括高清图像采集设备、图像预处理设备、图像识别设备和主控制器，高清图像采集设备用于面向电表的外框进行拍摄以获得高清外框图像，图像预处理设备用于对高清外框图像进行图像预处理，并将预处理结果发送给图像识别设备以进行电表外框特征提取，主控制器与图像识别设备连接，用于基于提取的电表外框特征确定电表是否发生窃电。

更具体地，在所述基于图像检测的智能型电表中，包括：高清图像采集设备，设置在电表的上方，面向电表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，并基于高清外框图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，针对高清外框图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电表外框封印轮廓和电表外框螺丝轮廓检测校正图像中电表外框封印的位置和电表外框螺丝的位置，并基于校正图像中电表外框封印的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框封印图像，基于校正图像中电表外框螺丝的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框螺丝图像；封印移动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框封印图像和预设灰度外框封印图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出封印移动信号；螺丝变动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框螺丝图像和预设灰度外框螺丝图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出螺丝变动信号；电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号；三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V；日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；FLASH存储设备，采用容量为1M字节的AT45DB081芯片，通过串行外设接口SPI与DSP处理芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度外框封印图像和预设灰度外框螺丝图像；集成通信设备，与DSP处理芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，通信速率为1200bps，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口；DSP处理芯片，与封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别连接，当接收到封印移动信号且接收到螺丝变动信号时，发出窃电确认信号，当只接收到封印移动信号或只接收到螺丝变动信号时，发出窃电疑似信号，当封印移动信号和螺丝变动信号都未接收到时，发出窃电否认信号；频分双工通信接口，与DSP处理芯片连接，用于将窃电确认信号、窃电疑似信号或窃电否认信号无线发送到远端的电力管理控制中心；其中，DSP处理芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率。

更具体地，在所述基于图像检测的智能型电表中：ZIGBEE通信接口，设置在电表的外框上。

更具体地，在所述基于图像检测的智能型电表中：ZIGBEE通信接口与DSP处理芯片连接，用于将三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率发送到附近的抄表终端。

更具体地，在所述基于图像检测的智能型电表中：封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别采用不同型号的CPLD芯片来实现。

更具体地，在所述基于图像检测的智能型电表中：红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口被集成在一块集成电路板上。

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图像检测的智能型电表的结构方框图。

附图标记：1高清图像采集设备；2图像预处理设备；3图像识别设备；4主控制器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于图像检测的智能型电表的实施方案进行详细说明。

电表与供电管理部门和用电方的经济利益密切相关，如果电表的测量结果不准，很容易导致收费不够客观，收费过多，则侵犯了用电方的经济利益，收费过少，则损害了供电管理部门的经济利益，因此，电表的测量精度一定要准确。

同时，对电表做手脚能够实现改变电表读数的窃电效果，这也是供电管理部门不愿意看到的，供电管理部门一般会对电表在机械和电子方面做出一些防窃电处理，然而，由于电表大多设置在用电方所在位置附近的公共区域内，长时间脱离供电管理部门的视野，这还是给窃电提供了机会。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像检测的智能型电表，能够实时对电表进行检测，在发现窃电情况时立即进行报警，同时，还能够优化现有的电表的内部结构，提供电表的测量性能。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像检测的智能型电表的结构方框图，包括高清图像采集设备、图像预处理设备、图像识别设备和主控制器，高清图像采集设备用于面向电表的外框进行拍摄以获得高清外框图像，图像预处理设备用于对高清外框图像进行图像预处理，并将预处理结果发送给图像识别设备以进行电表外框特征提取，主控制器与图像识别设备连接，用于基于提取的电表外框特征确定电表是否发生窃电。

接着，继续对本发明的基于图像检测的智能型电表的具体结构进行进一步的说明。

所述电表包括：高清图像采集设备，设置在电表的上方，面向电表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，并基于高清外框图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，针对高清外框图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11。

所述电表包括：图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。

所述电表包括：全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值。

所述电表包括：图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电表外框封印轮廓和电表外框螺丝轮廓检测校正图像中电表外框封印的位置和电表外框螺丝的位置，并基于校正图像中电表外框封印的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框封印图像，基于校正图像中电表外框螺丝的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框螺丝图像。

所述电表包括：封印移动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框封印图像和预设灰度外框封印图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出封印移动信号；螺丝变动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框螺丝图像和预设灰度外框螺丝图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出螺丝变动信号。

所述电表包括：电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号。

所述电表包括：三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理。

所述电表包括：变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V；日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持。

所述电表包括：液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；FLASH存储设备，采用容量为1M字节的AT45DB081芯片，通过串行外设接口SPI与DSP处理芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度外框封印图像和预设灰度外框螺丝图像。

所述电表包括：集成通信设备，与DSP处理芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，通信速率为1200bps，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口。

所述电表包括：DSP处理芯片，与封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别连接，当接收到封印移动信号且接收到螺丝变动信号时，发出窃电确认信号，当只接收到封印移动信号或只接收到螺丝变动信号时，发出窃电疑似信号，当封印移动信号和螺丝变动信号都未接收到时，发出窃电否认信号。

所述电表包括：频分双工通信接口，与DSP处理芯片连接，用于将窃电确认信号、窃电疑似信号或窃电否认信号无线发送到远端的电力管理控制中心。

其中，DSP处理芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率。

可选地，在所述电表中：ZIGBEE通信接口，设置在电表的外框上；ZIGBEE通信接口与DSP处理芯片连接，用于将三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率发送到附近的抄表终端；封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别采用不同型号的CPLD芯片来实现；以及可以将红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口集成在一块集成电路板上。

另外，DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。

根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

采用本发明的基于图像检测的智能型电表，针对现有技术电表精度不高且无法实时防窃电的技术问题，通过对电表的测量机制进行优化，提高测量的准确性，还引入了基于图像处理的封印检测设备和螺丝检测设备，用于识别电表外框上封印和螺丝的变动情况，并基于电表外框上封印和螺丝的变动情况实时做出电表是否被窃电的报警操作，从而解决了上述技术问题。

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 (2)

1.一种基于图像检测的智能型电表，包括高清图像采集设备、图像预处理设备、图像识别设备和主控制器，高清图像采集设备用于面向电表的外框进行拍摄以获得高清外框图像，图像预处理设备用于对高清外框图像进行图像预处理，并将预处理结果发送给图像识别设备以进行电表外框特征提取，主控制器与图像识别设备连接，用于基于提取的电表外框特征确定电表是否发生窃电。

2.如权利要求1所述的基于图像检测的智能型电表，其特征在于，所述电表包括：

高清图像采集设备，设置在电表的上方，面向电表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；

复杂度检测设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，并基于高清外框图像计算并输出图像复杂度；

灰度转化设备，与高清图像采集设备连接，用于接收高清外框图像，针对高清外框图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；

图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；

全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；

图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；

轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电表外框封印轮廓和电表外框螺丝轮廓检测校正图像中电表外框封印的位置和电表外框螺丝的位置，并基于校正图像中电表外框封印的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框封印图像，基于校正图像中电表外框螺丝的位置从灰度化图像处分割出对应的电表外框螺丝图像；

封印移动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框封印图像和预设灰度外框封印图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出封印移动信号；

螺丝变动识别设备，与轮廓检测设备和FLASH存储设备连接，用于确定电表外框螺丝图像和预设灰度外框螺丝图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出螺丝变动信号；

电流传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电流信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电流信号较小的微电流信号；

电压传感器，与三相电力线路连接，用于对三相电力线路中的电压信号进行大小转换，输出相对于三相电力线路中的电压信号较小的微电压信号；

抗混叠滤波电路，分别与电流传感器和电压传感器连接，用于对接收到的微电流信号和微电压信号进行抗混叠滤波处理，以输出处理后的微电流信号和微电压信号；

三相电能计量设备，与抗混叠滤波电路连接，基于处理后的微电流信号和微电压信号确定三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；

整流设备，与三相电力线路连接，用于将三相电力线路的交流电整流为直流电；

稳压设备，与整流设备连接，用于对直流电进行稳压处理；

变压设备，与稳压设备连接，用于对稳压后的直流电进行变压处理以获得各个电子设备所需要的工作电压，各个电子设备所需要的工作电压包括36V、12V、5V和3.3V；

日历时钟设备，包括日历时钟芯片和锂电池，日历时钟芯片用于提供实时时钟数据，还通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，锂电池与日历时钟芯片连接，用于在断电情况下为日历时钟芯片提供备用电力支持；

液晶显示设备，包括笔段式液晶显示驱动器和液晶显示屏，笔段式液晶显示驱动器通过同步串行接口I2C与DSP处理芯片连接，用于控制液晶显示屏上的显示内容；

FLASH存储设备，采用容量为1M字节的AT45DB081芯片，通过串行外设接口SPI与DSP处理芯片进行双向数据交换，FLASH存储设备还用于存储预设灰度外框封印图像和预设灰度外框螺丝图像；

集成通信设备，与DSP处理芯片连接，包括红外发射器、红外接收器、光耦器件、RS485驱动器和RS485通信接口，红外发射器采用38kHz的调制光，通信速率为1200bps，红外接收器采用集电极开路方式输出从接收到的红外光中解调出来的数字信号，RS485驱动器与RS485通信接口连接，光耦器件用于将红外发射器和红外接收器隔离于RS485驱动器和RS485通信接口；

DSP处理芯片，与封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别连接，当接收到封印移动信号且接收到螺丝变动信号时，发出窃电确认信号，当只接收到封印移动信号或只接收到螺丝变动信号时，发出窃电疑似信号，当封印移动信号和螺丝变动信号都未接收到时，发出窃电否认信号；

频分双工通信接口，与DSP处理芯片连接，用于将窃电确认信号、窃电疑似信号或窃电否认信号无线发送到远端的电力管理控制中心；

其中，DSP处理芯片还分别与变压设备、日历时钟设备、液晶显示设备、FLASH存储设备、集成通信设备和三相电能计量设备连接，用于从三相电能计量设备处接收三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率；

ZIGBEE通信接口，设置在电表的外框上；

ZIGBEE通信接口与DSP处理芯片连接，用于将三相电力线路中各相以及合相的有功功率、无功功率和视在功率发送到附近的抄表终端。