CN112781673A - 一种摄像式远程表盘自动抄读装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像式远程表盘自动抄读装置，固定在指针式表盘外面，所述摄像式远程表盘自动抄读装置包括数字照相机、处理器和通讯单元；所述数字照相机对准指针式表盘的指针，对指针式表盘的一个指针按预设频度拍照，预设频度为被拍摄指针最大转速的N倍，N为正整数且N的最小值为3；所述处理器根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数，得到指针式表盘的计量数值；通讯单元把计量数值和旋转的方向远程发送至上位机。本发明采用摄像的方法对指针计数，在不改动水表结构的条件下，从水表外部得到水表示值，可以适应任何带有指针结构的机械表具，抄读准确度高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及水表领域，尤其涉及一种摄像式远程表盘自动抄读装置。
背景技术
目前，水表摄像自动抄读技术应用并不普遍，造成这个局面的原因有三个：
清晰度的原因：水表在使用一段时间之后，因水雾、表盘污染、气泡等原因，所拍摄的照片清晰度不够，达不到图文转换技术的要求，无法准确自动识别，需要人工干预。
表盘适应能力：由于历史原因，安装在用的水表五花八门，拍摄的照片形形色色，有限的图文转换算法很难适应这些应用场景。
除了摄像直读水表外，目前其他任何抄读方式都必须改动水表原有的结构，只能应用到新生产的水表产品上，无法适应已经安装使用的普通机械表。
当前，人工抄表的成本仍然低于自动抄表，给智能水表推广带来一定阻力。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种摄像式远程表盘自动抄读装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种摄像式远程表盘自动抄读装置，固定在指针式表盘外面，所述摄像式远程表盘自动抄读装置包括数字照相机、处理器和通讯单元；所述数字照相机对准指针式表盘的指针，对指针式表盘的一个指针按预设频度拍照，预设频度为被拍摄指针最大转速的N倍，N为正整数且N的最小值为3；所述处理器根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数，得到指针式表盘的计量数值；通讯单元把计量数值和旋转的方向远程发送至上位机。
在一种可能的实施方式中，指针式表盘为机械水表。
在一种可能的实施方式中，所述摄像式远程表盘自动抄读装置还包括电池，电池为数字照相机、处理器和通讯单元供电。
在一种可能的实施方式中，所述电池选用一次性锂电池。
在一种可能的实施方式中，所述数字照相机位于指针式表盘的一个指针的正上方。
在一种可能的实施方式中，所述处理器根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数,得到水表的计量数值，具体包括：将表盘区域划分为N个区域；根据指针在N个区域出现的先后顺序，识别旋转方向；当连续的照片组中，指针在N个区域内都出现过，旋转圈数加一；根据旋转圈数，确定计量数值。
在一种可能的实施方式中，N为3。
在一种可能的实施方式中，数字照相机选用GC0308系列。
在一种可能的实施方式中，处理器为ARM Cortex M0+内核的HC32L190。
在一种可能的实施方式中，通讯单元为M5310A窄带物联网(NB-iot)模组。
本发明采用摄像的方法对指针计数，在不改动水表结构的条件下，从水表外部得到水表示值，可以适应任何带有指针结构的机械表具，抄读准确度高、成本低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种摄像式远程表盘自动抄读装置的结构示意图；
图2为清楚的水表的结构示意图；
图3为实际生活中水表的表盘在模糊状态下的示意图；
图4为图3抽象后的示意图；
图5为表盘划分为个区域的示意图；
图6为指针在抽象后的表盘的指向位置图一；
图7为指针在抽象后的表盘的指向位置图二；
图8为指针在抽象后的表盘的指向位置图三；
图9为指针抽象后的表盘的变化示意图；
图10为相机拍摄到的表盘在模糊示意图一；
图11为相机拍摄到的表盘在模糊示意图二。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1，本发明实施例提供一种摄像式远程表盘自动抄读装置，固定在指针式表盘外面，摄像式远程表盘自动抄读装置包括数字照相机1、处理器2和通讯单元3。
所述数字照相机1对准指针式表盘的指针，对指针式表盘的一个指针按预设频度拍照，预设频度为被拍摄指针最大转速的N倍，N为正整数且N的最小值为3。
所述处理器2根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数，得到指针式表盘的计量数值。
通讯单元3把计量数值和旋转的方向远程发送至上位机。
在一个示例中，指针式表盘为机械水表。
在一个示例中，所述处理器2根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数,得到水表的计量数值，具体包括：
将表盘区域划分为N个区域；
根据指针在N个区域出现的先后顺序，识别旋转方向；
当连续的照片组中，指针在N个区域内都出现过，旋转圈数加一；
根据旋转圈数，确定计量数值。
如图1，本发明实施例提供一种摄像式远程表盘自动抄读装置，固定在机械水表外面，摄像式远程表盘自动抄读装置包括数字照相机1、处理器2和通讯单元3。
所述数字照相机1对准水表的指针，对水表的特定的一个指针按合理的频度拍照，频度最低为被拍摄指针最大转速的3倍。
所述处理器2根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数,得到水表的计量数值。
通讯单元3把计量数据远程发送至上位机。
一个清楚的水表一般如图2所示，可以清楚的看清楚每个表盘指针的指向的数字，但是实际的水表在使用一段时间之后，因水雾、表盘污染、气泡等原因，会像图3所示一样，所拍摄的照片清晰度不够，达不到图文转换技术的要求，本申请就是针对像图3一样看不清楚的表盘进行图文处理，图3中的文字已经无法识别，只能大致的看到指针的位置，直接将图3抽象处理为图4，不再拍摄数字，只拍摄指针的大致位置，假设数字照相机1的拍摄品读为该指针的3倍，将表盘划分为3个120°的扇形区域，即如图5所示，下面我们以图5所示的3个区域进行说明如何进行计数。
在一个示例中，所述数字照相机1拍摄水表x0.01指针，示例一组照片按时间先后顺序排列如图6-8依次所示。
在图6-8中，依据照片角度的增减判定指针运行方向，进而判定水流方向。
当指针在三个区域依次出现过,即可视为旋转满圈，计量累加0.1立方米。
当拍摄频度为指针最高转速的N倍时，相邻照片之间的指针角度差最大为360度/N，如果N为3，仅需3张照片即可达到计圈数的目的，容错能力高达±60度。
在一个示例中，数字照相机1位于机械水表x0.01指针的正上方。
在一个示例中，摄像式远程表盘自动抄读装置还包括电池，电池为数字照相机1、处理器2和通讯单元3供电，示例性的，电池选用一次性锂电池。
在一个示例中，数字照相机1为GC0308系列。
在一个示例中，处理器2为ARM Cortex M0+内核的HC32L190。
通讯单元3可以是RS485、M-BUS、CAN的有线方式，也可以是NFC、LoRa、Zigbee、blueTooth、GPRS、NB-iot、CAT.1的无线方式，还可以是红外、光纤、激光等光通讯装置，也可以是其中一种或者多种的组合，在一个示例中，通讯单元3为M5310A窄带物联网(NB-iot)模组。
本发明采用摄像的方法对指针旋转圈数计数，在不改动机械水表结构的条件下，从水表外部对某一个指针旋转圈数累加得到水表示值，它只需要拍摄指针的大致角度，即可统计出流量，适应所有指针式的机械水表，它有防污防雾能力强、抄读准确度高、成本低于人工抄读的优点。
由于拍摄频度要求不高，能大幅降低供电需求，适应长期电池供电。
由于拍摄指针的容错能力高达±60度，所以对数字照相机1的分辨率要求低，防污防雾能力强，对处理器2的算力要求也很低。
综合对数字照相机1和处理器2的上述需求，本发明提供了一种低成本的水表自动抄读装置。包括数字照相机1、处理器2、通讯单元3和电池在内，本发明提供的摄像式远程表盘自动抄读装置的造价低于人工抄表，可大规模应用于旧城改造。
本发明不仅局限于水表，还适用于任何带有指针计数的机械表具。
对图片的处理：
(1)排除不动因素
由于相机固定，照明确定，指针移动是画面改变的唯一原因，对比图6和图7中两张照片，可把不改变的部分去掉，从而大幅度简化识别难度，用图7时刻和图6时刻的照片按像素相减，得到图9，能剔除不变的因素，仅保留指针的改变。计算结果图中，L1为运动初始位置，L2为运动结果位置。
当照明不确定时，可通过亮度调整得到相同的效果。
(2)识别运动角度
按L1和L2的延伸方向判定本次运动的角度，如图9：
示例性的，还可以在图片中将L1调整为红色，将L2调整为蓝色，根据红蓝颜色的延伸方向判定本次运动的角度。
若目的仅为识别旋转圈数和旋转方向，则不需要准确判定角度，仅需识别图中蓝色指针的大致位置，识别区域为指针圆周任意等分的三个区域，对识别精确度的要求可降低至±60度。
(3)运动方向和满圈判定
当指针在三个区域都出现过一次，即可判定旋转满圈。
按指针在三个区域出现的先后顺序，即可识别旋转方向。
上述算法极为简单，对算力要求很低，仅需单片机即可准确识别，实现成本极低，且对照片质量要求低，即便像图10-11所示的表盘污染、镜头起雾也能排除，适合在恶劣环境使用。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种摄像式远程表盘自动抄读装置，固定在指针式表盘外面,其特征在于，所述摄像式远程表盘自动抄读装置包括数字照相机(1)、处理器(2)和通讯单元(3)；
所述数字照相机(1)对准指针式表盘的指针，对指针式表盘的一个指针按预设频度拍照，预设频度为被拍摄指针最大转速的N倍，N为正整数且N的最小值为3；
所述处理器(2)根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数，得到指针式表盘的计量数值；
通讯单元(3)把计量数值和旋转的方向远程发送至上位机。
2.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，指针式表盘为机械水表。
3.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，所述摄像式远程表盘自动抄读装置还包括电池，电池为数字照相机(1)、处理器(2)和通讯单元(3)供电。
4.根据权利要求3所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，所述电池选用一次性锂电池。
5.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，所述数字照相机(1)位于指针式表盘的一个指针的正上方。
6.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，所述处理器(2)根据所得连续的照片，确定指针旋转的方向和圈数，并对旋转的圈数计数,得到水表的计量数值，具体包括：
将表盘区域划分为N个区域；
根据指针在N个区域出现的先后顺序，识别旋转方向；
当连续的照片组中，指针在N个区域内都出现过，旋转圈数加一；
根据旋转圈数，确定计量数值。
7.根据权利要求6所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，N为3。
8.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，数字照相机(1)选用GC0308系列。
9.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，处理器(2)为ARMCortex M0+内核的HC32L190。
10.根据权利要求1所述的摄像式远程表盘自动抄读装置，其特征在于，通讯单元(3)为M5310A窄带物联网模组。
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