CN115630662A - 一种输变电设备健康码核验及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输变电设备健康码核验及校正方法，涉及健康码识别领域；目前，采集健康码存在噪声干扰，影响后续采集的定位和操作难度；本发明包括图像预处理模块，区域提取模块、校正处理模块和解码模块，所述图像预处理模块用于针对光照不均和噪声的健康码校正，所述区域提取模块用于对健康码边缘进行核验定位，所述校正处理模块用于对健康码角度倾斜、几何失真和曲面进行校正处理，解码模块用于对健康码采样并依据编码规则将数据值位流转变为数据值字符，得到信息结果。本发明实现了对光照不均情况下的健康码进行阈值分割处理时尽可能地保留有用信息，对健康码信息影响极小，并通过连通域滤波滤除杂散噪声点，进一步提高图像质量。

Description

一种输变电设备健康码核验及校正方法

技术领域

本发明属于健康码识别领域，特别是涉及一种输变电设备健康码核验及校正方法。

背景技术

设备健康码应用是借鉴个人健康码而提出的。个人健康码目前具备了(1)个人健康信息登记、(2) 电子通行证、(3)扫码验证应用、(4)防疫健康码和(5)一码就医等功能。设备健康码正是借鉴了这一思想，融合了电力设备管理自身特点，针对电网设备管理短板而设计提出的。

满足了设备分类分级管理的需求。电力设备数量、种类、复杂程度与日俱增，企业需要精益化地安排运维检修工作，设备分类分级管理需求突出。设备状态检修管理评价体系是一套客观的、自完备的规则体系，但实际使用中存在灵活性不足，不能发挥人的主观能动性，信息采集手段不丰富，较难真实反映设备状态。而现场一线人员对设备的状态了解往往更为直接和准确，设备健康码则以此作为改进，实现设备分级分类管理。

实际应用场合使用图像采集装置采集健康码图像时，普遍存在着光照不均、模糊等问题，在健康码图像传输和存储的过程中或多或少会产生一些噪声干扰图像。这些问题严重影响着后续的定位和校正的准确性，并且使得后续操作难度加大，算法处理速度变慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输变电设备健康码核验及校正方法，可以减少健康码光照不均、模糊问题对后续采集的影响，可以去除噪声干扰图像，提高后续采集的定位，减少后续操作难度。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种输变电设备健康码核验及校正方法，包括图像预处理模块，区域提取模块、校正处理模块和解码模块，所述图像预处理模块用于针对光照不均和噪声的健康码校正，所述区域提取模块用于对健康码边缘进行核验定位，所述校正处理模块用于对健康码角度倾斜、几何失真和曲面进行校正处理，解码模块用于对健康码采样并依据编码规则将数据值位流转变为数据值字符，得到信息结果；具体步骤如下：

步骤S1、采集的健康码图像进行预处理操作，利用加权平均值方法对扫描到的图像做处理，再用中值滤波法做去噪处理，最后采用分子块法对光照不均图像做二值化处理，从而得到预处理后的健康码图像；

步骤S2、对预处理后的图像进行检测、定位和提取出健康码，采用国家标准译码算法中的定位方法，依据位置探测图形对健康码做检测定位处理，得到位置探测图形后以其独特的结构特征为基础来提取健康码区域；

步骤S3、健康码进行校正处理，对不同图像按照不同方法进行校正处理，分别为仿射变换校正、反透视变换校正和曲面区域拟合校正，从而得到校正处理完成后的健康码图像；

步骤S4、经过所有处理后点击解码识别按钮，系统自行调用解码模块，对健康码进行识别，得到其中所包含的信息内容。

优选的，步骤S1具体步骤如下：

步骤S21、开始对二值化后的二维条码图像进行扫描，旋转角度θ＝0，跳转至步骤S22；

步骤S22、以单位行像素为单位，由上到下扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1 的位置，跳转至步骤S23；

步骤S23、以一列像素为单位，由左到右扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1的位置，若检测到的位置探测图形大于3个跳转至步骤S24，否则跳转至步骤S25；

步骤S24、旋转量的步进值为d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ＜90，则按照角度θ的值将对图像进行旋转变换，然后返回至步骤S22，否则继续下一步计算；

步骤S25、计算完成。

优选的，还包括如下步骤：

步骤S31、对原图进行扫描时，旋转角度θ＝0，跳转至下一步；

步骤S32、以行像素为单位分别自上而下和自下而上进行逐行扫描，直到与图像相切为止，确定纵坐标最大值Ymax和纵坐标最小值Ymin跳转至步骤S33；

步骤S33、以列像素为单位分别从左到右和从右到左逐行扫描直到与图像相切为止，确定横坐标最大值Xmax和横坐标最小值Xmin跳转至步骤S34；

步骤S34、计算外接矩形的面积area，跳转至下一步；

步骤S35、进行旋转时角度的步进值d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ<90为真，则按照角度θ对图像进行旋转处理，计算完成后跳转至步骤S32，否则跳转至步骤S36；

步骤S36、从areaθ(θ∈(0,90))中筛选出最小值areamin，进行下一步计算；

步骤37、计算完成。

优选的，步骤S34所用公式如下：

area＝(Ymax-Ymin)*(Xmax-Xmin)。

优选的，还包括畸形关键点检测，步骤如下：

步骤S51、通过步骤S31-步骤S37获取到二维码的四条边缘所在的直线l₁、l₂、l₃和l₄；

步骤S52、求出图像范围内相邻两条直线l₁和l₂、l₂和l₃、l₃和l₄、l₄和l₁之间的交点a、b、c和d；

步骤S53、依次计算两点之间距离(对角线除外)，取最大值l_max作为校正后二维码理想图像的长宽，创建一个空白图像以保存校正信息；

步骤S54、将交点a、b、c和d与理想二维码的空白图像的四个顶点e、f、g和h的对应关系，即a与e、b与f、c与g、d与h对应。

优选的，还包括扭曲畸变关键点提取，具体步骤如下：

步骤S61、使用最小外接矩形定位法对二维码进行定位；

步骤S62、利用外接矩形两组对角点计算出两条直线斜率，对图像进行直线逼近，获取图像角点；

步骤S63、以步骤S62获得角点为初始点，进行区域生长获取各个角点所位于的连通区域，将各个连通域的大小循环作差并取绝对值，比较绝对值大小，筛选绝对值最大的连通域后获得大小接近的三个连通域A、B、C；

步骤S64、分别对连通域A、B、C做最小外接矩形处理后，利用步骤S62方法，检测出角点位置；

步骤S65、取初定位的二维码外接矩形的面积S为校正后理想二维条码的面积大小，则二维条码的边长L可由

得出，取连通域A、B、C的最小外界矩形面积的均值为理想二维条码的位置探测图像的大小可得其边长为l，依据二维条码模块分布规则，找出三个定位图形共12个角点并与步骤S64中检测出的角点一一对应。

优选的，具体算法如下，

(x，y)为原始图像上二维码坐标，(u，v)为投影变换后的校正坐标，a，b，c，d，e， f，g，h为公式中待解的参数，将任意四点代入公式中求解，公式如下：

整理后得：

X＝au+bv+c-gux-hvx，y＝du+ev+f-guy-hvy

二维码扭曲失真坐标(x₀，y₀)、(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)和校正顶点(u₀，v₀)，(u₁，v₁)， (u₂，v₂)，(u₃，v₃)代入公式中，将二维码转换到一个正方形内，正方形边长为w，转换后四个顶点分别取(0,0)，(w，0)，(w，w)，(0，w)，代入公式解得：

c＝x₀，

f＝y₀，

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种输变电设备健康码核验及校正方法，实现了对光照不均情况下的健康码进行阈值分割处理时尽可能地保留有用信息。

2.本发明提供了一种输变电设备健康码核验及校正方法，对健康码信息影响极小，并通过连通域滤波滤除杂散噪声点，进一步提高图像质量。

3.本发明提供了一种输变电设备健康码核验及校正方法，能有效定位扭曲畸变二维条码，提高了后续采集的准确性，进一步提高设备健康码的识别率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明的方法图；

图2为本发明初步校正流程图；

图3为本发明矩形外包算法演示图；

图4为本发明最小外接矩形示意图；

图5为本发明校正对比图；

图6为本发明初步校正对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种输变电设备健康码核验及校正方法，包括图像预处理模块，区域提取模块、校正处理模块和解码模块，所述图像预处理模块用于针对光照不均和噪声的健康码校正，所述区域提取模块用于对健康码边缘进行核验定位，所述校正处理模块用于对健康码角度倾斜、几何失真和曲面进行校正处理，解码模块用于对健康码采样并依据编码规则将数据值位流转变为数据值字符，得到信息结果；如图1所示，具体步骤如下：

步骤S1、采集的健康码图像进行预处理操作，利用加权平均值方法对扫描到的图像做处理，再用中值滤波法做去噪处理，最后采用分子块法对光照不均图像做二值化处理，从而得到预处理后的健康码图像；

步骤S2、对预处理后的图像进行检测、定位和提取出健康码，采用国家标准译码算法中的定位方法，依据位置探测图形对健康码做检测定位处理，得到位置探测图形后以其独特的结构特征为基础来提取健康码区域；

步骤S3、健康码进行校正处理，对不同图像按照不同方法进行校正处理，分别为仿射变换校正、反透视变换校正和曲面区域拟合校正，从而得到校正处理完成后的健康码图像；

步骤S4、经过所有处理后点击解码识别按钮，系统自行调用解码模块，对健康码进行识别，得到其中所包含的信息内容。

作为一种具体实施方式，如图2所示，步骤S1具体步骤如下：

步骤S21、开始对二值化后的二维条码图像进行扫描，旋转角度θ＝0，跳转至步骤S22；

步骤S22、以单位行像素为单位，由上到下扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1 的位置，跳转至步骤S23；

步骤S23、以一列像素为单位，由左到右扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1的位置，若检测到的位置探测图形大于3个跳转至步骤S24，否则跳转至步骤S25；

步骤S24、旋转量的步进值为d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ＜90，则按照角度θ的值将对图像进行旋转变换，然后返回至步骤S22，否则继续下一步计算；

步骤S25、计算完成。

作为一种具体实施方式，还包括如下步骤：

步骤S31、对原图进行扫描时，旋转角度θ＝0，跳转至下一步；

步骤S32、以行像素为单位分别自上而下和自下而上进行逐行扫描，直到与图像相切为止，确定纵坐标最大值Ymax和纵坐标最小值Ymin跳转至步骤S33；

步骤S33、以列像素为单位分别从左到右和从右到左逐行扫描直到与图像相切为止，确定横坐标最大值Xmax和横坐标最小值Xmin跳转至步骤S34；

步骤S34、计算外接矩形的面积area，跳转至下一步；

步骤S35、进行旋转时角度的步进值d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ<90为真，则按照角度θ对图像进行旋转处理，计算完成后跳转至步骤S32，否则跳转至步骤S36；

步骤S36、从areaθ(θ∈(0,90))中筛选出最小值areamin，进行下一步计算；

步骤37、计算完成。

作为一种具体实施方式，步骤S34所用公式如下：

area＝(Ymax-Ymin)*(Xmax-Xmin)。

作为一种具体实施方式，还包括畸形关键点检测，步骤如下：

步骤S51、通过步骤S31-步骤S37获取到二维码的四条边缘所在的直线l₁、l₂、l₃和l₄；

步骤S52、求出图像范围内相邻两条直线l₁和l₂、l₂和l₃、l₃和l₄、l₄和l₁之间的交点a、b、 c和d；

步骤S53、依次计算两点之间距离(对角线除外)，取最大值l_max作为校正后二维码理想图像的长宽，创建一个空白图像以保存校正信息；

步骤S54、将交点a、b、c和d与理想二维码的空白图像的四个顶点e、f、g和h的对应关系，即a与e、b与f、c与g、d与h对应。

作为一种具体实施方式，还包括扭曲畸变关键点提取，具体步骤如下：

步骤S61、使用最小外接矩形定位法对二维码进行定位；

步骤S62、利用外接矩形两组对角点计算出两条直线斜率，对图像进行直线逼近，获取图像角点；

步骤S63、以步骤S62获得角点为初始点，进行区域生长获取各个角点所位于的连通区域，将各个连通域的大小循环作差并取绝对值，比较绝对值大小，筛选绝对值最大的连通域后获得大小接近的三个连通域A、B、C；

步骤S64、分别对连通域A、B、C做最小外接矩形处理后，利用步骤S62方法，检测出角点位置；

步骤S65、取初定位的二维码外接矩形的面积S为校正后理想二维条码的面积大小，则二维条码的边长L可由

得出，取连通域A、B、C的最小外界矩形面积的均值为理想二维条码的位置探测图像的大小可得其边长为l，依据二维条码模块分布规则，找出三个定位图形共12个角点并与步骤S64中检测出的角点一一对应。

如图6所示，具体算法如下，

(x，y)为原始图像上二维码坐标，(u，v)为投影变换后的校正坐标，a，b，c，d，e，f，g，h为公式中待解的参数，将任意四点代入公式中求解，公式如下：

整理后得：

X＝au+bv+c-gux-hvx，y＝du+ev+f-guy-hvy

二维码扭曲失真坐标(x₀，y₀)、(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)和校正顶点(u₀，v₀)，(u₁，v₁)， (u₂，v₂)，(u₃，v₃)代入公式中，将二维码转换到一个正方形内，正方形边长为w，转换后四个顶点分别取(0,0)，(w，0)，(w，w)，(0，w)，代入公式解得：

c＝x₀，

f＝y₀，

图6左为校正前，图6右为校正后。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，包括图像预处理模块，区域提取模块、校正处理模块和解码模块，所述图像预处理模块用于针对光照不均和噪声的健康码校正，所述区域提取模块用于对健康码边缘进行核验定位，所述校正处理模块用于对健康码角度倾斜、几何失真和曲面进行校正处理，解码模块用于对健康码采样并依据编码规则将数据值位流转变为数据值字符，得到信息结果；具体步骤如下：

步骤S1、采集的健康码图像进行预处理操作，利用加权平均值方法对扫描到的图像做处理，再用中值滤波法做去噪处理，最后采用分子块法对光照不均图像做二值化处理，从而得到预处理后的健康码图像；

步骤S2、对预处理后的图像进行检测、定位和提取出健康码，采用国家标准译码算法中的定位方法，依据位置探测图形对健康码做检测定位处理，得到位置探测图形后以其独特的结构特征为基础来提取健康码区域；

步骤S3、健康码进行校正处理，对不同图像按照不同方法进行校正处理，分别为仿射变换校正、反透视变换校正和曲面区域拟合校正，从而得到校正处理完成后的健康码图像；

步骤S4、经过所有处理后点击解码识别按钮，系统自行调用解码模块，对健康码进行识别，得到其中所包含的信息内容。

2.根据权利要求1所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，步骤S1具体步骤如下：

步骤S21、开始对二值化后的二维条码图像进行扫描，旋转角度θ＝0，跳转至步骤S22；

步骤S22、以单位行像素为单位，由上到下扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1的位置，跳转至步骤S23；

步骤S23、以一列像素为单位，由左到右扫描，记录所有黑白像素比例近似1:1:3:1:1的位置，若检测到的位置探测图形大于3个跳转至步骤S24，否则跳转至步骤S25；

步骤S24、旋转量的步进值为d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ＜90，则按照角度θ的值将对图像进行旋转变换，然后返回至步骤S22，否则继续下一步计算；

步骤S25、计算完成。

3.根据权利要求2所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤S31、对原图进行扫描时，旋转角度θ＝0，跳转至下一步；

步骤S32、以行像素为单位分别自上而下和自下而上进行逐行扫描，直到与图像相切为止，确定纵坐标最大值Ymax和纵坐标最小值Ymin跳转至步骤S33；

步骤S33、以列像素为单位分别从左到右和从右到左逐行扫描直到与图像相切为止，确定横坐标最大值Xmax和横坐标最小值Xmin跳转至步骤S34；

步骤S34、计算外接矩形的面积area，跳转至下一步；

步骤S35、进行旋转时角度的步进值d∈(0,90),θ＝θ+d,若θ<90为真，则按照角度θ对图像进行旋转处理，计算完成后跳转至步骤S32，否则跳转至步骤S36；

步骤S36、从areaθ(θ∈(0,90))中筛选出最小值areamin，进行下一步计算；

步骤37、计算完成。

4.根据权利要求3所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，步骤S34所用公式如下：

area＝(Ymax-Ymin)*(Xmax-Xmin)。

5.根据权利要求3所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，还包括畸形关键点检测，步骤如下：

步骤S51、通过步骤S31-步骤S37获取到二维码的四条边缘所在的直线l₁、l₂、l₃和l₄；

步骤S52、求出图像范围内相邻两条直线l₁和l₂、l₂和l₃、l₃和l₄、l₄和l₁之间的交点a、b、c和d；

步骤S53、依次计算两点之间距离(对角线除外)，取最大值l_max作为校正后二维码理想图像的长宽，创建一个空白图像以保存校正信息；

步骤S54、将交点a、b、c和d与理想二维码的空白图像的四个顶点e、f、g和h的对应关系，即a与e、b与f、c与g、d与h对应。

6.根据权利要求3所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于，还包括扭曲畸变关键点提取，具体步骤如下：

步骤S61、使用最小外接矩形定位法对二维码进行定位；

步骤S62、利用外接矩形两组对角点计算出两条直线斜率，对图像进行直线逼近，获取图像角点；

步骤S63、以步骤S62获得角点为初始点，进行区域生长获取各个角点所位于的连通区域，将各个连通域的大小循环作差并取绝对值，比较绝对值大小，筛选绝对值最大的连通域后获得大小接近的三个连通域A、B、C；

步骤S64、分别对连通域A、B、C做最小外接矩形处理后，利用步骤S62方法，检测出角点位置；

步骤S65、取初定位的二维码外接矩形的面积S为校正后理想二维条码的面积大小，则二维条码的边长L可由

得出，取连通域A、B、C的最小外界矩形面积的均值为理想二维条码的位置探测图像的大小可得其边长为l，依据二维条码模块分布规则，找出三个定位图形共12个角点并与步骤S64中检测出的角点一一对应。

7.根据权利要求6所述的一种输变电设备健康码核验及校正方法，其特征在于：具体算法如下，

(x，y)为原始图像上二维码坐标，(u，v)为投影变换后的校正坐标，a，b，c，d，e，f，g，h为公式中待解的参数，将任意四点代入公式中求解，公式如下：

整理后得：

X＝au+bv+c-gux-hvx，y＝du+ev+f-guy-hvy

二维码扭曲失真坐标(x₀，y₀)、(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)和校正顶点(u₀，v₀)，(u₁，v₁)，(u₂，v₂)，(u₃，v₃)代入公式中，将二维码转换到一个正方形内，正方形边长为w，转换后四个顶点分别取(0,0)，(w，0)，(w，w)，(0，w)，代入公式解得：

c＝x₀，

f＝y₀，

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