CN1916933A - 视频直读式自动抄表系统及其图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视频直读式自动抄表系统以及图像处理方法，图像采集模块按图像分割区域从个位起进行图像采集并由中央处理器CPU进行图像预处理，生成二值化图片，得到相应的识别数字；重复上述采集与识别过程，分别得到当前表具的个、十、百、千等位的指示数，识别后的指示数字传输至采集器；本发明在表具端集图像摄取、数字识别及数据远传为一体，直接完成机械计度器上的数字识别任务，通过总线或无线通讯传输出来，本发明可以利用小容量数字存储器的普通CPU实现水表数字的识别与处理，直接输出表具字轮的读数，直接输出数字信息，可以大大减少了数据传输环节的数据流量，传输可靠性高、价格适中。

Description

视频直读式自动抄表系统及其图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种将摄像技术和数字识别技术运用于水表等表具的远传抄读系统。

背景技术

在民用智能仪表的应用中，信号采集一直受可靠性、价格和功耗等因素的制约，开发厂家至今未找到一种价格合适、性能稳定的方法。

目前三表即水表、气表和电表的自动抄表系统正由脉冲远传和卡表发展到直读式远传系统，而直读式又分为光电直读式和摄像直读式两种。光电直读式就结构而言，其光电传感器是在水里工作，其解决光电传感器的密封问题是光电直读式的关键。而现有的基于摄像的三表远传系统基本上采用在表具端进行图像采集，通过有线或无线将图像传送到上位机，由上位机进行存储与识别处理，这种方式主要存有图像的数据量较大，对传输方式和传输的介质要求高，且传输时间长，电路功耗相应增大，上位机需要大容量存储器，对于无线点对点微功率无线传输就更难实现。

同时，由于图像采集和识别的图像数据量大，运算要求高，通常数字识别都在上位机上采用DSP处理器或计算机进行集中处理，表具一端只进行图像采集和图像数据传输。如果将上位机的DSP处理系统移至表具端，必造成表具价格较高，使产品无法适应市场要求，不能进行批量推广。

技术内容

本发明的首要目的就是提供一种视频直读式自动抄表系统，在表具端集图像摄取、数字识别及数据远传为一体，在表具端直接完成机械计度器上的数字识别任务，通过总线或无线通讯传输出来。

上述发明目的是通过采用以下技术方案实现的：

一种视频直读式自动抄表系统，其特征在于：本发明包括摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块，其中：

图像采集模块按图像分割区域从个位起进行图像采集；

采集得到的个位图像在中央处理器CPU的RAM区进行图像预处理，并生成识别要求的二值化图片；

图像识别模块对上述图片提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征单元进行比对识别，得到相应的识别数字；

系统重复上述采集与识别过程，分别得到当前表具的个、十、百、千等位的指示数，识别后的指示数字传输至采集器。

本发明所解决的技术课题是在表具端如何利用价位适中的普通CPU处理器实现对表具的读数进行图像采集和图像识别，直接输出表具字轮的读数，大大减少数据传输环节的数据流量，并且传输时间短、可靠性高，价格适中，便于有线或无线方式实现传输。

通过采用上述技术方案可以解决利用小容量数字存储器的普通CPU实现水表数字的识别与处理。

本发明的再一个目的提供一种图像处理方法，用于对表具的读数进行图像采集和图像识别，直接输出表具字轮的读数，大大减少数据传输环节的数据流量，并且传输时间短、可靠性高，价格适中，便于有线或无线传输方式实现。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种视频直读式自动抄表系统采用的图像处理方法，本发明包括以下步骤：

A、数字分割摄像模块首先对表盘某一数字进行摄像，得到当前块的数字方块彩色图像；

B、对上述彩色图像像素进行对比度计算，计算出图像平均对比度，再判定该对比度是否达到设定值，如果未达到，则增大曝光时间再次采样，直到满足设定值；对满足对比度要求的图片进行图像校正、滤波、灰度化、以及动态二值化等预处理，

C、动态二值化处理模块自动计算灰度图像中的二值化阈值，并根据该阈值对灰度图像进行二值化处理，得到数字分块的二值化图像；

D、特征提取模块根据二值化中像素分布特征，抽取其多维特征向量；数字识别模块根据该图片的特征向量，并与存储在Flash中的样品特征进行比对，得到某一识别数字；

E、得到的识别数字采用485总线进行数据传输，控制板用四根导线与上位机连接，也可以采用其它有线方式传输；或者将无线模块嵌入控制板(该控制板在何处)，将识别出的读数通过无线通讯方式传给上位机。

上述方法中，是将水表表盘的数据显示窗口分割若干识别区域，分别逐个对每个区域进行图像摄取、处理和识别，从而解决图像识别对内存的过高要求，采用本发明提供的图像处理方法在对表具的读数进行图像采集和图像识别时，利用小容量数字存储器的普通CPU实现水表数字的识别与处理，直接输出表具字轮的读数，采用专用数字识别算法进行数字识别，直接输出数字信息，可以大大减少了数据传输环节的数据流量，传输时间短、可靠性高，价格适中，能够采用有线或无线传输方式进行。

附图概述

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明中对摄像和分割区域的示意图；

图3本发明的系统框图；

图4是本发明中表盘数字识别流程图。

具体实施方式

实施例1

一种视频直读式自动抄表系统，其特征在于：本发明包括摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块，其中：

图像采集模块按图像分割区域从个位起进行图像采集；

采集得到的个位图像在中央处理器CPU的RAM区进行图像预处理，并生成识别要求的二值化图片；

图像识别模块对上述图片提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征单元进行比对识别，得到相应的识别数字；

系统重复上述采集与识别过程，分别得到当前表具的个、十、百、千等位的指示数，识别后的指示数字传输至采集器。

参考图1、2、3，所述的图像分割区域个、十、百、千等位的指示数分割成相应个数个区域，摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块分别完成图像摄取、处理和识别。

所述的中央处理器CPU包括图像预处理模块和图像识别模块，样品的特征模板存放在中央处理器CPU的flash单元内。

当CPU接受上位机即采集器的采集命令时，启动采集模块，按照图像分割区域从个位进行图像采集，得到个位图像后，在CPU的RAM区进行图像预处理，图像预处理包括图像校正、去噪滤波、灰度化处理、动态二值化等预处理过程，生成识别要求的二值化图片。基于本图片，图像识别模块自动从中提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征样本进行比对识别，得到相对应的识别数字，这样就完成了个位数字的识别。以此类推，分别识别十、百、千、......位，同时利用表具数字之间的关联关系，得到当前表具的机械指示数。识别后的数字实时传至采集器。识别的数字根据需要可设置4～6位。

其中图像预处理模块与图像识别模块是在中央处理器中完成的，样品的特征模板也存放在CPU的Flash单元内，而图像采集、光源补偿、电源单元、通信接口由相应电路完成。

为了消除光斑现像，表具识别数字的旁侧设置补光器，补光器可以采用液晶背光板的漫反射原理做成，光线均匀照射到表具的表面，在字轮窗口不会因补光而产生光斑，实现光源均匀补偿。图2中有图像分割区域10、补光灯20、图像扫描区30。

实施例2

视频直读式自动抄表系统采用的图像处理方法，具体包括以下步骤：

A、数字分割摄像模块首先对表盘某一数字进行摄像，得到当前块的数字方块彩色图像；

B、对该图像像素进行对比度计算，计算出图像平均对比度，再判定该对比度是否达到设定值，如果未达到，则增大曝光时间再次采样，直到满足设定值；对满足对比度要求的图片进行图像校正、滤波、灰度化、以及动态二值化等预处理，

C、动态二值化处理模块自动计算灰度图像中的二值化阈值，并根据该阈值对灰度图像进行二值化处理，得到数字分块的二值化图像；

D、特征提取模块根据二值化中像素分布特征，抽取其多维特征向量；数字识别模块根据该图片的特征向量，并与存储在Flash中的样品特征进行比对，得到某一识别数字；

E、得到的识别数字采用485总线进行数据传输，控制板用四根导线与上位机连接，也可以采用其它有线方式传输；或者将无线模块嵌入控制板(该控制板在何处)，将识别出的读数通过无线通讯方式传给上位机。

通过采集器集中对每个表具供电，表头直接摄取表具的字轮，获取字轮图像，通过数字识别程序计算用户用量信息，并将数据传输到采集器，操作员通过PDA收集每个采集器的数据信息，再导入信息管理系统。

其中图像校正是对图片进行旋转处理，使图片中的数字处于水平位置；滤波处理用于去除图像中的噪音，使图像更加干净；灰度化处理将数字方块的彩色图像中像素的RGB分量值转换成灰度值，得到灰度化图像；

当识别的位数达到要求(4～6位)时，结束本次识别过程，结合表盘数字之间的关联关系得到整个表盘的识别数字。

结合图4，其中平行四边形表示相应处理模块输出的结果，方块表示相应的处理模块。

数字分割摄像模块首先根据系统设定的位置，对表盘某一数字进行摄像，得到当前块的数字方块彩色图像。然后对该图像像素进行对比度计算，计算出图像平均对比度，再判定该对比度是否达到设定值，如果未达到，则增大曝光时间再次采样，直到满足设定值。对满足对比度要求的图片进行图像校正、滤波、灰度化、以及动态二值化等预处理，其中图像校正主要对图片进行旋转处理，使图片中的数字处于水平位置；滤波处理用于去除图像中的噪音，使图像更加干净；灰度化处理将数字方块的彩色图像中像素的RGB分量值转换成灰度值，得到灰度化图像；动态二值化处理模块自动计算灰度图像中的二值化阈值，并根据该阈值对灰度图像进行二值化处理，得到数字分块的二值化图像；特征提取模块根据二值化中像素分布特征，抽取其多维特征向量；数字识别模块根据该图片的特征向量，并与存储在Flash中的样品特征进行比对，得到某一识别数字。当识别的位数达到要求(4～6位)时，结束本次识别过程，结合表盘数字之间的关联关系得到整个表盘的识别数字。

对于有线方式的通信，采用485总线进行数据传输，控制板用四根导线(两根电源线、两根信号线)与上位机连接，也可以采用其它有线方式传输，只需更改接口电路即可。对于无线传输方式无线模块嵌入控制板，将识别出的读数通过无线通讯方式传给上位机。

系统通过采集器集中对每个表具供电，表头直接摄取表具的字轮，获取字轮图像，通过数字识别程序计算用户用量信息，并将数据传输到采集器。操作员通过PDA收集每个采集器的数据信息，再导入信息管理系统。

由于采用了上述图像分割采集识别法，降低了数字识别过程中对CPU存储单元的占有结构，实现了普通CPU在图像识别中的应用，从而降低了产品成本，具备了产品推向市场和全面推广的必备条件。

Claims (8)

1、一种视频直读式自动抄表系统，其特征在于：本发明包括摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块，其中：

图像采集模块按图像分割区域从个位起进行图像采集；

采集得到的个位图像在中央处理器CPU的RAM区进行图像预处理，并生成识别要求的二值化图片；

图像识别模块对上述图片提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征单元进行比对识别，得到相应的识别数字；

系统重复上述采集与识别过程，分别得到当前表具的个、十、百、千等位的指示数；

识别后的指示数字以总线或无线模块传输至采集器。

2、根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表系统，其特征在于：所述的图像分割区域以个、十、百、千等位的指示数分割成相应个数个区域，摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块分别完成图像摄取、处理和识别。

3、根据权利要求1或2所述的视频直读式自动抄表系统，其特征在于：所述的中央处理器CPU包括图像预处理模块和图像识别模块，样品的特征模板存放在中央处理器CPU的flash单元内。

4、根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表系统，其特征在于：表具识别数字的旁侧设置补光器，补光器的光线均匀照射到表具的表面。

5、一种根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表系统采用的图像处理方法，本发明包括以下步骤：

A、数字分割摄像模块首先对表盘某一数字进行摄像，得到当前块的数字方块彩色图像；

B、对上述彩色图像像素进行对比度计算，计算出图像平均对比度，再判定该对比度是否达到设定值，如果未达到，则增大曝光时间再次采样，直到满足设定值；对满足对比度要求的图片进行图像校正、滤波、灰度化、以及动态二值化等预处理，

C、动态二值化处理模块自动计算灰度图像中的二值化阈值，并根据该阈值对灰度图像进行二值化处理，得到数字分块的二值化图像；

D、特征提取模块根据二值化中像素分布特征，抽取其多维特征向量；数字识别模块根据该图片的特征向量，并与存储在Flash中的样品特征进行比对，得到某一识别数字；

E、得到的识别数字采用485总线进行数据传输，控制板用导线与上位机连接，也可以采用其它有线方式传输；或者将无线模块嵌入控制板(该控制板在何处)，将识别出的读数通过无线通讯方式传给上位机。

6、根据权利要求4所述的视频直读式自动抄表系统的图像处理方法，其特征在于：通过采集器集中对每个表具供电，表头直接摄取表具的字轮，获取字轮图像，通过数字识别程序计算用户用量信息，并将数据传输到采集器，操作员通过PDA收集每个采集器的数据信息，再导入信息管理系统。

7、根据权利要求4所述的视频直读式自动抄表系统的图像处理方法，其特征在于：其中图像校正是对图片进行旋转处理，使图片中的数字处于水平位置；滤波处理用于去除图像中的噪音，使图像更加干净；灰度化处理将数字方块的彩色图像中像素的RGB分量值转换成灰度值，得到灰度化图像。

8、根据权利要求4所述的视频直读式自动抄表系统的图像处理方法，其特征在于：当识别的位数达到要求(4～6位)时，结束本次识别过程，结合表盘数字之间的关联关系得到整个表盘的识别数字。

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