WO2015198132A1 - Verfahren und einrichtung zum bereitstellen eines digitalen verbrauchswertes - Google Patents

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WO2015198132A1
WO2015198132A1 PCT/IB2015/001070 IB2015001070W WO2015198132A1 WO 2015198132 A1 WO2015198132 A1 WO 2015198132A1 IB 2015001070 W IB2015001070 W IB 2015001070W WO 2015198132 A1 WO2015198132 A1 WO 2015198132A1
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consumption
image sequence
digital
display
optical flow
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PCT/IB2015/001070
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Inventor
Christo ZONNEV
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Interone Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D4/00—Tariff metering apparatus
    • G01D4/008—Modifications to installed utility meters to enable remote reading
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/39—Scanning a visible indication of the measured value and reproducing this indication at the remote place, e.g. on the screen of a cathode ray tube
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/30—Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Definitions

  • the invention relates to methods for the digital acquisition of consumption data of a consumption meter with a
  • Electricity meters are known, which are connected to the feed line in a consumption circuit, such as a house or residential connection, and in the
  • Consumption circuit detect electric current.
  • Such electricity meters usually have a calibrated counter, which runs in proportion to the injected current and displays the integrated or totalized counter current power consumption or injected current.
  • Power consumption during a given time period can be calculated as the difference of the count at the beginning and end of the
  • the meter reading is usually read by a person.
  • water meters for detecting a water consumption in a trailing water circuit and gas meters for detecting a gas consumption in a trailing gas circuit are known, which also have comparable counters.
  • the method according to the invention is considerably simpler and less error-prone compared to an evaluation of individual images.
  • a consumption display is understood in the context of the invention, in particular a counter that displays a numeric count in readable form.
  • the counter is designed, for example, to display integer values or to display rational values with one or more decimal places.
  • Another possible consumption indicator in the context of the invention is a status display, at which also minimal instantaneous consumption, in which no significant change of means of the counter displayed counter reading occurs, can be seen.
  • Such status indicators are usually based on rotatable discs or hands, which show a significant and immediately noticeable by a person rotation with minimal consumption. The rotational movement is proportional to the current instantaneous consumption, so that at high instantaneous consumption a very fast rotational movement takes place.
  • the consumption display comprises a mechanical roller counter.
  • a roller counter comprises in particular a plurality of rollers which are rotatably mounted on a common axis and in the circumferential direction, for example, carry the numbers 0 to 9.
  • the rollers are in particular coupled in such a way that the first roller, which is driven proportionally to consumption, entrains the second roller by one tenth of a revolution after a full revolution. In the same way, the second roller takes after a full
  • a counter within the scope of the invention may include several
  • electricity meters which have a roller counter on the one hand and a status disk on the other hand, for example, the roller counter has a pitch up to a tenth kilowatt hour and the status disc
  • the status disc itself has no scale, but has a fine lateral texture and a
  • a meter reading with greater accuracy than by the roller counter can be determined alone.
  • water meters which have a roller counter with, for example, a maximum accuracy of one cubic meter and several scaled pointers, each indicating the tenth, one hundredth, one thousandth and sometimes even ten thousandths of a cubic meter of the current meter reading.
  • the roller counter can also have corresponding rollers for the smaller pitches of the meter reading, as is often the case, for example, for gas meters.
  • a particularly simple method of the invention is characterized in that the evaluation of the image sequence comprises the determination of an optical flow between at least two images of the image sequence.
  • the optical flow is an established concept of image processing, for which there are several methods of determination.
  • the latter include the Lucas-Kanade method, each named after their developers, and the Horn-Schunck method.
  • the determination of the optical flow in the context of the invention allows a particularly simple analysis of the image sequence, which manages without prior knowledge of the relevant image excerpts.
  • the optical flow is directly related to a change in the view of the counter.
  • a fast movement of the consumption indicator so a large
  • the changes in the consumption display are therefore preferably identified on the basis of the optical flow. This avoids or at least reduces possible sources of error or disturbances in the determination of the digital consumption value.
  • Particularly efficient methods according to the invention are distinguished in that the optical flux in a predefinable subarea of the images is determined from the image sequence.
  • At least one relevant image section of the images from the image sequence is determined for evaluating the image sequence and identifying changes in the consumption display.
  • Such areas can then, for example, with the individual Numerals or moving elements of the consumption display are cor-
  • the detection of the image sequence in particular in the optical wavelength range, ie at
  • Wavelengths between about 400 nanometers and about 780 nanometers are particularly preferred.
  • Wavelength range in particular wavelengths between about 780 nanometers and 100 micrometers, have beyond the
  • sufficient resolution for common consumption displays for example, have a digit size of a few millimeters to one centimeter,
  • Consumption display to allow consistent results in capturing the image sequence independent of external factors.
  • a device for providing a digital consumption value comprising a camera device for detecting an optical image sequence from a consumption display of a consumption meter and furthermore comprising a Evaluation device for evaluating the image sequence and
  • Devices are preferably designed for carrying out a method according to one of claims 1 to 6.
  • the camera device is preferably sensitive to non-optical wavelengths, in particular to wavelengths in the
  • Lighting device for the consumption display is included.
  • Camera device detected observation field, in particular the consumption display, regardless of environmental influences.
  • the lighting device emits a light adapted to the sensitivity of the camera device
  • Emission spectrum which includes in particular wavelengths in the infrared.
  • FIG. 1 schematically shows an image from an image sequence of a power consumption display of an electricity meter
  • Fig. 2 shows schematically a section of another image from the image sequence with a superimposed
  • Fig. 3 schematically shows the mean magnitude of the optical
  • Fig. 4 shows schematically the mean magnitude of the optical
  • FIG. 1 schematically shows an image 10 of FIG
  • Power consumption indicator 20 of an electricity meter The
  • Power consumption indicator 20 is in the example shown
  • rollers are mechanically coupled in such a way that during a full rotation of the first roller 22 for the
  • Decimal point 24 is coupled to the roller 22 shown to the left thereof and so on.
  • the first roller 22 for the decimal point 26 is driven in proportion to the power consumption and thus moves
  • the image 10 shown in FIG. 1 is recorded, for example, by means of a camera device of a device according to the invention.
  • the camera device is, for example, a semiconductor-based electronic camera capable of producing a sequence of images with a
  • FIG. 1 Also shown in Fig. 1 is an image section 12 showing the last two rollers, i. the roller 22 for the
  • FIG. 2 schematically shown in Fig. 2 for a further image of the image sequence enlarged.
  • the image detail 12 in FIG. 2 is superimposed with a
  • Vector field representing the optical flow.
  • the optical flow is determined, for example, from a comparison of the image shown in FIG. 2 and directly in FIG.
  • Picture sequence preceding or following picture may be used to determine the optical flux, for example, to cause unwanted variations due to
  • Fig. 2 Letter recognition ", abbreviated OCR), which is used for example in digital text recognition.
  • Fig. 2 are further a predeterminable areas 34 for the digit before 24 and a predeterminable area 36 for the
  • the areas 34, 36 are determined, for example, that over the entire
  • Image sequence only in these areas significant optical flow, i. Movement of the counter and thus change in the images of the image sequence, can be observed.
  • the optical flow in the remaining areas of the images over the entire image sequence is negligible because there is no movement or change occurs.
  • the magnitude of the optical flux determined at the various interpolation points is averaged for each image of the image sequence and against time
  • the average magnitude of the optical flow in region 36 i. the course of the line 46 in Fig. 3, can thus be used to periods of power consumption, such as
  • the magnitude of the optical flow correlates with the rotational speed of the roller 22 for the decimal point 26 and thus is a measure of the current power consumption.
  • a higher momentary consumption means a faster movement of the roller 22, thus greater differences between
  • Fig. 4 shows that over area 34, i. the image of the roller 22 for the counter digit 24 of the counter, averaged magnitude of the optical flow, shown as line 44.
  • the period shown in Fig. 3 in the image sequence is the same as in Fig. 4. It can be clearly seen that the line 44 in
  • Interval 54 is further rotated by one digit, because the roller 22 of the decimal place has completed a complete revolution, after which the roller 22 for the digit before 24 then once again does not move.
  • the further rotation of the roller 22 for the (first) digit before decimal point, recognizable by the deflection in the line 44 corresponds to an incremental power consumption of, for example, one kilowatt hour (kWh), depending on the scale of the counter.
  • Digit change each of which can be determined, for example, as described above, takes the roller 22 for the (first) pre-decimal point 24, the adjacent roller 22 for the second digit before, so that also takes place at this roller 22 a change of numbers.
  • This digit change can be like

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: — Erfassen einer optischen Bildsequenz von einer Verbrauchsanzeige eines Verbrauchszählers, — Auswerten der Bildsequenz und Identifizieren von Änderung der Verbrauchsanzeige, — Berechnen eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes umfassend eine Kameravorrichtung zur Erfassung einer optischen Bildsequenz von einer Verbrauchsanzeige eines Verbrauchszählers und ferner umfassend eine Auswertungsvorrichtung zur Auswertung der Bildsequenz und Identifizierung von Änderung der Verbrauchsanzeige sowie zur Berechnung eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen.

Description

Interone GmbH, Theresienhöhe 12, 80339 München
Verfahren und Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren zur digitalen Erfassung von Verbrauchsdaten eines Verbrauchszählers mit einer
Verbrauchsanzeige .
Bekannt sind Stromzähler, die an der Einspeisungsleitung in einen Verbrauchsstromkreis, beispielsweise einem Haus- oder Wohnungsanschluss , angeschlossen sind und den in den
Verbrauchsstromkreis eingespeisten elektrischen Strom erfassen. Derartige Stromzähler verfügen in der Regel über ein geeichtes Zählwerk, das proportional zu dem eingespeisten Strom mitläuft und den seit Zählernullstand integrierten oder aufsummierten Stromverbrauch bzw. eingespeisten Strom anzeigt. Der
Stromverbrauch während einer vorgegebenen Zeitperiode kann als Differenz des Zählerstandes zu Beginn und zum Ende der
entsprechenden Zeitperiode ermittelt werden. Dabei wird der Zählerstand in der Regel durch eine Person abgelesen.
Ebenso sind Wasserzähler zum Erfassen eines Wasserverbrauchs in einem nachlaufenden Wasserkreis und Gaszähler zum Erfassen eines Gasverbrauchs in einem nachlaufenden Gaskreis bekannt, die ebenfalls über vergleichbare Zählwerke verfügen.
Es ist wünschenswert, die grundsätzlich vorhandenen
Informationen zu dem aktuellen und/oder integrierten Verbrauch auch digital zur Verfügung zu haben, um die Daten beispielsweise aufzeichnen und auswerten zu können. Allerdings sind bekannte Verbrauchszähler in der Regel versiegelt, um
Abrechnungsbetrügereien zu verhindern. Auch die Verbrauchskreise selbst, also zum Beispiel Strom-, Wasser- oder Gasleitungen, sind aus Sicherheitsgründen nur geschultem Fachpersonal
zugänglich, so dass auch das Zwischenschalten weiterer Zähler, die die gewünschten digitalen Daten liefern, nicht ohne Weiteres möglich ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Erfassung des Verbrauchs eines Verbrauchsgutes, beispielsweise Strom, Wasser oder Gas, bereitzustellen, wobei insbesondere ein Eingriff in vorhandene Verbrauchskreise und/oder
Verbrauchszähler zu vermeiden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
— Erfassen einer Bildsequenz von einer Verbrauchsanzeige
eines Verbrauchszählers,
— Auswerten der Bildsequenz und Identifizieren von Änderung der Verbrauchsanzeige,
— Berechnen eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen.
Durch das Auswerten einer Bildsequenz und das Identifizieren von Änderungen ist das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu einer Auswertung einzelner Bilder wesentlich einfacher und weniger fehleranfällig.
Unter einer Verbrauchsanzeige wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Zählwerk verstanden, das einen numerischen Zählerstand in lesbarer Form anzeigt. Das Zählwerk ist dabei beispielsweise zur Anzeige ganzzahlige Werte oder zur Anzeige rationaler Werte mit einer oder mehreren Nachkommastellen ausgebildet .
Eine weitere mögliche Verbrauchsanzeige im Rahmen der Erfindung ist eine Statusanzeige, an der auch minimaler Momentanverbrauch, bei dem keine wesentliche Änderung des mittels des Zählwerkes angezeigten Zählerstandes auftritt, erkennbar ist. Derartige Statusanzeigen basieren in der Regel auf drehbaren Scheiben oder Zeigern, die bereits bei minimalem Verbrauch eine signifikante und durch eine Person unmittelbar wahrnehmbare Drehbewegung zeigen. Die Drehbewegung ist dabei proportional zu dem aktuellen Momentanverbrauch, so dass bei hohem Momentanverbrauch eine sehr schnelle Drehbewegung erfolgt.
Optimale Ergebnisse werden mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens erreicht, wenn die Verbrauchsanzeige ein mechanisches Walzenzählwerk umfasst. Ein derartiges Walzenzählwerk umfasst insbesondere eine Mehrzahl Walzen, die auf einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert und in Umfangsrichtung beispielsweise die Ziffern 0 bis 9 tragen. Die Walzen sind dabei insbesondere derart gekoppelt, dass die erste Walze, die proportional zum Verbrauch angetriebene wird, nach einer vollen Umdrehung die zweite Walze um ein Zehntel einer Umdrehung mitnimmt. In gleicher Weise nimmt die zweite Walze nach einer vollen
Umdrehung die dritte Walze um ein Zehntel einer Umdrehung mit und so weiter. Die jeweils sichtbaren Ziffern aller
nebeneinanderliegenden Walzen zusammen zeigen somit eine Zahl, die dem aktuellen Zählerstand, insbesondere dem integrierten oder aufsummierten Verbrauch, entspricht.
Ein Zähler im Rahmen der Erfindung kann mehrere
Verbrauchsanzeigen aufweisen, von denen wenigstens eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird.
Beispielsweise sind Stromzähler bekannt, die ein Walzenzählwerk einerseits und eine Statusscheibe andererseits aufweisen, wobei beispielsweise das Walzenzählwerk eine Teilung bis zu einer zehntel Kilowattstunde aufweist und die Statusscheibe
beispielsweise 75 Umdrehungen pro verbrauchter Kilowattstunde ausführt. Die Statusscheibe weist selbst keine Skala auf, verfügt aber über eine feine seitliche Textur und einen
einmaligen gefärbten Abschnitt im Umfang, so dass auch sehr geringe Drehbewegungen anhand der Textur erkennbar sind und durch Zählen von Durchgängen des gefärbten Abschnitts
prinzipiell ein Zählerstand mit größerer Genauigkeit als durch das Walzenzählwerk alleine ermittelt werden kann.
Es sind auch Wasserzähler bekannt, die ein Walzenzählwerk mit beispielsweise einer maximalen Genauigkeit von einem Kubikmeter und mehrere skalierte Zeiger aufweisen, die jeweils die zehntel, hundertstel, tausendstel und teilweise sogar zehtausendstel Kubikmeter des aktuellen Zählerstandes anzeigen.
Alternativ kann auch das Walzenzählwerk entsprechde Walzen für die kleineren Teilungen des Zählerstandes aufweisen, wie es beispielsweise für Gaszähler oft vorzufinden ist.
Ein besonders einfach zu implementierendes erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch ausgezeichnet, dass das Auswerten der Bildsequenz die Bestimmung eines optischen Flusses zwischen wenigstens zwei Bildern der Bildsequenz umfasst.
Der optische Fluss einer Bildsequenz ist das Vektorfeld der in die Bildebene projizierten Geschwindigkeit von sichtbaren
Punkten des Objektraumes. Bei dem optischen Fluss handelt es sich dabei um ein etabliertes Konzept der Bildverarbeitung, für das es mehrere Bestimmungsmethoden gibt. Zu den letzteren gehören die jeweils nach ihren Entwicklern benannte Lucas- Kanade-Methode und die Horn-Schunck-Methode . Einige bekannte Algorithmen zur Berechnung des optischen Flusses sind
beispielsweise in der C-Bibliothek OpenCV implementiert.
Die Bestimmung des optischen Flusses im Rahmen der Erfindung erlaubt eine besonders einfache Analyse der Bildsequenz, die ohne vorherige Kenntnisse der relevanten Bildausschnitte auskommt. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, eine Kamera oder einen Sensor zur Erfassung der Bildsequenz exakt zu der auf den Bildern der Bildsequenz abgebildeten Verbrauchsanzeige auszurichten .
Der optische Fluss hängt insbesondere direkt mit einer Änderung in der Ansicht des Zählwerkes zusammen. Insbesondere führt eine schnelle Bewegung der Verbrauchsanzeige, also eine große
Änderung zwischen nacheinander erfassten Bildern, was kennzeichnend ist für einen hohen Momentanverbrauch, in der Asuwertung zu einem hohen optischen Fluss. Demgegenüber führt ein geringer Momentanverbrauch mit entsprechend langsamer
Bewegung der Verbauchsanzeige und geringen Änderungen zwischen nacheinander erfassten Bildern zu einem geringen optischen Fluss .
Bevorzugt werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die ■ Änderungen der Verbrauchsanzeige daher anhand des optischen Flusses identifiziert. Dadurch werden mögliche Fehlerquellen oder Störungen bei der Ermittlung des digitalen Verbrauchswertes vermieden oder zumindest reduziert.
Besonders effiziente erfindungsgemäße Verfahren sind dadurch ausgezeichnet, dass der optische Fluss in einem vorgebbaren Teilbereich der Bilder aus der Bildsequenz ermittelt wird.
Insbesondere wird die Auswertung der Bildsequenz dabei
beschränkt auf solche Bildausschnitte, die einer Abbildung der Verbrauchsanzeige entsprechen. Dadurch wird eine Auswertung von irrelevanten Bildausschnitten vermieden und der Aufwand für die Auswertung reduziert. Als weiterer Vorteil werden dadurch auch störende Einflüsse auf den zu berechnenden Verbrauchswert aufgrund irrelevanter Bildbereichen, beispielsweise Reflektionen oder Spiegelungseffekte, die nicht auf einen tatsächlichen Verbrauch zurückgehen, vermieden oder reduziert.
Vorteilhafterweise wird für das Auswerten der Bildsequenz und Identifizieren von Änderung der Verbrauchsanzeige jeweils wenigstens ein relevanter Bildausschnitt der Bilder aus der Bildsequenz ermittelt.
Dies erfolgt beispielsweise mi tels unter Auswertung des lokalen optischen Flusses, wobei insbe ondere nur solche Bildausschnitte als relevant verwendet werden, für die überhaupt einmal ein signifikanter optischer Fluss, gleichbedeutend mit einer deutlichen Bewegung im auf der Bildsequenz erfassten
Beobachtungsfeld, beobachtet w rde .
Derartige Bereiche können dann beispielsweise mit den einzelnen Ziffern oder beweglichen Elementen der Verbrauchsanzeige korelliert werden, wodurch insbesondere im Falle einer
Zählerdarstellung mit mehreren Ziffern eine getrennte Auswertung der verschiedenwertigen Zählerstellen ermöglicht wird. Dies wiederum erlaubt eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung des Verbrauchswertes, weil einzelne Fehler oder Störungen bei der Auswertung einzelner Ziffern erkannt und korrigiert werden können .
Im Rahmen der Erfindung kann das Erfassen der Bildsequenz insbesondere im optischen Wellenlängenbereich, d.h bei
Wellenlängen zwischen ca. 400 Nanometern und ca. 780 Nanometern, erfolgen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die
Bildsequenz in einem nicht-optischen Wellenlängenbereich, insbesondere im Infraroten, erfasst und/oder ausgewertet wird.
Hierdurch werden negative Einflüsse von Reflektionen,
Beleuchtung und/oder Unterschiede zwischen Tag und Nacht auf das erfindungsgemäße Verfahren vermieden. Der infrarote
Wellenlängenbereich, insbesondere Wellenlängen zwischen ca. 780 Nanometern und 100 Mikrometern, haben darüber hinaus den
Vorteil, ausreichendes Auflösungsvermögen für gebräuchliche Verbrauchanzeigen, die beispielsweise eine Zifferngröße von einigen Millimetern bis zu einem Zentimeter aufweisen,
bereitzustellen .
Besonders vorteilhaft ist zudem eine Ausleuchtung der
Verbrauchsanzeige, um gleichmäßige Resultate beim Erfassen der Bildsequenz unabhängig von äußeren Faktoren zu ermöglichen.
Dabei ist insbesondere zu bedenken, dass Verbrauchszähler in der Regel an versteckter und/oder unbeleuchteter Stelle,
beispielsweise im Keller oder in einem verschlossenen Schrank, angeordnet sind.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes umfassend eine Kameravorrichtung zur Erfassung einer optischen Bildsequenz von einer Verbrauchsanzeige eines Verbrauchszählers und ferner umfassend eine Auswertungsvorrichtung zur Auswertung der Bildsequenz und
Identifizierung von Änderung der Verbrauchsanzeige sowie zur Berechnung eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen. Erfindungsgemäße
Einrichtungen sind dabei vorzugsweise ausgebildet zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Vorzugsweise ist die Kameravorrichtung sensitiv für nichtoptische Wellenlängen, insbesondere für Wellenlängen im
Infraroten .
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einreichtung ist dadurch ausgezeichnet, ferner eine
Beleuchtungsvorrichtung für die Verbrauchsanzeige umfasst ist.
Dies ermöglich eine Ausleuchtung des mittels der
Kameravorrichtung erfassten Beobachtungsfeldes, insbesondere der Verbrauchsanzeige, unabhängig von Umgebungseinflüssen.
Vorzugsweise emittiert die Beleuchtungsvorrichtung ein auf die Sensitivität der Kameravorrichtung angepasstes
Emissionsspektrum, das insbesondere Wellenlängen im Infraroten umfasst .
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Bild aus einer Bildsequenz von einer Stromverbrauchsanzeige eines Stromzählers,
Fig. 2 schematisch ein Ausschnitt eines weiteren Bildes aus der Bildsequenz mit einem überlagerten
Vektorfeld als Visualisierung des optischen Flusses ,
Fig . 3 schematisch die mittlere Magnitude des optischen
Flusses an der Nachkommastelle der Stromverbrauchsanzeige als Funktion der Zeit, und
Fig. 4 schematisch die mittlere Magnitude des optischen
Flusses an der letzten Vorkommastelle der
Stromverbrauchsanzeige als Funktion der Zeit.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige
Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
Fig.l zeigt schematisch ein Bild 10 von einer
Stromverbrauchsanzeige 20 eines Stromzählers. Die
Stromverbrauchsanzeige 20 ist im dargestellten Beispiel
ausgebildet als Walzenzählwerk mit insgesamt sechs Walzen 22. Auf den einzeln rotierend gelagerten Walzen 22 sind jeweils die Ziffern 0 bis 9 aufgedruckt. Dies ist bedingt durch das übliche Dezimalsystem zur Darstellung von Zahlen, wobei die Erfindung ausschließlich nicht hierauf zu beschränken ist. Von den Walzen ist jeweils eine Ziffer sichtbar, wobei alle sichtbaren Ziffern der sechs Walzen 22 zusammen eine Zahl darstellen, die beispielsweise den auf kWh geeichten
Stromverbrauch seit der letzten Nullstellung des Zählwerks angibt. Dabei sind die Walzen derart mechanisch gekoppelt, dass bei einer vollen Umdrehung der ersten Walze 22 für die
Nachkommastelle 26 die Walze 22 für die Vorkommastelle 24 um eine Zehntelumdrehung oder ein Zehntel einer Umdrehung
weitergedreht wird. Entsprechend ist die Walze 22 für die
Vorkommastelle 24 mit der links davon dargestellten Walze 22 gekoppelt und so weiter.
Die erste Walze 22 für die Nachkommastelle 26 wird proportional zum Stromverbrauch angetrieben und bewegt sich somit
kontinuierlich mit wechselnder Drehgeschwindigkeit. Die anderen Walzen 22 hingegen stehen in der Regel fest bei einer Ziffer und werden lediglich kurz bewegt, um von einer Ziffer zur nächsten zu wechseln, wenn die jeweils schnellerdrehende Walze 22 auf der rechten Seite eine volle Umdrehung beendet hat. Das in Fig. 1 dargestellte Bild 10 ist beispielsweise mittels einer Kameravorrichtung einer erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Anspruch 7 aufgenommen. Bei der Kameravorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine halbleiterbasierte elektronische Kamera, die in der Lage ist, eine Bildsequenz mit einer
Wiederholrate von mindestens 5 Hz, d.h. mit mindestens 5 Bildern pro Sekunde, zu erfassen und in digitaler Form einer geeigneten Auswertungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verfügung zu stellen.
Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist ein Bildausschnitt 12, der die letzten beiden Walzen, d.h. die Walze 22 für die
Nachkommastelle 26 und die Walze 22 für die letzte
Vorkommastelle 24 umfasst. Dieser Bildausschnitt 12 ist
schematisch in Fig. 2 für ein weiteres Bild der Bildsequenz vergrößert dargestellt.
Der Bildausschnitt 12 in Fig. 2 ist überlagert mit einem
Vektorfeld, das den optischen Fluss darstellt. Der optische Fluss ist dabei beispielsweise ermittelt aus einem Vergleich des in Fig. 2 gezeigten Bildes und des unmittelbar in der
Bildsequenz vorangehenden oder nachfolgenden Bildes. Es können jedoch auch mehrere vorangehende und/oder nachfolgende Bilder für die Ermittlung des optischen Flusses verwendet werden, um beispielsweise unerwünschte Schwankungen aufgrund von
Kamerarauschen zu unterdrücken.
Unter dem optischen Fluss wird im Rahmen der Erfidnung
insbesondere die Verschiebung von Bildbereichen gleicher
Helligkeit und/oder Farbe innerhalb einer Bildsequenz
verstanden. Es handelt sich hierbei um eine dem Fachmann grundsätzlich bekannte Methode zur Analyse von Bildsequenzen, die ohne die systematische Erkennung von Kanten, Mustern und dergleichen in einzelnen Bildern auskommt. Dadurch unterscheidet sich das Prinzip des optischen Flusses insbesondere fundamental von dem ebenfalls bekannten Analyseprinzip des „optical
character recognition" (englisch für „optische
Buchstabenerkennung", abgekürzt OCR), das beispielsweise in der digitalen Texterkennung eingesetzt wird. In Fig. 2 sind des weiteren ein vorgebbarer Bereiche 34 für die Vorkommastelle 24 und ein vorgebbarer Bereich 36 für die
Nachkommastelle 26 dargestellt. Die Bereiche 34, 36 werden beispielsweise dadurch ermittelt, dass über die gesamte
Bildsequenz nur in diesen Bereichen signif kanter optischer Fluss, d.h. Bewegung des Zählwerkes und somit Veränderung in den Bildern der Bildsequenz, zu beobachten ist. Demgegenüber ist der optische Fluss in den übrigen Bereichen der Bilder über die gesamte Bildsequenz vernachlässigbar, weil dort keine Bewegung bzw. Veränderung auftritt.
Innerhalb des Bereiches 36, d.h. im Bereich der Nachkommastelle 26 des Zählwerks, wird beispielsweise die Magnitude des an den verschiedenen Stützpunkten ermittelten optischen Flusses für jedes Bild der Bildsequenz gemittelt und gegen die Zeit
aufgetragen. Dies ist beispielhaft für einen Zeitraum von ca. 10 Sekunden in Fig. 3 dargstellt. Hier deuten der waagerechte Pfeil 50 die Achse der Zeit und der senkrechte Pfeil 52 die Achse des räumlich gemittelten optischen Flusses an, während die Linie 46 den Verlauf des über den
Bereich 36 gemittelten optischen Flusses zeigt. Es ist zu erkennen, dass im gezeigten Zeitraum ständige
Schwankungen im Verlauf des optischen Fluss 46 auftreten. Dies liegt daran, dass sich die Walze 22 für die nachkommastelle 26 vergleichsweise schnell dreht, sobald Strom verbraucht wird. Hingegen wäre der optische Fluss nahezu null, wenn kein Strom verbraucht wird und sich die Walze 22 der Nachkommastelle 26 entsprechend nicht dreht.
Die gemittelte Magnitude des optischen Flusses im Bereich 36, d.h. der Verlauf der Linie 46 in Fig. 3, kann somit dazu verwendet werden, um Perioden mit Stromverbrauch, wie
beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, von solchen zu
unterscheiden, in denen kein Strom verbraucht wird.
Gleichzeitig korelliert die Magnitude des optischen Flusses mit der Drehgeschwindigkeit der Walze 22 für die Nachkommastelle 26 und ist somit ein Maß für den momentanen Stromverbrauch. Ein höherer Momentanverbauch bedeutet dabei eine schnellere Bewegung der Walze 22, damit größere Unterschiede zwischen
aufeinanderfolgenden Bildern 10 innerhalb der Bildsequenz und somit eine höhere Magnitude des optischen Flusses.
Fig. 4 zeigt die über den Bereich 34, d.h. das Bild der Walze 22 für die Vorkommastelle 24 des Zählwerkes, gemittelte Magnitude des optischen Flusses, dargestellt als Linie 44. Dabei ist die in Fig. 3 dargestellte Periode in der Bildsequenz dieselbe wie in Fig. 4. Deutlich zu erkennen ist, dass die Linie 44 im
Wesentlichen flach verläuft und lediglich im Zeitintervall 54 einen Ausschlag zeigt. Dies rührt daher, dass sich die Walze 22 für die Vorkommastelle 24 zunächst nicht bewegt, dann im
Intervall 54 um eine Ziffer weitergedreht wird, weil die Walze 22 der Nachkommastelle eine komplette Umdrehung vollendet hat, woraufhin sich die Walze 22 für die Vorkommastelle 24 dann erst einmal wieder nicht bewegt.
Dabei entspricht das Weiterdrehen der Walze 22 für die (erste) Vorkommastelle, erkennbar durch den Ausschlag in der Linie 44, einem inkrementellen Stromverbrauch von beispielsweise einer Kilowattstunde (kWh), abhängig von der Skala des Zählwerkes. Durch Zählen derartiger Erhebungen im zeitlichen Verlauf des mittleren optischen im Bereich 24 der Bilder aus der Bildsequenz lässt sich somit der Stromverbrauch, ausgehend von einem
Bekannten Anfangszählerstand, ausgeben. Nach einer vollen Umdrehung, d.h. nach insgesamt zehn
Ziffernwechsel, die jeweils beispielsweise wie vorangehend beschrieben ermittelt werden können, nimmt die Walze 22 für die (erste) Vorkommastelle 24 die benachbarte Walze 22 für die zweite Vorkommastelle mit, so dass auch an dieser Walze 22 ein Ziffernwechsel erfolgt. Dieser Ziffernwechsel kann wie
beschrieben ebenfalls mittels des optischen Flusses erkannt werden, jedoch in einem anderen Bildausschnitt, wodurch die Ziffernwechsel auf den verschiedenen Walzen 22 unterschieden werden können. Bei rein inkrementellen Verfahren zur Bestimmung eines Verbrauchswertes, die beispielsweise auf einer lückenlosen Überwachung einer eingangs erläuterten Statusscheibe eines Stromzählers oder ausschließlich auf der letzten Walze 22 eines Walzenzählwerkes 20 basieren, addieren sich die Ungenauigkeiten des berechneten Verbrauchswertes mit der Zeit. Demgegenüber ist die beschriebene Einzelauswertung der verschiedenen Walzen 22 für die verschiedenen Ziffern des Zählerstandes
selbstkorrigierend, weil ausgenutzt werden kann, dass sich benachbarte Walzen stets in einem festen Verhältnis zueinander drehen. Beispielsweise werden für die zweite Vorkommastelle pro registriertem Ziffernwechsel insgesamt zehn Ziffernwechsel der ersten Vorkommastelle erwartet. Derart können fälschlicherweise zusätzlich registrierte Impulse im optischen Fluss oder
f lschlicherweise nicht registrierte Drehbewegungen einzelner Walzen bei der Berechnung des digitalen Verbrauchswertes identifiziert und korrigierend berücksichtigt werden. Die beschriebene Auswertung des optischen Flusses, der lokal gemittelten Magnitude desselben sowie des zeitlichen Verlaufs der gemittelten Magnitude sind beispielsweise als Algorithmen in der bereits erwähnten Auswertungsvorrichtung der
erfindungsgemäßen Einrichtung implementiert.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ohne Weiteres übertragbar auf andere Verbrauchszähler, beispielsweise Gas- oder Wasserzähler.
Bezugszeichen
10 Bild
12 Bildausschnitt
20 Zählwerk
22 Walze
24 Vo kommasteile
26 Nachkommastelle
34 Maske für Vorkommastelle
36 Maske für Nachkommastelle
44 Optischer Fluss (Vorkommastelle)
46 Optischer Fluss (Nachkommastelle)
50 Zeitachse
52 Achse für optischen Fluss
54 Zeitintervall

Claims

Interone GmbH, Theresienhöhe 12, 80339 München Verfahren und Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Verbrauchswertes Patentansprüche
1. Verfahren zum Bereitstellen eines digitalen
Verbrauchswertes umfassend die folgenden
Verfahrensschritte :
— Erfassen einer Bildsequenz von einer
Verbrauchsanzeige eines Verbrauchszählers,
— Auswerten der Bildsequenz und Identifizieren
Änderung der Verbrauchsanzeige,
Berechnen eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanzeige ein mechanisches Walzenzählwerk umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Bildsequenz die Bestimmung eines optischen Flusses zwischen wenigstens zwei Bildern der Bildsequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungen der Verbrauchsanzeige anhand des optischen Flusses identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Fluss in einem vorgebbaren Teilbereich der Bilder aus der Bildsequenz ermittelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Auswerten der Bildsequenz und Identifizieren von Änderung der Verbrauchsanzeige jeweils wenigstens ein relevanter Bildausschnitt der Bilder aus der Bildsequenz ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsequenz in einem nichtoptischen Wellenlängenbereich, insbesondere im Infraroten, erfasst und/oder ausgewertet wird.
Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen
Verbrauchswertes, insbesondere zur Ausführung eines
Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Kameravorrichtung zur Erfassung einer optischen
Bildsequenz von einer Verbrauchsanzeige eines
Verbrauchszählers und ferner umfassend eine
Auswertungsvorrichtung zur Auswertung der Bildsequenz und Identifizierung von Änderung der Verbrauchsanzeige sowie zur Berechnung eines digitalen Verbrauchswertes basierend auf einer Mehrzahl identifizierter Änderungen.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameravorrichtung sensitiv ist für nicht-optische Wellenlängen, insbesondere für Wellenlängen im Infraroten.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ferner eine Beleuchtungsvorrichtung für die Verbrauchsanzeige umfasst, wobei die
Beleuchtungsvorrichtung insbesondere ein. auf die
Sensitivität der Kameravorrichtung angepasstes
Emissionsspektrum emittiert, das insbesondere Wellenlängen im Infraroten umfasst.
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