基于圖像處理的斷路器壓力表計識別技術研究
0 引言
我國工業(yè)化和信息化進程飛快,各類儀表的使用也越來越頻繁,據(jù)調(diào)查,由于變電站的特殊性,在日常應用上,還是指針類儀表應用偏多。隨著數(shù)字圖像處理技術的不斷完善,儀表識別技術也得到了飛躍式發(fā)展,如何更加精準地對指針類儀表進行讀數(shù),是亟待解決和提升的重要問題。
1 基于圖像處理的斷路器壓力表計識別技術的重要性
在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕a(chǎn)中,常見的用于顯示數(shù)據(jù)的工具就是各類儀表,如家庭用到的電表、水表等。一般情況下,儀表有指針式和數(shù)字式兩種,數(shù)字式儀表可以通過數(shù)字直觀顯示數(shù)值,其結果更加精確,在進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計時也更加簡單,但是其構造復雜并且相對成本較高。而指針式儀表,由于其結構簡單,安全可靠,不易受到其他因素的影響且性價比相對較高,所以在進行變電站斷路器壓力測量時,通常選用指針式儀表。在變電站中,壓力表起著至關重要的作用,雖然伴隨著自動化技術的飛速發(fā)展,很多智能變電站應勢而生,數(shù)字儀表逐漸取代指針儀表走上舞臺,但是數(shù)字儀表極易受到電磁場等影響,并且在壓力變化較快的環(huán)境中,不容易顯示其變換規(guī)律,基于此,指針儀表在一定程度上還是不可替代的[1]。傳統(tǒng)方式是采用人工抄錄的辦法統(tǒng)計斷路器的壓力值,不僅在抄錄的過程中費時費力,而且后續(xù)還要將抄錄結果一一錄入電腦,工作效率非常低并且由于人為因素的影響,準確率并不高?；谶@個情況,國內(nèi)很早就開始了對儀表識別技術的研究,比如有跡可循的:距離判別法、結合圖像處理技術與伺服跟蹤技術的識別方法、最大灰度相減法、種子填充法等等,不斷推進著斷路器壓力表計識別技術的發(fā)展進程。
2 基于圖像處理的斷路器壓力表計識別技術的對策
2.1 圖像處理及具體流程
在進行變電站斷路器壓力表的識別過程中,首先是對收集到的指針儀表的圖像進行處理,這是壓力表計識別技術中的重要環(huán)節(jié)。圖像處理的好壞程度直接影響著壓力表讀數(shù)的精準度,基于此,在圖像處理過程中,一定要嚴格把控各個流程,以確保讀取的信息準確無誤。具體流程如下。
2.1.1 進行圖像灰度化處理
圖像灰度化處理,顧名思義,是將收集到的帶有顏色的圖片處理成灰度的過程。這一過程,一是減少色彩對于圖片清晰度的影響,同時避免發(fā)生由于顏色過多過亮而導致光線不適應的情況發(fā)生。二是由于彩色的圖片相較于灰度圖片來說,其占用的內(nèi)存空間更多,操作也更為復雜,處理速度慢,所以轉換成灰度圖像也更易操作。
2.1.2 進行圖像增強、去燥處理
在進行壓力表圖像收集的過程中,由于受到光照程度不均或者反光的的影響,必然會有圖片不清晰的情況發(fā)生,圖像增強就是基于這個情況,利用增強技術將圖像中部清晰的地方進行處理,使其變得清晰或者是重點突出起來,提高圖像的質(zhì)量。另外,在進行的壓力表數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)冗^程中,會受到噪音的干擾,噪音會不同程度影響圖像的質(zhì)量,所以在進行壓力表數(shù)據(jù)讀取之前,對圖像進行去燥處理也至關重要。
2.1.3 圖像常規(guī)檢測
由于圖像在采集的過程中,沒有辦法保證每個位置都方正,一定會存在傾斜的狀況,所以需要對圖像進行常規(guī)的檢測和糾正,以免由于圖像傾斜造成的數(shù)值讀取誤差。
2.1.4 圖像的二值化處理
圖像二值化是指將圖像上的每一點的灰度值設置為0或255,灰度值的無用信息會被刪除,從而使得處理過的圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。
2.1.5 圖像的合理分割以及形態(tài)學處理
圖像的分割就是指將圖像的主要組成部分進行分離,即將壓力表的指針與背景的表盤進行分離處理,進而得到想要的部分。形態(tài)學圖像處理是指用一定特征的形態(tài)元素去度量和處理圖像中特定的形狀,實現(xiàn)指針特征的提取。通過對圖像進行形態(tài)學圖像處理后,可得到儀表圖像特征信息,并減少信息量,加快儀表讀數(shù)識別的速度。
2.2 對壓力表的指針進行有效定位
對于指針儀表,只有確定指針的位置,才能精準讀出數(shù)值,所以進行斷路器壓力表計識別技術的關鍵,就是對指針的位置的確定。在確認指針位置的同時,首先要對壓力表的圓心進行確認,先檢測出圓形的位置,在通過科技確定其圓心位置,對于儀表來說,指針式一定會通過的圓心的,所以圓心的確定也有利于后續(xù)對于指針確定的處理,可以直接過濾掉沒有經(jīng)過圓心的直線。進而通過Hough變換的方法,采集到圖像包含的直線。對于采集到的直線,只需要進行兩步處理,第一需要去掉耐震液的直線后,在剩余的直線中,選擇通過圓心的最長的一條,就是指針。
2.3 進行斷路器壓力表計數(shù)值的最終判讀
進行壓力表數(shù)值的判讀,是研究斷路器壓力表計識別技術的最終目的,是整個技術中最后也是最重要的一步,對于數(shù)值的判讀,常采用的辦法有兩種:距離判讀法和角度判讀法。
2.3.1 距離判讀法
顧名思義,是通過距離進行讀數(shù)的方法,具體是通過確定指針停留的位置,進而測量指針到與其相鄰的兩條刻度線的距離來確定儀表讀數(shù)的辦法。如果采用此種辦法,在進行讀數(shù)之前,要做好前期的準備工作,將儀表盤上的所有刻度線都進行確認,進而做出準確的定位和標記,并且要清晰地識別出每一條刻度線所對應的數(shù)值,最后才能根據(jù)指針直線到左右相離刻度重心距離計算出儀表讀數(shù)[2]。
如上述步驟顯示,進行距離判讀法的時候,對于刻度線以及其所對應數(shù)值的要求非常嚴格,一個小的差錯都容易導致數(shù)值讀取出錯,而在變電站中,一般斷路器的壓力表指針都具有很多條刻度線,給距離判讀方法增加很多難度,并且通過距離換算的方法,在算法上也相對麻煩,所以一般人們不會采取這種辦法進行讀數(shù)。
2.3.2 角度判讀法
相對于距離判讀法,角度判讀法的操作程序要簡單得多,直接通過指針偏轉的角度,分析其與表盤的關系就可以得出精確的數(shù)值。可以通過hough變換獲得待測指針直線、零刻度線和最大示值刻度線,然后利用最小二乘法進行直線擬合,獲取相關的角度值。
假設使用的壓力表量程范圍是-0.1～0.9 MPa,只需要在測量的過程中,計算出指針與最開始刻度的夾角,就可以判斷出斷路器壓力表的讀數(shù)。在計算指針與起始刻度的夾角時,為了更準確快捷得到想要的數(shù)據(jù),可以先將整個壓力表進行合理的劃分,用兩條直線均勻分成四個位置,再根據(jù)指針兩個端點中間部分所屬的位置,結合指針的傾斜率,算出指針與起始刻度的夾角。就可以順利讀出斷路器壓力表的讀數(shù)。
3 結語
在科學技術日益成熟的今天,進行斷路器壓力表計識別的過程中,應該摒棄傳統(tǒng)人工識別的方法,發(fā)揮現(xiàn)代圖像處理技術的優(yōu)勢,對斷路器的壓力表進行智能化識別,在提高工作效率的同時,減少人工方面的投入,同時也能夠提高壓力表數(shù)值的準確性。
