基于圖像處理的斷路器壓力表計識別技術研究
0 引言
我國工業化和信息化進程飛快,各類儀表的使用也越來越頻繁,據調查,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展,如何更加精準地對指針類儀表進行讀數,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
在人們日常工作和生產中,常見的用于顯示數據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,儀表有指針式和數字式兩種,數字式儀表可以通過數字直觀顯示數值,其結果更加精確,在進行數據統計時也更加簡單,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展,很多智能變電站應勢而生,數字儀表逐漸取代指針儀表走上舞臺,但是數字儀表極易受到電磁場等影響,并且在壓力變化較快的環境中,不容易顯示其變換規律,基于此,指針儀表在一定程度上還是不可替代的[1]。傳統方式是采用人工抄錄的辦法統計斷路器的壓力值,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。基于這個情況,國內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節。圖像處理的好壞程度直接影響著壓力表讀數的精準度,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,同時避免發生由于顏色過多過亮而導致光線不適應的情況發生。二是由于彩色的圖片相較于灰度圖片來說,其占用的內存空間更多,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,提高圖像的質量。另外,在進行的壓力表數據采集傳輸等過程中,會受到噪音的干擾,噪音會不同程度影響圖像的質量,所以在進行壓力表數據讀取之前,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的檢測和糾正,以免由于圖像傾斜造成的數值讀取誤差。
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出明顯的黑白效果。
2.1.5 圖像的合理分割以及形態學處理
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。形態學圖像處理是指用一定特征的形態元素去度量和處理圖像中特定的形狀,實現指針特征的提取。通過對圖像進行形態學圖像處理后,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對于指針確定的處理,可以直接過濾掉沒有經過圓心的直線。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值的最終判讀
進行壓力表數值的判讀,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的辦法。如果采用此種辦法,在進行讀數之前,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值,最后才能根據指針直線到左右相離刻度重心距離計算出儀表讀數[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值的要求非常嚴格,一個小的差錯都容易導致數值讀取出錯,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。
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。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據,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。
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,應該摒棄傳統人工識別的方法,發揮現代圖像處理技術的優勢,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值的準確性。
