一种基于图像识别的仪表实时监控系统及方法与流程

本发明涉及一种仪表监控系统及方法，尤其是涉及一种基于图像识别的仪表实时监控系统及方法。

背景技术：

仪器仪表广泛应用于传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，仪表及其测量控制技术得到日益广泛的应用，给仪表行业的快速发展提供了良好契机。高水平科学研究和高新技术产业的迅速发展，提高了对仪表监控系统的需求。

但在目前还在使用中的老旧工业系统以及非智能化城市和家用的各种水电气管中，仍然主要依靠人工进行读表和抄表，存在效率低、错误率高、无法进行实时监测等问题。仪表监控方面在急需智能化改造的同时还需要低成本的兼容现有的仪表系统，因此需要一种在不改变现有仪表功能和外观的前提下实现表盘数据的自动采集和实时无线发送的新型监控系统，然而目前未见相关报道。

技术实现要素：

针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像识别的仪表实时监控系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一、一种基于图像识别的仪表实时监控系统

本发明的系统，包括摄像头底座，多个发光二极管，摄像头，仪表，仪表底座和密封盒；摄像头底座安装在密封盒内的一侧，密封盒内对面的一侧安装有仪表底座，密封盒内的摄像头底座侧面安装摄像头，摄像头周围的侧面均布有多个发光二极管，密封盒内的仪表底座侧面安装仪表，摄像头中心和仪表中心位于同一轴线上。

所述摄像头底座，包括光学图像采集电路、供电电路、图像处理电路和无线收发电路；供电电路对摄像头、发光二极管、光学图像采集电路、图像处理电路和无线收发电路进行供电；光学图像处理电路对摄像头采集到的数据进行图像处理；无线收发电路用于将仪表读数结果实时发送出去；

所述密封盒用于仪表的固定，同时具有遮挡光线的作用；在密封盒遮挡外界网线影响下，多个发光二极管维持摄像头前方区域的恒定光照强度。

所述仪表为旋翼式或数字式的电表或水表。

二、一种基于图像识别的仪表实时监控系统的监控方法，该方法的步骤如下：

1)使用前，手动拨转仪表的指针使之分别停止在设定读数位置或手动拨转表盘的读数使之分别显示出“0”到“9”这十个数字，开启摄像头将表盘读数或数字采集到之后，通过图像处理电路进行图像特征强化处理，将图像处理结果数据与表盘读数或数字一一关联后进行存储；

2)摄像头对仪表的表盘显示读数由光学图像采集电路进行图像采集；采集到的读数经图像特征强化的处理后和存储的读数相关的图像处理结果数据进行对比，选择相匹配的图像关联的数字作为最终表盘读数或数字；图像特征强化的处理和对比过程由位于摄像头底座内的图像处理电路完成；

3)读数结果的数据通过无线收发电路实时发送出去，被远程控制端接收后以数字结果的形式发送给每个用户；

4)以上过程通过位于摄像头底座内的供电电路进行供电。

本发明具有的有益效果是：

1)它可以在不改变现有仪表功能和外观的基础上，实现表盘数据的自动采集和实时无线发送；

2)能够在避免改造和升级旧系统的情况下，实现非网络信息化系统中的仪表读数的数字化和在线监控，具有成本低、适用范围广的优点，可用于多种工业和家用的仪表读数的监控。

附图说明

图1是系统内部结构示意图。

图2是系统结构的俯视剖面图。

图3是摄像头底座1内部电路连接示意图。

图4是系统图像处理电路对图像进行处理和仪表读数识别过程的示意图。

图中：1、摄像头底座，2、发光二极管，3、摄像头，4、仪表，5、仪表底座，6、密封盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，图1是系统内部结构示意图；图2是系统结构的俯视剖面图。本发明包括摄像头底座1，多个发光二极管2，摄像头3，仪表4，仪表底座5和密封盒6。仪表4为旋翼式仪表也即指针式仪表，它由一个标有刻度的扇面和扇面圆心旋转的指针构成，指针在扇面上刻度范围内移动表明数值。仪表4正前方安装有摄像头3，摄像头3为cmos成像数码摄像头，分辨率为一百万像素，所装镜头光学焦距2.1毫米并可以通过手动旋转来调焦。摄像头底座1可选择正方体塑料盒，盒内装载光学图像采集和照明模块中的摄像头底座1、发光二极管2、摄像头3，图像采集电路、图像处理电路，无线网络通信模块中的无线收发电路，均由5v供电电路供电。密封盒6可选择圆柱体外形的塑料盒，借助胶水将摄像头底座1固定在密封盒6底面的内侧壁上，密封盒6另一个底面的内侧壁固定在仪表底座5上。发光二极管2可采用白色发光led，工作电压为3.3v，电流100ma，采用并联方式与3.3v供电电路连接，面对表盘方向均匀安装在摄像头3周围的摄像头底座1的外侧壁上。

如图2和图3所示，图2是系统结构的俯视剖面图；图3是摄像头底座1内部电路连接示意图。发光二极管2发射白色照明光，照亮仪表4。摄像头3通过光学镜头和cmos成像单元获得仪表4的图像，完成图像采集。其中摄像头采集到的图像为彩色图像，通过图像采集电路数字化成彩色百万像素的位图数据，图像采集电路输出图像数据给图像处理电路，图像处理电路将所得图像进行处理，图像处理结果为表盘读数数据，此数据发送给位于摄像头底座1内部的无线收发电路，无线收发电路可以由2.4ghz频段的wifi方式工作，数据由天线无线发送到用户的接收端。图像处理电路、无线收发电路和发光二极管2都需要借助电池进行供电，可选择5v锂电池给5v电路模块供电，同时采用lm1117等电源管理芯片降压为3.3v电路模块供电。同时，摄像头3的锂电池可由5v直流充电器进行充电来补充能量。

如图4所示，图4是系统图像处理电路对图像进行处理和仪表读数识别过程的示意图。首先对所输入的图像采集数据进行存储，将彩色图像rgb信息合并后获得灰度图，每个像素会有0-255的亮度数据表示。然后根据图像像素的数值大小设定一个阈值如100，高于阈值的设为255，低于阈值的设为100，获得图像特征强化处理的结果，图像处理电路可存储图像的特征强化处理结果。使用前需要获得可用于仪表读数识别的图像关联数据。图像关联数据需要采集仪表在每个读数状态的特征强化处理的图像并进行数值标定。首先手动拨转仪表的指针使之分别停止在各个读数位置，开启摄像头将表盘读数的特征强化处理结果依次存储起来，并将所得结果和这批采集的图像一一关联。系统正常工作时，对于每次采集得到的仪表读数的特征强化处理结果，图像处理电路将其与存储结果的图像进行对比，对比方法为两个图像的数据矩阵进行像素一一对应的减法操作，获得的数值进行相加，选取相加值最小的那个图像关联读数为实际仪表读数。将此读数接下来发送给无线数据发送电路，无线发送到用户端。

实施例2

如图1和图2所示，图1是系统内部结构示意图；图2是系统结构的俯视剖面图。本发明包括摄像头底座1，多个发光二极管2，摄像头3，仪表4，仪表底座5和密封盒6。仪表4为单相电子式电能表，它的表面上均匀排列有六个相同的数字滚轮，每个滚轮可以分别显示0-9十个数字。仪表4正前方安装有摄像头3，摄像头3为cmos成像数码摄像头，分辨率为一百万像素，所装镜头光学焦距2.1毫米并可以通过手动旋转来调焦。摄像头底座1可选择正方体塑料盒，盒内装载光学图像采集和照明模块中的摄像头底座1、发光二极管2、摄像头3，图像采集电路、图像处理电路，无线网络通信模块中的无线收发电路，他们都由5v供电电路供电。密封盒6可选择圆柱体外形的塑料盒，借助胶水将摄像头底座1固定在密封盒6底面的内侧壁上，密封盒6另一个底面的内侧壁固定在表盘底座5上。发光二极管2可采用白色发光led，工作电压为3.3v，电流100ma，采用并联方式与3.3v供电电路连接，面对表盘方向均匀安装在摄像头3周围的摄像头底座1的外侧壁上。

如图2和图3所示，图2是系统结构的俯视剖面图；图3是摄像头底座1内部电路连接示意图。发光二极管2发射白色照明光，照亮仪表4。摄像头3通过光学镜头和cmos成像单元获得仪表4的图像，完成图像采集。其中摄像头采集到的图像为彩色图像，通过图像采集电路数字化成彩色百万像素的位图数据，图像采集电路输出图像数据给图像处理电路，图像处理电路将所得图像进行处理，图像处理结果为表盘读数数据，此数据发送给位于摄像头底座1内部的无线收发电路，无线收发电路可以由2.4ghz频段的wifi方式工作，数据由天线无线发送到用户的接收端。图像处理电路、无线收发电路和发光二极管2都需要借助电池进行供电，可选择5v锂电池给5v电路模块供电，同时采用lm1117等电源管理芯片降压为3.3v电路模块供电。同时，摄像头3的锂电池可由5v直流充电器进行充电来补充能量。

如图4所示，图4是系统图像处理电路对图像进行处理和仪表读数识别过程的示意图。首先对所输入的图像采集数据进行存储，将彩色图像rgb信息合并后获得灰度图，每个像素会有0-255的亮度数据表示。然后根据图像像素的数值大小设定一个阈值如100，高于阈值的设为255，低于阈值的设为100，获得图像特征强化处理的结果，图像处理电路可存储图像的特征强化处理结果。使用前需要获得可用于仪表读数识别的图像关联数据。图像关联数据需要采集仪表在每个读数状态的特征强化处理的图像并进行数值标定。首先手动拨转仪表的滚轮使之分别显示0-9这十个数字，开启摄像头将表盘读数的特征强化处理结果依次存储起来，并将所得结果和这批采集的图像一一关联。系统正常工作时，对于每次采集得到的仪表读数的特征强化处理结果，先进行分区处理，将采集到的图像根据六个滚轮的位置分为六个区域，每个区域的特征强化处理结果对应一个滚轮的读数，再将每个分区的特征强化处理结果与存储结果的图像进行对比，对比方法为两个图像的数据矩阵进行像素一一对应的减法操作，获得的数值进行相加，选取相加值最小的那个图像关联读数为实际仪表读数，最后将六个读数按照仪表中滚轮的位置排列起来即为最终读数。将此读数接下来发送给无线数据发送电路，无线发送到用户端。