一种基于图像处理的电能表的制作方法

本发明是申请号为2016101781727、申请日为2016年3月25日、发明名称为“一种基于图像处理的电能表的使用方法”的专利的分案申请。

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于图像处理的电能表。

背景技术：

从电能表的技术分析来看，当前电力行业电能计量仪表的主要方案一般都是基于半导体技术而实现精确计量目的。电能表一般均采用了高精度的a/d转换器，将电网的电压、电流信号进行采样和模数转换，然后利用高速微处理器对数字信号进行分析、处理和数据再加工、分拣，从而产生各种计量数据；最后利用各种通讯接口、人机界面实现与各种设备进行对接。

然而，现有技术中的电能表的设计具有一定的局限性，由于电能表通常被放置在公共空间，但并没有搭载辅助功能设备对公共空间的状况进行监控或实现其他功能，电能表只局限于电力线路的参数测量，即使如此，现有技术中的电能表的结构尚具有优化和改造的空间，现有技术中的电能表的检测效率不高，检测精度仍有待提高。

因此，本发明提出一种基于图像处理的电能表，利用现有电能表所占据的电梯间公共空间对电梯间的人物目标进行实时检测，以确定是否存在可疑人物并决定是否触发报警，同时，对现有的电能表的内部结构进行进一步的整合和优化，提高对电力线路参数检测的精度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像处理的电能表，引入人物出现次数检测设备和人物轨迹分析设备，当人物出现次数小于等于预设次数阈值且接收到轨迹可疑信号时，发出存在嫌疑人报警信号，同时，对电能表的结构进行去冗余化，从而全面提高电能表的工作性能，节省设备所占据的公共空间。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的电能表，包括电能检测设备、人物动作轨迹检测设备、人物出现次数检测设备和主控制器，电能检测设备用于检测工频交流电的电力参数，人物动作轨迹检测设备和人物出现次数检测设备分别用于基于图像处理确定电梯间人物目标的动作轨迹和出现次数，主控制器分别与电能检测设备、人物动作轨迹检测设备和人物出现次数检测设备连接。

更具体地，在所述基于图像处理的电能表中，包括：校准电阻，为一滑动变阻器，电阻值为2mω，一个固定端与工频交流电的零线连接，滑动端与第二电阻的一端连接；第二电阻，电阻值为1mω，另一端与第一电阻的一端连接，同时，另一端作为采样电压的一测量端输出；第一电阻，电阻值为1.5kω，另一端与工频交流电的火线连接；第一电容，电容值为220pf，一端与第二电阻的另一端连接，另一端接地；第三电阻，电阻值为470ω，一端与工频交流电的火线连接，另一端作为采样电压的另一测量端输出；第二电容，电容值为220pf，一端与第三电阻的另一端连接，另一端接地；第三电容，电容值为0.018uf，一端与第二电阻的另一端连接，另一端与第三电阻的另一端连接；第四电阻，电阻值为0.6mω，插入在工频交流电的火线上，即两端都与工频交流电的火线连接；第五电阻，电阻值为470ω，一端与第四电阻的一端连接，另一端作为采样电流的一测量端输出；第六电阻，电阻值为470ω，与第四电阻的另一端连接，另一端作为采样电流的另一测量端输出；第四电容，电容值为220pf，一端与第五电阻的另一端连接，另一端接地；第五电容，电容值为220pf，一端与第六电阻的另一端连接，另一端接地；第六电容，电容值为0.018uf，一端与第五电阻的另一端连接，另一端与第六电阻的另一端连接；电容降压电路，与工频交流电的零线和火线连接，用于将工频交流电转变为5v低压直流电，以用作电能检测设备的电源；电能检测设备，包括电压测量电路、电流测量电路和微处理器，电压测量电路与采样电压的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电压，电流测量电路与采样电流的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电流，微处理器分别与电压测量电路和电流测量电路，基于工频交流电的实时采样电压和工频交流电的实时采样电流，确定并输出工频交流电的有功功率和无功功率；隔离设备，位于电能检测设备和avr32芯片之间，采用光电耦合电路，用于实现模拟电路部分与数字电路部分的隔离，避免相互干扰；ac/dc电源设备，包括变压器降压电路、全桥整流电路、滤波电路和稳压电路，与工频交流电的零线和火线连接，用于将220v的工频交流电转换为5v或3.3v的直流电；zigbee通信接口，与avr32芯片连接，用于接收并向附近的无线抄表设备发送有功功率和无功功率；串行可擦除串行可擦除存储器at24c16b，具有1万次擦写循环，与avr32芯片连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率；图像采集设备，设置在电能表外框上，拍摄方向朝向电梯间，用于拍摄高清电梯间图像；复杂度检测设备，与图像采集设备连接，用于接收高清电梯间图像，并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与图像采集设备连接，用于接收高清电梯间图像，针对高清电梯间图像中的每一个像素点，提取其r、g、b三颜色通道分量，对r、g、b三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中r、g、b三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；人物识别设备，分别与图像采集设备和图像校正设备连接以接收高清电梯间图像和二值化图像，用于基于预设的基准人物轮廓识别出二值化图像的人物目标，并基于人物目标在二值化图像处的位置从高清电梯间图像处分割出对应的人物目标图像；人物出现次数检测设备，与人物识别设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，接收人物目标图像，将接收到的人物目标图像中的人物目标与串行可擦除存储器at24c16b内各个已有人物目标图像进行匹配以确定人物目标是否第一次出现，匹配失败则确定为第一次出现，则将人物目标对应的人物目标图像作为新的已有人物目标图像存储到串行可擦除存储器at24c16b内并标记对应的出现次数为1，匹配成功则确定为不是第一次出现，则将串行可擦除存储器at24c16b内匹配到的已有人物目标图像对应的出现次数增加1；人物出现次数检测设备还将人物目标对应的已有人物目标图像的出现次数作为人物出现次数输出；人物轨迹分析设备，与人物识别设备连接以接收人物目标图像，用于基于预设的可疑人物动作规范对人物目标图像中的人物目标的动作进行匹配，如果匹配成功则输出轨迹可疑信号，如果匹配失败则输出轨迹正常信号；avr32芯片，通过隔离电路与电能检测设备连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率；avr32芯片还分别与人物出现次数检测设备和人物轨迹分析设备连接，当人物出现次数小于等于预设次数阈值且接收到轨迹可疑信号时，输出存在嫌疑人信号，当人物出现次数大于预设次数阈值或接收到轨迹正常信号时，输出不存在嫌疑人信号。

更具体地，在所述基于图像处理的电能表中，还包括：移动通信接口，与avr32芯片连接。

更具体地，在所述基于图像处理的电能表中：移动通信接口用于将存在嫌疑人信号通过双向无线通信链路发送到远端的公共安全管理中心。

更具体地，在所述基于图像处理的电能表中：移动通信接口用于将工频交流电的有功功率和无功功率发送到远端的抄表中心。

更具体地，在所述基于图像处理的电能表中：串行可擦除存储器at24c16b还用于存储预设次数。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的电能表的结构方框图。

附图标记：1电能检测设备；2人物动作轨迹检测设备；3人物出现次数检测设备；4主控制器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于图像处理的电能表的实施方案进行详细说明。

电能表按接入相线来划分，可分为单相、三相三线、三相四线电能表。

使用电能表需要注意以下事项：在低电压(不超过500伏)和小电流(几十安)的情况下，电能表可直接接入电路进行测量。在高电压或大电流的情况下，电能表不能直接接入线路，需配合电压互感器或电流互感器使用。对于直接接入线路的电能表，要根据负载电压和电流选择合适规格的，使电能表的额定电压和额定电流，等于或稍大于负载的电压或电流。另外，负载的用电量要在电能表额定值的10％以上，否则计量不准。甚至有时根本带不动铝盘转动。所以电能表不能选得太大。若选得太小也容易烧坏电能表。

现有技术中的电能表向智能化方向发展，例如提供远程抄表接口等，但一般来看，现有技术中的电能表存在以下缺陷：电能表的测量精度仍有待提高；电能表的功能单一，仍局限于对电力线路的检测操作，没有充分利用电能表所占用的公共空间，例如电梯间的公共空间。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像处理的电能表，在提高自身的检测效率和检测精度的同时，能够对电梯间每一个人物目标动作轨迹和出现次数进行判断，以确定是否发现可疑人物，从而有力地维护了楼宇的安全环境。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的电能表的结构方框图，包括电能检测设备、人物动作轨迹检测设备、人物出现次数检测设备和主控制器，电能检测设备用于检测工频交流电的电力参数，人物动作轨迹检测设备和人物出现次数检测设备分别用于基于图像处理确定电梯间人物目标的动作轨迹和出现次数，主控制器分别与电能检测设备、人物动作轨迹检测设备和人物出现次数检测设备连接。

接着，继续对本发明的基于图像处理的电能表的具体结构进行进一步的说明。

所述电能表包括：校准电阻，为一滑动变阻器，电阻值为2mω，一个固定端与工频交流电的零线连接，滑动端与第二电阻的一端连接；第二电阻，电阻值为1mω，另一端与第一电阻的一端连接，同时，另一端作为采样电压的一测量端输出；第一电阻，电阻值为1.5kω，另一端与工频交流电的火线连接。

所述电能表包括：第一电容，电容值为220pf，一端与第二电阻的另一端连接，另一端接地；第三电阻，电阻值为470ω，一端与工频交流电的火线连接，另一端作为采样电压的另一测量端输出；第二电容，电容值为220pf，一端与第三电阻的另一端连接，另一端接地；第三电容，电容值为0.018uf，一端与第二电阻的另一端连接，另一端与第三电阻的另一端连接；第四电阻，电阻值为0.6mω，插入在工频交流电的火线上，即两端都与工频交流电的火线连接。

所述电能表包括：第五电阻，电阻值为470ω，一端与第四电阻的一端连接，另一端作为采样电流的一测量端输出；第六电阻，电阻值为470ω，与第四电阻的另一端连接，另一端作为采样电流的另一测量端输出；第四电容，电容值为220pf，一端与第五电阻的另一端连接，另一端接地；第五电容，电容值为220pf，一端与第六电阻的另一端连接，另一端接地；第六电容，电容值为0.018uf，一端与第五电阻的另一端连接，另一端与第六电阻的另一端连接；电容降压电路，与工频交流电的零线和火线连接，用于将工频交流电转变为5v低压直流电，以用作电能检测设备的电源。

所述电能表包括：电能检测设备，包括电压测量电路、电流测量电路和微处理器，电压测量电路与采样电压的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电压，电流测量电路与采样电流的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电流，微处理器分别与电压测量电路和电流测量电路，基于工频交流电的实时采样电压和工频交流电的实时采样电流，确定并输出工频交流电的有功功率和无功功率。

所述电能表包括：隔离设备，位于电能检测设备和avr32芯片之间，采用光电耦合电路，用于实现模拟电路部分与数字电路部分的隔离，避免相互干扰；ac/dc电源设备，包括变压器降压电路、全桥整流电路、滤波电路和稳压电路，与工频交流电的零线和火线连接，用于将220v的工频交流电转换为5v或3.3v的直流电。

所述电能表包括：zigbee通信接口，与avr32芯片连接，用于接收并向附近的无线抄表设备发送有功功率和无功功率；串行可擦除串行可擦除存储器at24c16b，具有1万次擦写循环，与avr32芯片连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率。

所述电能表包括：图像采集设备，设置在电能表外框上，拍摄方向朝向电梯间，用于拍摄高清电梯间图像；复杂度检测设备，与图像采集设备连接，用于接收高清电梯间图像，并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与图像采集设备连接，用于接收高清电梯间图像，针对高清电梯间图像中的每一个像素点，提取其r、g、b三颜色通道分量，对r、g、b三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中r、g、b三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11。

所述电能表包括：图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。

所述电能表包括：全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值。

所述电能表包括：图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；人物识别设备，分别与图像采集设备和图像校正设备连接以接收高清电梯间图像和二值化图像，用于基于预设的基准人物轮廓识别出二值化图像的人物目标，并基于人物目标在二值化图像处的位置从高清电梯间图像处分割出对应的人物目标图像。

所述电能表包括：人物出现次数检测设备，与人物识别设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，接收人物目标图像，将接收到的人物目标图像中的人物目标与串行可擦除存储器at24c16b内各个已有人物目标图像进行匹配以确定人物目标是否第一次出现，匹配失败则确定为第一次出现，则将人物目标对应的人物目标图像作为新的已有人物目标图像存储到串行可擦除存储器at24c16b内并标记对应的出现次数为1，匹配成功则确定为不是第一次出现，则将串行可擦除存储器at24c16b内匹配到的已有人物目标图像对应的出现次数增加1；人物出现次数检测设备还将人物目标对应的已有人物目标图像的出现次数作为人物出现次数输出。

所述电能表包括：人物轨迹分析设备，与人物识别设备连接以接收人物目标图像，用于基于预设的可疑人物动作规范对人物目标图像中的人物目标的动作进行匹配，如果匹配成功则输出轨迹可疑信号，如果匹配失败则输出轨迹正常信号。

所述电能表包括：avr32芯片，通过隔离电路与电能检测设备连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率；avr32芯片还分别与人物出现次数检测设备和人物轨迹分析设备连接，当人物出现次数小于等于预设次数阈值且接收到轨迹可疑信号时，输出存在嫌疑人信号，当人物出现次数大于预设次数阈值或接收到轨迹正常信号时，输出不存在嫌疑人信号。

可选地，在所述电能表中，还包括：移动通信接口，与avr32芯片连接；移动通信接口用于将存在嫌疑人信号通过双向无线通信链路发送到远端的公共安全管理中心；移动通信接口用于将工频交流电的有功功率和无功功率发送到远端的抄表中心；串行可擦除存储器at24c16b还可以用于存储预设次数。

另外，电能表行业目前主流产品在国际上已经处于快速发展阶段，属于朝阳行业，全球包括发达经济体和发展中国家均在进行电能表的更新换代，以适应当前整个世界形势的变化。一是全球性的节能减排要求，必须进行能量的精确计量，促进各用电主体根据能量的变化进行用电控制，改变用电习惯；二是适应电力企业管理现代化、信息化的要求，通过智能电能表作为电网的一个节点，可以快速有效地了解电力用户、变电站等计量测量点的用电实时情况，提供更加精确的服务和管理。

电能表产品中需求量最大的是单相居民电能表，但是由于居民用电量的逐年增加、用电负荷的增大，相关的用电设备要求使用三相供电。同时利用三相供电可以提高负荷平衡率、降低电力线损。目前发达国家居民用电大部分已经采用三相供电。因此三相计量电能表的需求将越来越大，在电能表的需求结构中的占比将逐步提升。

为推进智能电网建设，智能电能表和用电信息采集系统将作为智能电网建设的重要组成部分，实现对用电用户的“全覆盖、全采集、全费控”，将促进用电信息采集系统产品技术的提升。

采用本发明的基于图像处理的电能表，针对现有技术中电能表检测效率低下且功能不全的技术问题，在电能表上集成检测平台，通过检测人物出现次数和人物动作轨迹对电能表所在电梯间的人物特征进行检测，并当人物出现次数小于等于预设次数阈值且接收到轨迹可疑信号时，输出存在嫌疑人信号，当人物出现次数大于预设次数阈值或接收到轨迹正常信号时，输出不存在嫌疑人信号，从而实现对可疑人物的自动化报警，同时，还完善了电能表的电能检测功能，全面提高电能表的工作性能。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。