本發(fā)明涉及一種儀表監(jiān)控系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種基于圖像識別的儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

儀器儀表廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工藝流程的測量和控制，是現(xiàn)代化大型重點成套裝備的重要組成部分，是信息化帶動工業(yè)化的重要紐帶。在人類社會進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時代、信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，儀表及其測量控制技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用，給儀表行業(yè)的快速發(fā)展提供了良好契機(jī)。高水平科學(xué)研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，提高了對儀表監(jiān)控系統(tǒng)的需求。

但在目前還在使用中的老舊工業(yè)系統(tǒng)以及非智能化城市和家用的各種水電氣管中，仍然主要依靠人工進(jìn)行讀表和抄表，存在效率低、錯誤率高、無法進(jìn)行實時監(jiān)測等問題。儀表監(jiān)控方面在急需智能化改造的同時還需要低成本的兼容現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)，因此需要一種在不改變現(xiàn)有儀表功能和外觀的前提下實現(xiàn)表盤數(shù)據(jù)的自動采集和實時無線發(fā)送的新型監(jiān)控系統(tǒng)，然而目前未見相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像識別的儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一、一種基于圖像識別的儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)

本發(fā)明的系統(tǒng)，包括攝像頭底座，多個發(fā)光二極管，攝像頭，儀表，儀表底座和密封盒；攝像頭底座安裝在密封盒內(nèi)的一側(cè)，密封盒內(nèi)對面的一側(cè)安裝有儀表底座，密封盒內(nèi)的攝像頭底座側(cè)面安裝攝像頭，攝像頭周圍的側(cè)面均布有多個發(fā)光二極管，密封盒內(nèi)的儀表底座側(cè)面安裝儀表，攝像頭中心和儀表中心位于同一軸線上。

所述攝像頭底座，包括光學(xué)圖像采集電路、供電電路、圖像處理電路和無線收發(fā)電路；供電電路對攝像頭、發(fā)光二極管、光學(xué)圖像采集電路、圖像處理電路和無線收發(fā)電路進(jìn)行供電；光學(xué)圖像處理電路對攝像頭采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；無線收發(fā)電路用于將儀表讀數(shù)結(jié)果實時發(fā)送出去；

所述密封盒用于儀表的固定，同時具有遮擋光線的作用；在密封盒遮擋外界網(wǎng)線影響下，多個發(fā)光二極管維持?jǐn)z像頭前方區(qū)域的恒定光照強(qiáng)度。

所述儀表為旋翼式或數(shù)字式的電表或水表。

二、一種基于圖像識別的儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法的步驟如下：

1)使用前，手動撥轉(zhuǎn)儀表的指針使之分別停止在設(shè)定讀數(shù)位置或手動撥轉(zhuǎn)表盤的讀數(shù)使之分別顯示出“0”到“9”這十個數(shù)字，開啟攝像頭將表盤讀數(shù)或數(shù)字采集到之后，通過圖像處理電路進(jìn)行圖像特征強(qiáng)化處理，將圖像處理結(jié)果數(shù)據(jù)與表盤讀數(shù)或數(shù)字一一關(guān)聯(lián)后進(jìn)行存儲；

2)攝像頭對儀表的表盤顯示讀數(shù)由光學(xué)圖像采集電路進(jìn)行圖像采集；采集到的讀數(shù)經(jīng)圖像特征強(qiáng)化的處理后和存儲的讀數(shù)相關(guān)的圖像處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，選擇相匹配的圖像關(guān)聯(lián)的數(shù)字作為最終表盤讀數(shù)或數(shù)字；圖像特征強(qiáng)化的處理和對比過程由位于攝像頭底座內(nèi)的圖像處理電路完成；

3)讀數(shù)結(jié)果的數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)電路實時發(fā)送出去，被遠(yuǎn)程控制端接收后以數(shù)字結(jié)果的形式發(fā)送給每個用戶；

4)以上過程通過位于攝像頭底座內(nèi)的供電電路進(jìn)行供電。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)它可以在不改變現(xiàn)有儀表功能和外觀的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)表盤數(shù)據(jù)的自動采集和實時無線發(fā)送；

2)能夠在避免改造和升級舊系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)非網(wǎng)絡(luò)信息化系統(tǒng)中的儀表讀數(shù)的數(shù)字化和在線監(jiān)控，具有成本低、適用范圍廣的優(yōu)點，可用于多種工業(yè)和家用的儀表讀數(shù)的監(jiān)控。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖。

圖3是攝像頭底座1內(nèi)部電路連接示意圖。

圖4是系統(tǒng)圖像處理電路對圖像進(jìn)行處理和儀表讀數(shù)識別過程的示意圖。

圖中：1、攝像頭底座，2、發(fā)光二極管，3、攝像頭，4、儀表，5、儀表底座，6、密封盒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

如圖1和圖2所示，圖1是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖。本發(fā)明包括攝像頭底座1，多個發(fā)光二極管2，攝像頭3，儀表4，儀表底座5和密封盒6。儀表4為旋翼式儀表也即指針式儀表，它由一個標(biāo)有刻度的扇面和扇面圓心旋轉(zhuǎn)的指針構(gòu)成，指針在扇面上刻度范圍內(nèi)移動表明數(shù)值。儀表4正前方安裝有攝像頭3，攝像頭3為cmos成像數(shù)碼攝像頭，分辨率為一百萬像素，所裝鏡頭光學(xué)焦距2.1毫米并可以通過手動旋轉(zhuǎn)來調(diào)焦。攝像頭底座1可選擇正方體塑料盒，盒內(nèi)裝載光學(xué)圖像采集和照明模塊中的攝像頭底座1、發(fā)光二極管2、攝像頭3，圖像采集電路、圖像處理電路，無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的無線收發(fā)電路，均由5v供電電路供電。密封盒6可選擇圓柱體外形的塑料盒，借助膠水將攝像頭底座1固定在密封盒6底面的內(nèi)側(cè)壁上，密封盒6另一個底面的內(nèi)側(cè)壁固定在儀表底座5上。發(fā)光二極管2可采用白色發(fā)光led，工作電壓為3.3v，電流100ma，采用并聯(lián)方式與3.3v供電電路連接，面對表盤方向均勻安裝在攝像頭3周圍的攝像頭底座1的外側(cè)壁上。

如圖2和圖3所示，圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖；圖3是攝像頭底座1內(nèi)部電路連接示意圖。發(fā)光二極管2發(fā)射白色照明光，照亮儀表4。攝像頭3通過光學(xué)鏡頭和cmos成像單元獲得儀表4的圖像，完成圖像采集。其中攝像頭采集到的圖像為彩色圖像，通過圖像采集電路數(shù)字化成彩色百萬像素的位圖數(shù)據(jù)，圖像采集電路輸出圖像數(shù)據(jù)給圖像處理電路，圖像處理電路將所得圖像進(jìn)行處理，圖像處理結(jié)果為表盤讀數(shù)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)發(fā)送給位于攝像頭底座1內(nèi)部的無線收發(fā)電路，無線收發(fā)電路可以由2.4ghz頻段的wifi方式工作，數(shù)據(jù)由天線無線發(fā)送到用戶的接收端。圖像處理電路、無線收發(fā)電路和發(fā)光二極管2都需要借助電池進(jìn)行供電，可選擇5v鋰電池給5v電路模塊供電，同時采用lm1117等電源管理芯片降壓為3.3v電路模塊供電。同時，攝像頭3的鋰電池可由5v直流充電器進(jìn)行充電來補(bǔ)充能量。

如圖4所示，圖4是系統(tǒng)圖像處理電路對圖像進(jìn)行處理和儀表讀數(shù)識別過程的示意圖。首先對所輸入的圖像采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，將彩色圖像rgb信息合并后獲得灰度圖，每個像素會有0-255的亮度數(shù)據(jù)表示。然后根據(jù)圖像像素的數(shù)值大小設(shè)定一個閾值如100，高于閾值的設(shè)為255，低于閾值的設(shè)為100，獲得圖像特征強(qiáng)化處理的結(jié)果，圖像處理電路可存儲圖像的特征強(qiáng)化處理結(jié)果。使用前需要獲得可用于儀表讀數(shù)識別的圖像關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。圖像關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)需要采集儀表在每個讀數(shù)狀態(tài)的特征強(qiáng)化處理的圖像并進(jìn)行數(shù)值標(biāo)定。首先手動撥轉(zhuǎn)儀表的指針使之分別停止在各個讀數(shù)位置，開啟攝像頭將表盤讀數(shù)的特征強(qiáng)化處理結(jié)果依次存儲起來，并將所得結(jié)果和這批采集的圖像一一關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)正常工作時，對于每次采集得到的儀表讀數(shù)的特征強(qiáng)化處理結(jié)果，圖像處理電路將其與存儲結(jié)果的圖像進(jìn)行對比，對比方法為兩個圖像的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行像素一一對應(yīng)的減法操作，獲得的數(shù)值進(jìn)行相加，選取相加值最小的那個圖像關(guān)聯(lián)讀數(shù)為實際儀表讀數(shù)。將此讀數(shù)接下來發(fā)送給無線數(shù)據(jù)發(fā)送電路，無線發(fā)送到用戶端。

實施例2

如圖1和圖2所示，圖1是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖。本發(fā)明包括攝像頭底座1，多個發(fā)光二極管2，攝像頭3，儀表4，儀表底座5和密封盒6。儀表4為單相電子式電能表，它的表面上均勻排列有六個相同的數(shù)字滾輪，每個滾輪可以分別顯示0-9十個數(shù)字。儀表4正前方安裝有攝像頭3，攝像頭3為cmos成像數(shù)碼攝像頭，分辨率為一百萬像素，所裝鏡頭光學(xué)焦距2.1毫米并可以通過手動旋轉(zhuǎn)來調(diào)焦。攝像頭底座1可選擇正方體塑料盒，盒內(nèi)裝載光學(xué)圖像采集和照明模塊中的攝像頭底座1、發(fā)光二極管2、攝像頭3，圖像采集電路、圖像處理電路，無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的無線收發(fā)電路，他們都由5v供電電路供電。密封盒6可選擇圓柱體外形的塑料盒，借助膠水將攝像頭底座1固定在密封盒6底面的內(nèi)側(cè)壁上，密封盒6另一個底面的內(nèi)側(cè)壁固定在表盤底座5上。發(fā)光二極管2可采用白色發(fā)光led，工作電壓為3.3v，電流100ma，采用并聯(lián)方式與3.3v供電電路連接，面對表盤方向均勻安裝在攝像頭3周圍的攝像頭底座1的外側(cè)壁上。

如圖2和圖3所示，圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視剖面圖；圖3是攝像頭底座1內(nèi)部電路連接示意圖。發(fā)光二極管2發(fā)射白色照明光，照亮儀表4。攝像頭3通過光學(xué)鏡頭和cmos成像單元獲得儀表4的圖像，完成圖像采集。其中攝像頭采集到的圖像為彩色圖像，通過圖像采集電路數(shù)字化成彩色百萬像素的位圖數(shù)據(jù)，圖像采集電路輸出圖像數(shù)據(jù)給圖像處理電路，圖像處理電路將所得圖像進(jìn)行處理，圖像處理結(jié)果為表盤讀數(shù)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)發(fā)送給位于攝像頭底座1內(nèi)部的無線收發(fā)電路，無線收發(fā)電路可以由2.4ghz頻段的wifi方式工作，數(shù)據(jù)由天線無線發(fā)送到用戶的接收端。圖像處理電路、無線收發(fā)電路和發(fā)光二極管2都需要借助電池進(jìn)行供電，可選擇5v鋰電池給5v電路模塊供電，同時采用lm1117等電源管理芯片降壓為3.3v電路模塊供電。同時，攝像頭3的鋰電池可由5v直流充電器進(jìn)行充電來補(bǔ)充能量。

如圖4所示，圖4是系統(tǒng)圖像處理電路對圖像進(jìn)行處理和儀表讀數(shù)識別過程的示意圖。首先對所輸入的圖像采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，將彩色圖像rgb信息合并后獲得灰度圖，每個像素會有0-255的亮度數(shù)據(jù)表示。然后根據(jù)圖像像素的數(shù)值大小設(shè)定一個閾值如100，高于閾值的設(shè)為255，低于閾值的設(shè)為100，獲得圖像特征強(qiáng)化處理的結(jié)果，圖像處理電路可存儲圖像的特征強(qiáng)化處理結(jié)果。使用前需要獲得可用于儀表讀數(shù)識別的圖像關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。圖像關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)需要采集儀表在每個讀數(shù)狀態(tài)的特征強(qiáng)化處理的圖像并進(jìn)行數(shù)值標(biāo)定。首先手動撥轉(zhuǎn)儀表的滾輪使之分別顯示0-9這十個數(shù)字，開啟攝像頭將表盤讀數(shù)的特征強(qiáng)化處理結(jié)果依次存儲起來，并將所得結(jié)果和這批采集的圖像一一關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)正常工作時，對于每次采集得到的儀表讀數(shù)的特征強(qiáng)化處理結(jié)果，先進(jìn)行分區(qū)處理，將采集到的圖像根據(jù)六個滾輪的位置分為六個區(qū)域，每個區(qū)域的特征強(qiáng)化處理結(jié)果對應(yīng)一個滾輪的讀數(shù)，再將每個分區(qū)的特征強(qiáng)化處理結(jié)果與存儲結(jié)果的圖像進(jìn)行對比，對比方法為兩個圖像的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行像素一一對應(yīng)的減法操作，獲得的數(shù)值進(jìn)行相加，選取相加值最小的那個圖像關(guān)聯(lián)讀數(shù)為實際儀表讀數(shù)，最后將六個讀數(shù)按照儀表中滾輪的位置排列起來即為最終讀數(shù)。將此讀數(shù)接下來發(fā)送給無線數(shù)據(jù)發(fā)送電路，無線發(fā)送到用戶端。