本發(fā)明涉及一種指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法，屬于計(jì)算機(jī)視覺和電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)變電站內(nèi)的指針式儀表讀數(shù)通常需要依賴人工操作，這種方式存在著讀數(shù)不準(zhǔn)確、效率低下等問題。此外，由于變電站環(huán)境復(fù)雜，常常面臨光照不均、視角復(fù)雜等挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的人工讀數(shù)方法往往無法滿足實(shí)際需求。為了解決這些問題，人們開始研究使用計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)指針式儀表讀數(shù)的智能識(shí)別。

2、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展使得高清晰度攝像頭成為了實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別的關(guān)鍵工具之一。攝像頭可以捕獲變電站內(nèi)儀表的圖像，并將其輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。然而，由于變電站環(huán)境的特殊性，圖像可能會(huì)受到光照、角度等因素的影響，例如對(duì)光照和角度的敏感性以及前景和背景類別不平衡，導(dǎo)致指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的魯棒性和準(zhǔn)確性較低，

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種提升指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的魯棒性和準(zhǔn)確性的指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法。

2、為達(dá)到上述目的，本公開是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本公開提供一種指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法，

4、獲取包含指針式儀表設(shè)備的圖像；

5、采用目標(biāo)檢測(cè)模型確定所述圖像中指針式儀表設(shè)備的位置，根據(jù)確定的位置從所述圖像中提取僅包含指針式儀表設(shè)備的特征圖；

6、將所述特征圖輸入卷積網(wǎng)絡(luò)模型，在特征圖中分別對(duì)表盤和指針進(jìn)行特征提??；

7、對(duì)提取出的表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，獲得擬合矯正后的特征圖；

8、從擬合矯正后的特征圖中分割出指針的擬合輪廓，獲取指針的角度讀數(shù)。

9、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述采用目標(biāo)檢測(cè)模型確定所述圖像中指針式儀表設(shè)備的位置，根據(jù)確定的位置從所述圖像中提取僅包含指針式儀表設(shè)備的特征圖，包括，

10、所述目標(biāo)檢測(cè)模型為改進(jìn)的yolov5s目標(biāo)檢測(cè)模型，所述yolov5s目標(biāo)檢測(cè)模型的改進(jìn)方法如下：

11、采用焦點(diǎn)損失focal?loss損失函數(shù)替換掉yolov5s目標(biāo)檢測(cè)模型中的交叉熵?fù)p失函數(shù)，所述focal?loss損失函數(shù)的公式如下：

12、fl(pt)＝-αt(1-pt)γlog(pt)；

13、式中，pt為yolov5s目標(biāo)檢測(cè)模型針對(duì)每個(gè)類型的指針式儀表設(shè)備的預(yù)測(cè)概率，αt為權(quán)重因子，γ為調(diào)整參數(shù)，fl為focal?loss損失函數(shù)的輸出。

14、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述對(duì)提取出的表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，包括，

15、采用隨機(jī)抽樣一致ransac迭代算法區(qū)分提取后的特征圖中的表盤輪廓獲取多組橢圓內(nèi)點(diǎn)的橢圓內(nèi)點(diǎn)數(shù)量，還獲取每組組橢圓內(nèi)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橢圓幾何參數(shù)；

16、篩選出橢圓內(nèi)點(diǎn)數(shù)量最多的一組橢圓內(nèi)點(diǎn)，橢圓內(nèi)點(diǎn)數(shù)量最多的一組橢圓內(nèi)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法求解，獲得最終的橢圓幾何參數(shù)，根據(jù)最終的橢圓幾何參數(shù)擬合表盤的輪廓；

17、其中，每一組橢圓內(nèi)點(diǎn)數(shù)量及其橢圓幾何參數(shù)的獲取方法：

18、建立平面直角坐標(biāo)系，從表盤輪廓中選取至少五個(gè)輪廓點(diǎn)(x1,y1)、(x2,y2)、...、(xn,yn)；

19、根據(jù)被選取的輪廓點(diǎn)構(gòu)建橢圓方程，所述橢圓方程如下：

20、

21、式中，a、b、c、d和e均為橢圓幾何參數(shù)，x和y分別為輪廓點(diǎn)的x軸與y軸坐標(biāo)，n為被選取的輪廓點(diǎn)的數(shù)量，n≥5；

22、求取橢圓方程中橢圓幾何參數(shù)；

23、根據(jù)橢圓幾何參數(shù)，計(jì)算表盤輪廓中每個(gè)輪廓點(diǎn)到橢圓的距離，距離獲取公式如下：

24、di＝|axi2+bxiyi+cyi2+dxi+eyi-1|，

25、式中，d為數(shù)據(jù)點(diǎn)到橢圓的距離，i為表盤輪廓中每個(gè)輪廓點(diǎn)的序號(hào)，di為第i個(gè)輪廓點(diǎn)到橢圓的距離，xi和yi分別為第i個(gè)輪廓點(diǎn)的x軸坐標(biāo)和y軸坐標(biāo)；

26、根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)到橢圓的距離判斷數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為橢圓內(nèi)點(diǎn)；

27、統(tǒng)計(jì)橢圓內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量。

28、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述對(duì)提取出的表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，還包括，

29、在表盤的擬合輪廓中選取長(zhǎng)軸兩端和短軸兩端的四個(gè)輪廓點(diǎn)，在表盤的理論平面輪廓選取同樣位置的輪廓點(diǎn)；

30、建立空間直角坐標(biāo)系，根據(jù)擬合輪廓點(diǎn)和理論平面輪廓點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)，分別確定擬合輪廓點(diǎn)和理論平面輪廓點(diǎn)的在空間直角坐標(biāo)系上的齊次坐標(biāo)；

31、確定擬合輪廓點(diǎn)和理論平面輪廓點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系中的共同空間坐標(biāo)，根據(jù)擬合輪廓點(diǎn)和理論平面輪廓點(diǎn)的齊次坐標(biāo)，以及共同空間坐標(biāo)，獲取透視變換矩陣，所述透視變換矩陣的獲取公式如下：

32、

33、

34、式中，t為透視變換矩陣，t11,t12,t21,t22,t31,t32分別為透視變換矩陣中的旋轉(zhuǎn)量，t13,t23,t33分別為透視變換矩陣中的平移量，a為共同空間坐標(biāo)的x軸坐標(biāo)值，b為共同空間坐標(biāo)的y軸坐標(biāo)值，c為共同空間坐標(biāo)的z軸坐標(biāo)值，u為擬合輪廓點(diǎn)的齊次坐標(biāo)的x軸坐標(biāo)值，v為擬合輪廓點(diǎn)的齊次坐標(biāo)的y軸坐標(biāo)值，u′為理論平面輪廓點(diǎn)的齊次坐標(biāo)的x軸坐標(biāo)值，v′為理論平面輪廓點(diǎn)的齊次坐標(biāo)的y軸坐標(biāo)值；

35、根據(jù)透視變換矩陣將表盤的擬合輪廓矯正為理論平面輪廓。

36、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述對(duì)提取出的表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，還包括，

37、根據(jù)統(tǒng)一度數(shù)的刻度弧端點(diǎn)在理論平面輪廓和擬合輪廓中投射點(diǎn)位置獲取刻度線的矯正角度，所述矯正角度的獲取公式如下：

38、

39、式中，θscalelines為矯正角度，o為表盤的原點(diǎn)，m為刻度弧端點(diǎn)在擬合輪廓中投射點(diǎn)位置，n為刻度弧端點(diǎn)理論平面輪廓中投射點(diǎn)位置；

40、根據(jù)矯正角度構(gòu)建仿射旋轉(zhuǎn)矩陣，將表盤的刻度線矯正為理論平面刻度線，仿射旋轉(zhuǎn)矩陣如下：

41、

42、式中，u′scalelines為矯正后表盤的刻度線在x軸的坐標(biāo)值，v′scalelines為矯正后表盤的刻度線在y軸的坐標(biāo)值，uscalelines為矯正前表盤的刻度線在x軸的坐標(biāo)值，vscalelines為矯正前表盤的刻度線在y軸的坐標(biāo)值。

43、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述對(duì)提取出的表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，包括，

44、將分割后的特征圖中指針輪廓點(diǎn)整理為原始輪廓點(diǎn)集；

45、對(duì)原始輪廓點(diǎn)集進(jìn)行多邊形逼近，獲取擬合輪廓點(diǎn)集，多邊形逼近公式如下：

46、papprox＝approxpolydp(pcontour,∈,closed)，

47、式中，approxpolydp為多邊擬合函數(shù)，pcontour為原始輪廓點(diǎn)集，∈為逼近精度，closed為指示多邊形是否封閉的布爾值，papprox為擬合輪廓點(diǎn)集；

48、根據(jù)擬合輪廓點(diǎn)集擬合指針的輪廓。

49、在第一方面的一些實(shí)施例中，所述從擬合矯正后的特征圖中分割出指針的擬合輪廓，獲取指針的角度讀數(shù)，還包括，

50、獲取擬合矯正后的特征圖；

51、將所述擬合矯正后的特征圖輸入卷積網(wǎng)絡(luò)模型，在特征圖中分別對(duì)表盤和指針進(jìn)行特征提??；

52、在擬合矯正后的特征圖中建立平面直角坐標(biāo)系；

53、根據(jù)指針的擬合輪廓獲取指針的角度讀數(shù)；

54、其中，角度讀數(shù)的獲取公式如下：

55、

56、式中，θpointer為指針的角度讀數(shù)，xmax和xmin分別為擬合輪廓點(diǎn)集中最大x軸坐標(biāo)值和最小x軸坐標(biāo)值，ymax和ymin分別為擬合輪廓點(diǎn)集中最大y軸坐標(biāo)值和最小y軸坐標(biāo)值。

57、第二方面，本公開還提供一種電子終端，包括處理器以及與所述處理器連接的存儲(chǔ)器，在所述存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行如第一方面任一項(xiàng)實(shí)施例所述指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法的步驟。

58、第三方面，本公開還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第一方面任一項(xiàng)實(shí)施例所述指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法的步驟。

59、第四方面，本公開還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)第一方面任一項(xiàng)實(shí)施例所述指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法的步驟。

60、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開所達(dá)到的有益效果：

61、本公開提供的指針式儀表設(shè)備讀數(shù)的識(shí)別方法，采用目標(biāo)檢測(cè)模型提取僅包含指針式儀表設(shè)備的特征圖，降低了計(jì)算量和出錯(cuò)概率，提升了識(shí)別效率；通過對(duì)表盤的輪廓和刻度線分別擬合矯正，提高了讀數(shù)識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率；由于使用了卷積網(wǎng)絡(luò)模型，該方法對(duì)不同類型的指針式儀表設(shè)備的識(shí)別具有泛化能力，適應(yīng)不同的儀表樣式和規(guī)格，具備較強(qiáng)的實(shí)用性。