变电站指针式仪表自动识别方法研究

摘要

目前，变电站指针式仪表的自动识别任务已经成为研究的热点，相关研究主要围绕着指针检测，提取指针线段特征，表盘刻度排布识别依赖于预先在模板上的标定参数。当巡检机器人行进至观测点位置或云台偏转角度出现偏差时，识别算法可能会产生较大误差。
　　针对现有方法存在的缺陷，本文以巡检机器人执行巡检任务为应用背景，以表盘刻度排布和指针的自动识别为目标，重点研究了两种类型仪表——宽刻度指针式仪表和窄刻度指针式仪表的自动识别算法。首先，基于表盘刻度形态及排布规律，定位指针式仪表表盘刻度;然后，修复未能检测到的缺省刻度，并建立仪表刻度坐标系;最后，利用指针与刻度之间相对位置关系识别指针，实现指针式仪表地自动识别任务。本文主要工作和创新点如下:
　　(1)表盘刻度特征提取算法:首先，以OTSU算法为先验，提出一种自适应Canny算法进行边缘检测;然后，使用八领域轮廓跟踪方法将离散的边缘点串接起来，获取轮廓;最后，分析轮廓形态特征，提取表盘上线段特征和矩形特征;
　　(2)一种窄刻度指针式仪表自动识别方法及其改进方法:a）首先，融合本文提出线段提取算法和LSD算法，检测刻度和指针线段;然后，提出层级式近邻相似性插值方法修复缺省刻度，建立完备坐标系。b）首先，提出了基于平齐性约束下的二次握手机制进行线段配对;然后，设计了改进Ransac椭圆拟合方法获取判别椭圆;其次，研究了一种行之有效的缺省刻度修复方法，建立完备刻度坐标系;最后，改进LSD算法识别指针。
　　(3)一种宽刻度指针式仪表自动识别方法及其改进方法:a）首先，采用本文提出的矩形轮廓检测算法识别表盘刻度;然后，利用刻度与对应数字位置关系，获取对应数字;其次，识别数字并建立刻度坐标系;最后，LSD算法定位指针。b)首先，对表盘刻度进行定位;然后，采用径向角度表征刻度，并通过排序建立刻度坐标系;最后，LSD算法获取指针位置。
　　(4)指针式仪表自动识别系统设计:首先，对于软件系统设计的整体流程进行了详细介绍;然后，使用MFC设计了两个软件系统界面，系统获取算法流程的每一个实现步骤，并进行了可视化;最后，通过对比实验，分析算法识别结果，验证了算法的实时性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．3 本文章节安排

第2章 变电站指针式仪表图像预处理

2．1 图像颜色空间模型选择

2．1．1 RGB颜色空间模型

2．1．2 HSV颜色空间模型

2．1．3 RGB灰度化

2．2 图像滤波

2．2．1 均值滤波

2．2．2 高斯滤波

2．2．3 中值滤波

2．2．4 变电站指针式仪表的滤波效果对比实验

2．3 边缘检测

2．3．1 Roberts边缘检测算子

2．3．2 Prewitt边缘检测箅子

2．3．3 Sobel边缘检测算子

2．3．4 Canny边缘检测算子

2．4 本章小结

第3章 变电站指针式仪表图像特征提取

3．1 窄刻度指针式仪表线段特征提取

3．1．1 Hough变换

3．1．2 LSD算法

3．2 宽刻度指针式仪表矩形特征提取

3．3 本章小结

第4章 变电站窄刻度指针式仪表自动识别方法

4．1 窄刻度指针式仪表的表盘刻度识别及指针识别

4．1．1 检测表盘线段

4．1．2 识别刻度线段

4．1．3 修复缺省刻度

4．1．4 建立刻度坐标系

4．2 改进的窄刻度指针式仪表自动识别方法

4．2．1 平齐性约束下地二次握手机制

4．2．2 一种改进的Ransac椭圆拟合方法

4．2．3 缺失刻度计算方法及修复策略

4．2．4 仪表表盘上的指针识别

4．3 本章小结

第5章 变电站宽刻度指针式仪表自动识别方法

5．1 宽刻度指针式仪表的表盘刻度识别

5．1．1 重叠剔除

5．1．2 数字区域地截取

5．1．3 数字区域地摆正

5．1．4 数字区域地填充

5．1．5 仪表数字地定位与识别

5．1．6 宽刻度指针式仪表刻度坐标系的建立

5．2 改进的宽刻度指针式仪表自动识别方法

5．2．1 改进的宽刻度指针式仪表表盘刻度坐标系地建立

5．2．2 改进的宽刻度指针式仪表指针地识别

5．3 本章小结

第6章 识别系统软件设计及实验结果分析

6．1 系统软件设计与实现

6．1．1 宽刻度指针式仪表自动识别上位机界面介绍

6．1．2 窄刻度指针式仪表自动识别上位机界面介绍

6．2 上位机软件设计流程

6．2．1 宽刻度指针式仪表自动识别上位机软件流程

6．2．2 窄刻度指针式仪表自动识别上位机软件流程

6．3 识别效果分析

6．3．1 刻度识别误差分析

6．3．2 指针识别误差分析

6．4 本章小结

7．1 论文工作总结

7．2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录