我国工业化和信息化进程飞快,各类仪表的使用也越来越频繁,据调查,由于变电站的特殊性,在日常应用上,还是指针类仪表应用偏多。随着数字图像处理技术的不断完善,仪表识别技术也得到了飞跃式发展,如何更加精准地对指针类仪表进行读数,是亟待解决和提升的重要问题。

在人们日常工作和生产中,常见的用于显示数据的工具就是各类仪表,如家庭用到的电表、水表等。一般情况下,仪表有指针式和数字式两种,数字式仪表可以通过数字直观显示数值,其结果更加精确,在进行数据统计时也更加简单,但是其构造复杂并且相对成本较高。而指针式仪表,由于其结构简单,安全可靠,不易受到其他因素的影响且性价比相对较高,所以在进行变电站断路器压力测量时,通常选用指针式仪表。在变电站中,压力表起着至关重要的作用,虽然伴随着自动化技术的飞速发展,很多智能变电站应势而生,数字仪表逐渐取代指针仪表走上舞台,但是数字仪表极易受到电磁场等影响,并且在压力变化较快的环境中,不容易显示其变换规律,基于此,指针仪表在一定程度上还是不可替代的[1]。传统方式是采用人工抄录的办法统计断路器的压力值,不仅在抄录的过程中费时费力,而且后续还要将抄录结果一一录入电脑,工作效率非常低并且由于人为因素的影响,准确率并不高。基于这个情况,国内很早就开始了对仪表识别技术的研究,比如有迹可循的:距离判别法、结合图像处理技术与伺服跟踪技术的识别方法、最大灰度相减法、种子填充法等等,不断推进着断路器压力表计识别技术的发展进程。

在进行变电站断路器压力表的识别过程中,首先是对收集到的指针仪表的图像进行处理,这是压力表计识别技术中的重要环节。图像处理的好坏程度直接影响着压力表读数的精准度,基于此,在图像处理过程中,一定要严格把控各个流程,以确保读取的信息准确无误。具体流程如下。

图像灰度化处理,顾名思义,是将收集到的带有颜色的图片处理成灰度的过程。这一过程,一是减少色彩对于图片清晰度的影响,同时避免发生由于颜色过多过亮而导致光线不适应的情况发生。二是由于彩色的图片相较于灰度图片来说,其占用的内存空间更多,操作也更为复杂,处理速度慢,所以转换成灰度图像也更易操作。

在进行压力表图像收集的过程中,由于受到光照程度不均或者反光的的影响,必然会有图片不清晰的情况发生,图像增强就是基于这个情况,利用增强技术将图像中部清晰的地方进行处理,使其变得清晰或者是重点突出起来,提高图像的质量。另外,在进行的压力表数据采集传输等过程中,会受到噪音的干扰,噪音会不同程度影响图像的质量,所以在进行压力表数据读取之前,对图像进行去燥处理也至关重要。

由于图像在采集的过程中,没有办法保证每个位置都方正,一定会存在倾斜的状况,所以需要对图像进行常规的检测和纠正,以免由于图像倾斜造成的数值读取误差。

图像二值化是指将图像上的每一点的灰度值设置为0或255,灰度值的无用信息会被删除,从而使得处理过的图像呈现出明显的黑白效果。

图像的分割就是指将图像的主要组成部分进行分离,即将压力表的指针与背景的表盘进行分离处理,进而得到想要的部分。形态学图像处理是指用一定特征的形态元素去度量和处理图像中特定的形状,实现指针特征的提取。通过对图像进行形态学图像处理后,可得到仪表图像特征信息,并减少信息量,加快仪表读数识别的速度。

对于指针仪表,只有确定指针的位置,才能精准读出数值,所以进行断路器压力表计识别技术的关键,就是对指针的位置的确定。在确认指针位置的同时,首先要对压力表的圆心进行确认,先检测出圆形的位置,在通过科技确定其圆心位置,对于仪表来说,指针式一定会通过的圆心的,所以圆心的确定也有利于后续对于指针确定的处理,可以直接过滤掉没有经过圆心的直线。进而通过Hough变换的方法,采集到图像包含的直线。对于采集到的直线,只需要进行两步处理,第一需要去掉耐震液的直线后,在剩余的直线中,选择通过圆心的最长的一条,就是指针。

进行压力表数值的判读,是研究断路器压力表计识别技术的最终目的,是整个技术中最后也是最重要的一步,对于数值的判读,常采用的办法有两种:距离判读法和角度判读法。

顾名思义,是通过距离进行读数的方法,具体是通过确定指针停留的位置,进而测量指针到与其相邻的两条刻度线的距离来确定仪表读数的办法。如果采用此种办法,在进行读数之前,要做好前期的准备工作,将仪表盘上的所有刻度线都进行确认,进而做出准确的定位和标记,并且要清晰地识别出每一条刻度线所对应的数值,最后才能根据指针直线到左右相离刻度重心距离计算出仪表读数[2]。

如上述步骤显示,进行距离判读法的时候,对于刻度线以及其所对应数值的要求非常严格,一个小的差错都容易导致数值读取出错,而在变电站中,一般断路器的压力表指针都具有很多条刻度线,给距离判读方法增加很多难度,并且通过距离换算的方法,在算法上也相对麻烦,所以一般人们不会采取这种办法进行读数。

相对于距离判读法,角度判读法的操作程序要简单得多,直接通过指针偏转的角度,分析其与表盘的关系就可以得出精确的数值。可以通过hough变换获得待测指针直线、零刻度线和最大示值刻度线,然后利用最小二乘法进行直线拟合,获取相关的角度值。

假设使用的压力表量程范围是-0.1～0.9 MPa,只需要在测量的过程中,计算出指针与最开始刻度的夹角,就可以判断出断路器压力表的读数。在计算指针与起始刻度的夹角时,为了更准确快捷得到想要的数据,可以先将整个压力表进行合理的划分,用两条直线均匀分成四个位置,再根据指针两个端点中间部分所属的位置,结合指针的倾斜率,算出指针与起始刻度的夹角。就可以顺利读出断路器压力表的读数。

在科学技术日益成熟的今天,进行断路器压力表计识别的过程中,应该摒弃传统人工识别的方法,发挥现代图像处理技术的优势,对断路器的压力表进行智能化识别,在提高工作效率的同时,减少人工方面的投入,同时也能够提高压力表数值的准确性。