技术领域
[0001] 本
发明涉及
电能表维护领域，尤其涉及一种室外电能表破损程度检测平台。
背景技术
[0002] 电能可以转换成各种
能量。如：通过电炉转换成
热能，通过
电机转换成机械能，通过电灯转换成光能等。而记录这种电能的电表为电能表。
[0003] 电能表的应用广泛，是供电部
门收费和调配电
力资源的重要参考数据，每一个用电单位或个人都需要安装一个自己的电能表来监控自己的用电电量，由此可见，电能表的设置具有数量众多且分布广泛的特点，这样的设置方式为电能表的后期维护带来了极大的不变。
[0004]
现有技术中的电能表破损检测模式一般采用人工方式进行肉眼检测，这样的检测模式一方面需要大量的人力物力，而且耗时耗力，另一方面由于检测结果完全凭借检测人员的个人主观判断，检测结果不够客观、准确；现有技术中也存在一些
电子的检测手段，使用摄像头进行电能表外观检测，将检测结果无线上传给供电部门，这种检测方式虽然在一定程度保证了检测的效率和客观性，但是在恶劣天气下，例如雾霾天气下，由于拍摄的图像受天气影响而不可避免地带来较大程度的误差。
[0005] 因此，需要一种新的电能表破损检测模式，在替代原有的人工上门检测模式的
基础上，能够兼顾检测的效率和
精度，即使在雾霾严重的恶劣天气环境中，也能削弱雾霾对检测图像的影响，为电能表管理部门提供准确的检测数据。
发明内容
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种室外电能表破损程度检测平台，采用电子抄表的方式替代原有的人工抄表方式，利用高精度的
图像采集技术和
图像处理技术搭建了一套电能表检测平台，保障
数据采集的高效率，同时，根据大气衰减模型确定雾霾对图像的影响因素，并对多雾天气下采集的电能表图像进行去雾霾化处理，获得清晰的电能表图像，从而保障室外电能表破损程度检测的准确性。
[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种室外电能表破损程度检测平台，所述平台包括高清摄像头、图像处理器、静态
存储器和主
控制器，所述高清摄像头用于对电能表进行拍摄以获得电能表图像，所述图像处理器与所述高清摄像头连接，用于对所述电能表图像进行图像处理，以提取所述电能表图像中的表
框图像，所述静态存储器预先存储了基准电能表表框图案，所述
主控制器与所述图像处理器和所述静态存储器分别连接，基于所述基准电能表表框图案与所述表框图像的匹配结果，确定所述电能表的破损程度。
[0008] 更具体地，在所述室外电能表破损程度检测平台中，还包括：GPS
定位器，用于接收GPS卫星反馈的电能表的当前GPS
位置，并与所述主控制器连接以将所述当前GPS位置发送给所述主控制器；GPRS通信
接口，与所述主控制器连接，用于将所述电能表的破损程度和所述当前GPS位置打包为GPRS数据包，并将所述GPRS数据包无线发送给远端的供电管理平台；供电电源，包括
太阳能供电器件、
蓄电池、切换
开关和
电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述
蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；清晰化处理设备，位于所述高清摄像头和所述图像处理器之间，用于接收所述电能表图像，对所述电能表图像进行去雾处理以获得去雾电能表图像，将所述去雾电能表图像输入所述图像处理器以替换所述电能表图像被图像处理以提取所述去雾电能表图像中的表框图像；所述清晰化处理设备还包括：存储子设备，用于预先存储天空上限灰度
阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设
像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；区域划分子设备，连接所述高清摄像头以接收所述电能表图像，对所述电能表图像进行灰度化处理以获得灰度化电能表图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化电能表图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化电能表
图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述电能表图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三
颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；整体大气光值获取子设备，与存储子设备连接以获得所述预设像素值阈值，还与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述电能表图像和所述黑色通道，将所述电能表图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述电能表图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑
滤波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述电能表图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述电能表图像中每一个像素的像素值包括所述电能表图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾电能表图像；所述图像处理器在接收到所述去雾电能表图像后，将所述去雾电能表图像转换为HSV图像，提取HSV图像中的每一个像素的H通道值，基于表框H通道阈值范围获取H通道值在所述表框H通道阈值范围内的多个像素，将所述多个像素组成所述去雾电能表图像中的表框图像；所述主控制器与所述图像处理器和所述静态存储器分别连接，基于所述基准电能表表框图案与所述去雾电能表图像中的表框图像的匹配结果，确定所述电能表的破损程度，所述基准电能表表框图案为预先对
质量完好的电能表进行拍摄所获得的图像；其中，所述图像处理器还包括内置的存储单元，用于存储所述表框H通道阈值范围，所述表框H通道阈值范围由表框H通道上限阈值和表框H通道下限阈值组成。
[0009] 更具体地，在所述室外电能表破损程度检测平台中，所述主控制器在接收到所述去雾电能表图像中的表框图像后，对所述去雾电能表图像中的表框图像依次进行图像锐化、自适应递归滤波和OCR识别处理，以获得电能表读数。
[0010] 更具体地，在所述室外电能表破损程度检测平台中，所述高清摄像头为Omnivision公司的OV7640
传感器。
[0011] 更具体地，在所述室外电能表破损程度检测平台中，所述主控制器为
单片机AT89C51。
[0012] 更具体地，在所述室外电能表破损程度检测平台中，将所述存储子设备、所述雾霾浓度检测子设备、所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备集成在一
块电路板上。
附图说明
[0013] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
[0014] 图1为根据本发明实施方案示出的室外电能表破损程度检测平台的结构方框图。
具体实施方式
[0015] 下面将参照附图对本发明的室外电能表破损程度检测平台的实施方案进行详细说明。
[0016] 电能表的工作原理如下：当把电能表接入被测电路时，电
流线圈和电压线圈中就有交变
电流流过，这两个交变电流分别在它们的
铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过
铝盘，在铝盘中感应出
涡流；涡流又在
磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到永久
磁铁产生的
制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。
[0017] 由于电能表具有数量众多、分布分散的特点，电能表外观破损检测需要同时满足高效率、高精度的要求。然而，现有技术中的电能表外观破损检测方案都存在固有的
缺陷：(1)人工的检测方式虽然能保证检测结果的精度，但是需要耗费大量的人工成本，效率不高，实时性不强；(2)现有的一些电子检测方案只能保证正常环境下的读数采集，由于很多电能表置于户外，在能见度较低的天气下，例如多雾天气环境下，往往会造成拍摄的电能表图像模糊不清，相应地，检测结果误差很大。
[0018] 为此，本发明搭建了一种室外电能表破损程度检测平台，通过有针对性的图像采集处理技术满足高效要求，通过去雾霾化处理实现恶劣天气下也能进行高精度的电能表破损程度的检测，从而同时满足上述两种要求。
[0019] 图1为根据本发明实施方案示出的室外电能表破损程度检测平台的结构方框图，所述平台包括高清摄像头1、图像处理器2、静态存储器3和主控制器4，所述高清摄像头1用于对电能表进行拍摄以获得电能表图像，所述图像处理器2与所述高清摄像头1连接，用于对所述电能表图像进行图像处理，以提取所述电能表图像中的表框图像，所述静态存储器3预先存储了基准电能表表框图案，所述主控制器4与所述图像处理器2和所述静态存储器3分别连接，基于所述基准电能表表框图案与所述表框图像的匹配结果，确定所述电能表的破损程度。
[0020] 接着，继续对本发明的室外电能表破损程度检测平台的具体结构进行进一步的说明。
[0021] 所述平台还包括：GPS定位器，用于接收GPS卫星反馈的电能表的当前GPS位置，并与所述主控制器4连接以将所述当前GPS位置发送给所述主控制器。
[0022] 所述平台还包括：GPRS
通信接口，与所述主控制器4连接，用于将所述电能表的破损程度和所述当前GPS位置打包为GPRS数据包，并将所述GPRS数据包无线发送给远端的供电管理平台。
[0023] 所述平台还包括：供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。
[0024] 所述平台还包括：清晰化处理设备，位于所述高清摄像头1和所述图像处理器2之间，用于接收所述电能表图像，对所述电能表图像进行去雾处理以获得去雾电能表图像，将所述去雾电能表图像输入所述图像处理器2以替换所述电能表图像被图像处理以提取所述去雾电能表图像中的表框图像。
[0025] 进一步地，所述清晰化处理设备包括以下部件：
[0026] 存储子设备，用于预先存储天空上限灰度阈值和天空下限灰度阈值，所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值用于分离出图像中的天空区域，还用于预先存储预设像素值阈值，所述预设像素值阈值取值在0到255之间；
[0027] 雾霾浓度检测子设备，位于空气中，用于实时检测电能表所在位置的雾霾浓度，并根据雾霾浓度确定雾霾去除强度，所述雾霾去除强度取值在0到1之间；
[0028] 区域划分子设备，连接所述高清摄像头1以接收所述电能表图像，对所述电能表图像进行灰度化处理以获得灰度化电能表图像，还与存储子设备连接，将所述灰度化电能表图像中灰度值在所述天空上限灰度阈值和所述天空下限灰度阈值之间的像素识别并组成灰度化天空子图案，从所述灰度化电能表图像分割出所述灰度化天空子图案以获得灰度化非天空子图像，基于所述灰度化非天空子图像在所述电能表图像中的位置获得与所述灰度化非天空子图像对应的彩色非天空子图像；
[0029] 黑色通道获取子设备，与所述区域划分子设备连接以获得所述彩色非天空子图像，针对所述彩色非天空子图像中每一个像素，计算其R，G，B三颜色通道像素值，在所述彩色非天空子图像中所有像素的R，G，B三颜色通道像素值中提取一个数值最小的颜色通道像素值所在的颜色通道作为黑色通道；
[0030] 整体大气光值获取子设备，与存储子设备连接以获得所述预设像素值阈值，还与所述区域划分子设备和所述黑色通道获取子设备分别连接以获得所述电能表图像和所述黑色通道，将所述电能表图像中黑色通道像素值大于等于预设像素值阈值的多个像素组成待检验像素集，将所述待检验像素集中具有最大灰度值的像素的灰度值作为整体大气光值；
[0031] 大气散射光值获取子设备，与所述区域划分子设备和所述雾霾浓度检测子设备分别连接，对所述电能表图像的每一个像素，提取其R，G，B三颜色通道像素值中最小值作为目标像素值，使用保持边缘的高斯平滑滤波器EPGF(edge-preserving gaussian filter)对所述目标像素值进行滤波处理以获得滤波目标像素值，将目标像素值减去滤波目标像素值以获得目标像素差值，使用EPGF对目标像素差值进行滤波处理以获得滤波目标像素差值，将滤波目标像素值减去滤波目标像素差值以获得雾霾去除基准值，将雾霾去除强度乘以雾霾去除基准值以获得雾霾去除阈值，取雾霾去除阈值和目标像素值中的最小值作为比较参考值，取比较参考值和0中的最大值作为每一个像素的大气散射光值；
[0032] 介质传输率获取子设备，与所述整体大气光值获取子设备和所述大气散射光值获取子设备分别连接，将每一个像素的大气散射光值除以整体大气光值以获得除值，将1减去所述除值以获得每一个像素的介质传输率；
[0033] 清晰化图像获取子设备，与所述区域划分子设备、所述整体大气光值获取子设备和所述介质传输率获取子设备分别连接，将1减去每一个像素的介质传输率以获得第一差值，将所述第一差值乘以整体大气光值以获得乘积值，将所述电能表图像中每一个像素的像素值减去所述乘积值以获得第二差值，将所述第二差值除以每一个像素的介质传输率以获得每一个像素的清晰化像素值，所述电能表图像中每一个像素的像素值包括所述电能表图像中每一个像素的R，G，B三颜色通道像素值，相应地，获得的每一个像素的清晰化像素值包括每一个像素的R，G，B三颜色通道清晰化像素值，所有像素的清晰化像素值组成去雾电能表图像。
[0034] 所述图像处理器2在接收到所述去雾电能表图像后，将所述去雾电能表图像转换为HSV图像，提取HSV图像中的每一个像素的H通道值，基于表框H通道阈值范围获取H通道值在所述表框H通道阈值范围内的多个像素，将所述多个像素组成所述去雾电能表图像中的表框图像。
[0035] 所述主控制器4与所述图像处理器2和所述静态存储器3分别连接，基于所述基准电能表表框图案与所述去雾电能表图像中的表框图像的匹配结果，确定所述电能表的破损程度，所述基准电能表表框图案为预先对质量完好的电能表进行拍摄所获得的图像。
[0036] 其中，所述图像处理器2还包括内置的存储单元，用于存储所述表框H通道阈值范围，所述表框H通道阈值范围由表框H通道上限阈值和表框H通道下限阈值组成。
[0037] 其中，在所述平台中，可选地，所述主控制器4在接收到所述去雾电能表图像中的表框图像后，对所述去雾电能表图像中的表框图像依次进行图像锐化、自适应递归滤波和OCR识别处理，以获得电能表读数，所述高清摄像头1为Omnivision公司的OV7640传感器，所述主控制器4为单片机AT89C51，以及可以将所述存储子设备、所述雾霾浓度检测子设备、所述区域划分子设备、所述黑色通道获取子设备、所述整体大气光值获取子设备、所述大气散射光值获取子设备、所述介质传输率获取子设备和所述清晰化图像获取子设备集成在一块
电路板上。
[0038] 另外，雾霾图像可以通过一系列图像处理设备实现图像的去雾霾化，以获得清晰化的图像，提高图像的能见度。这些图像处理设备分别执行不同的图像处理功能，基于雾霾形成的原理，达到去除雾霾的效果。雾霾图像的清晰化处理对于军用和民用领域都具有极大的应用价值，军用领域包括军事国防、遥感导航等，民用领域包括道路监测、目标
跟踪和自动驾驶等。
[0039] 雾霾图像形成的过程可以用大气衰减过程来描绘，在雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系可用整体大气光值和每一个像素的介质传输率来表述，即在已知雾霾图像的情况下，根据整体大气光值和每一个像素的介质传输率，可以求解出清晰化图像。
[0040] 对于整体大气光值和每一个像素的介质传输率的求解都存在一些有效且经过验证的手段，例如，对于每一个像素的介质传输率，需要获得整体大气光值和每一个像素的大气散射光值，而每一个像素的大气散射光值可在对每一个像素在雾霾图像中的像素值进行两次保持边缘的高斯平滑滤波而获得，其间，雾霾去除的强度可调；而整体大气光值的获得方式有两种，一种方式是，可通过获取雾霾图像的黑色通道(即在雾霾图像中使得一些像素的黑色通道值非常低，黑色通道为R，G，B三颜色通道中的一种)，在雾霾图像中，通过寻找黑色通道像素值偏大的多个像素中寻找灰度值最大的像素来获得，即将寻找到的、灰度值最大的像素的灰度值作为整体大气光值，参与雾霾图像中每一个像素的清晰化处理；另外，整体大气光值也可通过以下方式获得：计算雾霾图像中每一像素的灰度值，将灰度值最大的像素的灰度值作为整体大气光值。
[0041] 具体的雾霾图像和实际图像即清晰化图像之间的关系，以及各个参数之间的关系可参见以上内容。
[0042] 通过对雾霾图像形成原理的探讨，搭建了雾霾图像和清晰化图像之间的关系，用多个参数表示这种关系，随后通过获得的多个参数值和雾霾图像即可还原获得清晰度较高的图像，由于参数的获得借用了一些统计手段和经验手段，因此所述清晰度较高的图像不可能完全等同于实际图像，但已经具有相当程度的去雾霾效果，为雾霾天气下的各个领域作业提供有效保障。
[0043] 采用本发明的室外电能表破损程度检测平台，针对现有电能表外观破损程度检测方案检测效率低下且在恶劣天气可能存在精度不高的技术问题，通过采用有针对性的图像采集和图像处理技术，替代人工检测方式，提高检测效率，同时，加入基于大气衰减模型的清晰化处理设备实现去雾霾化处理，克服雾霾天气对破损程度检测结果的影响，保证提供给供电部门的参考数据的准确性。
[0044] 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。
