本發(fā)明涉及攝像頭視覺識(shí)別，具體涉及一種基于圖像識(shí)別的儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、目前市場(chǎng)上利用機(jī)器視覺進(jìn)行儀表數(shù)據(jù)采集的產(chǎn)品，主要是應(yīng)用在變電站、發(fā)電廠這類較為開闊平整的區(qū)域的智能巡檢機(jī)器人，在這類場(chǎng)景下機(jī)器人通行方便且儀表較為集中。除此之外停車場(chǎng)入口出口處的車牌識(shí)別裝置也應(yīng)用了圖像數(shù)字識(shí)別技術(shù)。它們的共同點(diǎn)是獲取圖像的地方集中，不需要多個(gè)攝像頭進(jìn)行圖像的采集，故采用的攝像頭大多為高成本的超高清高速攝像頭。而對(duì)于一些復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用場(chǎng)景，例如礦井，儀表很多為分布式，所以需要布置多個(gè)攝像頭，甚至一個(gè)儀表一個(gè)攝像頭來獲取數(shù)據(jù)，成本過高的單體圖像采集產(chǎn)品不適用于這種環(huán)境。所以傳統(tǒng)上使用人工抄表的方式來獲取儀表數(shù)據(jù)。但人工抄表獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不是很高，可能出現(xiàn)漏抄、重復(fù)數(shù)據(jù)等問題，而且有很多危險(xiǎn)因素會(huì)對(duì)抄表人員的生命安全造成威脅。

2、對(duì)于目前需要推行構(gòu)建的智慧能源綜合管理系統(tǒng)來說，大量數(shù)據(jù)的獲取、統(tǒng)計(jì)是必不可少的，這些數(shù)據(jù)可以幫助建立能源調(diào)控的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化用能負(fù)荷調(diào)度等能源調(diào)配問題。而這部分的數(shù)據(jù)采集是存在一定困難的。

3、針對(duì)上述情況，調(diào)研了市場(chǎng)上很多技術(shù)與產(chǎn)品資料，如三合智能的羿讀智能ai相機(jī)，以及眾多有關(guān)專利文獻(xiàn)。儀表圖像識(shí)別裝置的主要原理是利用產(chǎn)品中的攝像設(shè)備，定時(shí)拍攝照片，將照片傳輸?shù)浇K端由算法進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中方便查看和調(diào)取。在圖像拍攝時(shí)存在光照不均勻和過曝等問題，這些問題的存在會(huì)影響儀表盤數(shù)據(jù)的可讀性，目前大多圖像識(shí)別的設(shè)備都通過亮度調(diào)整算法來解決，但因環(huán)境的不同可能造成識(shí)別數(shù)據(jù)的確實(shí)，識(shí)別效果有待提高。并且在復(fù)雜環(huán)境下使用時(shí)，其準(zhǔn)確性還會(huì)因水汽，揚(yáng)塵等覆蓋在儀表盤和攝像頭上的原因而下降，水汽可能會(huì)攜帶腐蝕性物質(zhì)對(duì)儀表識(shí)別裝置內(nèi)部的電子元件造成影響，監(jiān)測(cè)成本較高。

4、因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于圖像識(shí)別的儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置及其設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)改進(jìn)來進(jìn)一步解決上述問題，優(yōu)化識(shí)別的準(zhǔn)確率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于圖像識(shí)別的儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置及其設(shè)計(jì)方法，通過在主體外殼兩側(cè)設(shè)置外擴(kuò)的第一擴(kuò)容箱和第二擴(kuò)容箱，將攝像模塊嵌入第二擴(kuò)容箱中，并在第一擴(kuò)容箱內(nèi)設(shè)置干燥劑吸附水汽，在密閉環(huán)境下工作，并保持干燥，利用黑色磨砂亞克力板配合遮光板避光效果，以及傾斜拍攝儀表的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的方式，得到的儀表盤圖像背景為經(jīng)儀表盤表面鏡像反射的識(shí)別裝置內(nèi)壁，該背景顏色均勻，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了光照不均勻和過曝的問題，并能夠進(jìn)一步提高識(shí)別的準(zhǔn)確度與工作效率。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于圖像識(shí)別的儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置，包括主體外殼，所述主體外殼內(nèi)部設(shè)有前后貫通的矩形通道，且主體外殼前端外側(cè)固定連接有貼合板，貼合板外側(cè)套接有彈性密封件，主體外殼尾端設(shè)有與矩形通道內(nèi)壁粘接的透明擋板，所述主體外殼兩側(cè)壁上分別設(shè)有外擴(kuò)的第一擴(kuò)容箱和第二擴(kuò)容箱，且第一擴(kuò)容箱和第二擴(kuò)容箱的端部均與矩形通道連通，第一擴(kuò)容箱和第二擴(kuò)容箱均與主體外殼一體設(shè)置；

4、所述主體外殼由黑色磨砂亞克力板制成，使其內(nèi)壁形成純黑色的背景墻；

5、所述第一擴(kuò)容箱內(nèi)部設(shè)有干燥劑填料，用于保持主體外殼內(nèi)部環(huán)境干燥；

6、所述第二擴(kuò)容箱內(nèi)部設(shè)有攝像模塊，且攝像模塊包括傾斜設(shè)置的攝像頭，且攝像頭的傾斜角度能夠進(jìn)行調(diào)整，使攝像頭能夠傾斜拍攝到儀表的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域；

7、所述主體外殼兩側(cè)均設(shè)置有遮光板，遮光板通過調(diào)節(jié)部活動(dòng)安裝在主體外殼上，使遮光板的位置和角度可調(diào)；

8、所述矩形通道內(nèi)壁尾端設(shè)有一圈環(huán)繞安裝槽，在環(huán)繞安裝槽內(nèi)嵌設(shè)有l(wèi)ed補(bǔ)光燈帶，環(huán)繞安裝槽外側(cè)布置有一圈柔光膜，使光線進(jìn)行散射，對(duì)儀表的顯示區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)光，同時(shí)主體外殼內(nèi)壁不會(huì)形成有強(qiáng)烈對(duì)比度的高光區(qū)域。

9、優(yōu)選地，所述透明擋板由光學(xué)玻璃制成，光學(xué)玻璃外側(cè)套接有硅膠套，彈性密封件由橡膠材料制成。

10、優(yōu)選地，所述干燥劑填料由變色硅膠干燥劑制成，且變色硅膠干燥劑填充于干燥盒內(nèi)；

11、第一擴(kuò)容箱側(cè)壁開設(shè)有更換口，干燥盒通過更換口進(jìn)入第一擴(kuò)容箱內(nèi)部，所述第一擴(kuò)容箱與矩形通道之間設(shè)置有紗網(wǎng)，所述更換口內(nèi)插接有密封蓋，且密封蓋外側(cè)設(shè)有密封硅膠層。

12、優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)部包括伸縮連接桿，伸縮連接桿的兩端均安裝有球鉸，其中一個(gè)球鉸粘接固定在遮光板中心處，另一個(gè)球鉸粘接固定在主體外殼上。

13、優(yōu)選地，裝置還包括雨刮連桿機(jī)構(gòu)，所述雨刮連桿機(jī)構(gòu)安裝在主體外殼尾端外側(cè)壁上，所述雨刮連桿機(jī)構(gòu)的輸入端設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，雨刮連桿機(jī)構(gòu)的作用端安裝有掃刷，用于對(duì)透明擋板進(jìn)行自動(dòng)清掃。

14、優(yōu)選地，裝置還包括風(fēng)泵，所述風(fēng)泵安裝在主體外殼外側(cè)，風(fēng)泵輸入端通過管道延伸進(jìn)入矩形通道，工作時(shí)使矩形通道內(nèi)部灰塵排出，并使矩形通道內(nèi)部接近真空狀態(tài)。

15、優(yōu)選地，所述矩形通道內(nèi)部前端設(shè)置有光照傳感器，用于感測(cè)儀表所在環(huán)境的光照度，所述主體外殼內(nèi)部安裝有單片機(jī)，單片機(jī)的輸入端和輸出端分別設(shè)有a/d轉(zhuǎn)換器和d/a轉(zhuǎn)換器，光照傳感器與a/d轉(zhuǎn)換器電性連接，led補(bǔ)光燈帶與d/a轉(zhuǎn)換器電性連接。

16、一種基于圖像識(shí)別的儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

17、s1、規(guī)劃儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置的尺寸：根據(jù)所需識(shí)別的儀表外形尺寸以及數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的外形尺寸，對(duì)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置的長(zhǎng)度、寬度和高度進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，具體如下：

18、s11、確定主體外殼的截面長(zhǎng)度：測(cè)量數(shù)據(jù)顯示區(qū)域側(cè)側(cè)邊到相遠(yuǎn)離的儀表側(cè)壁邊緣的距離，測(cè)得長(zhǎng)度值為α，則將α作為主體外殼的長(zhǎng)度尺寸；

19、s12、確定主體外殼的截面寬度：測(cè)量數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的寬度，測(cè)得寬度值為β，設(shè)定一個(gè)大于β的值作為主體外殼的寬度尺寸；

20、s13、確定主體外殼的深度以及攝像頭在主體外殼內(nèi)安裝位置的深度：進(jìn)行以下步驟得出所需值；

21、s131、獲取w1：w1為攝像頭距第二擴(kuò)容箱側(cè)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域邊緣的水平距離測(cè)量值；

22、s132、獲取w2：w2為第一擴(kuò)容箱側(cè)主體外殼內(nèi)壁距第二擴(kuò)容箱側(cè)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域邊緣的水平距離測(cè)量值；

23、s133、設(shè)定主體外殼的深度為h2，攝像頭在主體外殼內(nèi)安裝位置的深度為h1；

24、s134、將w1、w2、h1和h2代入如下公式，確定h1和h2的取值；

25、

26、s135、儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置組裝：在根據(jù)儀表外形尺寸以及數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的外形尺寸設(shè)計(jì)的主體外殼上裝載工作所需部件，構(gòu)成儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置整體結(jié)構(gòu)；

27、s2、對(duì)接安裝：將儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置布置于所需監(jiān)測(cè)的儀表外側(cè)，具體步驟如下：

28、s21、將貼合板擺正并對(duì)應(yīng)在數(shù)據(jù)顯示區(qū)域外側(cè)；

29、s22、校正貼合板的位置：在主體外殼的長(zhǎng)度方向上挪動(dòng)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置，使位于第二擴(kuò)容箱側(cè)的主體外殼外壁與儀表側(cè)壁邊緣邊界重合，位于第一擴(kuò)容箱側(cè)的主體外殼外壁與數(shù)據(jù)顯示區(qū)域邊界重合；在主體外殼的寬度方向上挪動(dòng)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置，使數(shù)據(jù)顯示區(qū)域位于主體外殼框架內(nèi)；

30、s23、調(diào)節(jié)攝像頭的傾斜角度：根據(jù)攝像頭的性能參數(shù)，包括攝像頭焦距、分辨率大小以及攝像頭安裝的位置，調(diào)節(jié)攝像頭使之拍攝視野的邊緣與第二擴(kuò)容箱側(cè)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的邊緣重合，最終使采集的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域圖像處于最左側(cè)并緊貼主體外殼內(nèi)壁邊緣；

31、s24、密封矩形通道，壓緊主體外殼使貼合板利用外部的彈性密封件緊密貼合在數(shù)據(jù)顯示區(qū)域上，使矩形通道內(nèi)部形成密閉空間；

32、s3、光影效果調(diào)整：包括如下步驟：

33、s31、利用調(diào)節(jié)部改變遮光板的位置以及傾角，根據(jù)外界光照環(huán)境以及儀表安裝位置、朝向的不同，使用時(shí)調(diào)整到能夠阻擋外界強(qiáng)光直接照射到攝像頭以及第一擴(kuò)容箱側(cè)主體外殼內(nèi)壁的位置，使遮光板阻擋外界強(qiáng)光直接照射到攝像頭和第一擴(kuò)容箱側(cè)的主體外殼內(nèi)壁，加強(qiáng)拍攝的儀表圖像顏色的均勻性，并使其不過曝；

34、s32、根據(jù)儀表所在環(huán)境的光照度，自動(dòng)調(diào)整led補(bǔ)光燈帶的亮度，實(shí)現(xiàn)密閉空間內(nèi)的補(bǔ)光，實(shí)現(xiàn)攝像頭能夠采集清晰圖像，使得獲取的圖像能夠進(jìn)行數(shù)字識(shí)別。

35、優(yōu)選地，在s2中，對(duì)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置布置時(shí)采用固定式采集方式，具體如下：

36、將多個(gè)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置與多個(gè)儀表一一對(duì)應(yīng)，將主體外殼通過固定架定點(diǎn)式布設(shè)安裝在儀表外側(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取與識(shí)別。

37、本發(fā)明具有如下有益效果：

38、1、通過在主體外殼兩側(cè)設(shè)置外擴(kuò)的第一擴(kuò)容箱和第二擴(kuò)容箱，將攝像模塊嵌入第二擴(kuò)容箱中，并在第一擴(kuò)容箱內(nèi)設(shè)置干燥劑吸附水汽，在密閉環(huán)境下工作，并保持干燥，利用黑色磨砂亞克力板配合遮光板避光效果，以及傾斜拍攝儀表的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的方式，得到的儀表盤圖像背景為經(jīng)儀表盤表面鏡像反射的識(shí)別裝置內(nèi)壁，該背景顏色均勻，解決了反光問題，且不存在強(qiáng)烈對(duì)比度的高光區(qū)域，還能通過led補(bǔ)光燈帶進(jìn)行智能補(bǔ)光，實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)的獲取與識(shí)別，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性；

39、2、通過對(duì)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置的尺寸進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，根據(jù)需識(shí)別的儀表外形尺寸以及數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的外形尺寸，對(duì)儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置的長(zhǎng)度、寬度和高度分別進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，使攝像頭的拍攝視野邊緣與第二擴(kuò)容箱側(cè)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的邊緣重合，最終使采集的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域圖像處于最左側(cè)并緊貼主體外殼內(nèi)壁邊緣，拍攝出清晰可識(shí)別儀表圖像，便于利用傾斜校正算法實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜圖片的校正；

40、3、通過將儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置與儀表盤對(duì)接安裝，在儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置與儀表盤之間形成密閉的空間，在該空間內(nèi)設(shè)置清潔機(jī)構(gòu)以及抽真空設(shè)備，能夠?qū)x表盤進(jìn)行清理，減少外部環(huán)境干擾，提高獲取圖像的清晰度，數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確性和可靠性大大提高，安全性有保證；

41、4、通過將主體外殼通過固定架定點(diǎn)式布設(shè)安裝在儀表外側(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取與識(shí)別，安裝時(shí)配合彈性密封件在儀表盤數(shù)據(jù)讀取裝置與儀表盤之間形成密閉的空間，且具有一定的緩沖保護(hù)效果，對(duì)接完成后即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程獲取采集數(shù)據(jù)，并讀取儀表數(shù)據(jù)值，避免人工抄表的方式帶來的問題，工作效率顯著提高，并且使用常規(guī)攝像頭即可，大大降低了監(jiān)測(cè)成本，便于推廣使用。