一種基于邊緣計算的遠程讀表系統及其工作方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于邊緣計算的遠程讀表系統及其工作方法，包括步驟如下：遠程讀表一體機從服務器平臺獲取模板圖片，通過攝像頭獲取表盤原圖片，并根據表盤原圖片和模板圖片計算得到表盤讀數結果；將表盤原圖片和得到的表盤讀數結果發送給服務器平臺，服務器平臺將讀數結果數據保存在數據庫中；遠程讀表客戶端獲取服務器平臺中的表盤原圖片和相應的表盤讀數結果，并進行顯示。本發明專利技術采用傳統計算機視覺技術，無需對表盤本身進行改造，只需要加裝一個攝像頭，就能配合邊緣端處理器實現實時的遠程讀表。的遠程讀表。的遠程讀表。

【技術實現步驟摘要】
一種基于邊緣計算的遠程讀表系統及其工作方法


[0001]本專利技術屬于計算機視覺和智慧工廠
，具體涉及一種基于邊緣計算的遠程讀表系統及其工作方法。

技術介紹

[0002]在當今物聯網高速發展的時代，隨著邊緣節點計算能力的不斷提高，越來越多的邊緣設備出現，這些邊緣設備支持進行基本的計算，有的甚至可以使用輕量級的深度神經網絡進行推理。借助這些邊緣節點的計算資源，就可以將數據本地處理，達到更快的響應以及避免不必要的數據傳輸，并且使數據隱私得以保障。
[0003]作為一種常見的數據顯示儀器，表盤常常用于在一些數據的記錄，尤其是在工廠等生產場景下。當前的工廠體系中，對于表盤讀數的獲取，通常可以分為以下三種方法：人工讀取表盤、基于智能表盤的方法和基于計算機視覺的方法。
[0004]使用人工讀取表盤的方法，簡單直接，但對于一些地理位置較偏僻的工廠，或是安放在工作人員不方便去查看的位置的表盤，進行人工檢查的成本太高。例如在變電站中有許多用于檢測用電安全和設備安全情況的表盤，如電流表、電壓表和壓力表。變電站的數量多、分布廣，且當前我國超過90％的變電站屬于無人值守變電站，巡視人員需要定期地從電網的中心站到分布在各地的無人值守站進行巡檢，這會花費大量的人力物力。
[0005]基于智能表盤的方法，通常要對表盤增加通信模塊和接口，在表盤內部直接獲取到讀數信息，再將讀數通過通信接口發送給服務器端。這對于一些不具備處理和通信能力的傳統指針式表盤來說是不現實的。
[0006]基于計算機視覺的方法主要分為兩類：基于傳統計算機視覺的方法和基于深度神經網絡的方法。對于計算能力有限的邊緣設備處理器來說，要利用本地獲取的大量數據進行神經網絡的訓練和推理會比較困難，并且難以達到讀數的實時性。
[0007]因此，基于上述考慮，有必要提出一種基于邊緣計算的遠程讀表系統，利用攝像頭獲取表盤信息，在不對表盤本身進行改造的同時，利用邊緣設備上有限的計算資源，通過傳統計算機視覺的方法來對指針式表盤進行實時、準確的讀數監控。

技術實現思路

[0008]針對于上述現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種基于邊緣計算的遠程讀表系統及其工作方法，以解決現有技術中不能利用邊緣處理器對傳統指針式表盤進行實時讀數監控的問題。本專利技術采用傳統計算機視覺技術，無需對表盤本身進行改造，只需要加裝一個攝像頭，就能配合邊緣端處理器實現實時的遠程讀表。
[0009]為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
[0010]本專利技術的一種基于邊緣計算的遠程讀表系統，包括：遠程讀表一體機、服務器平臺和遠程讀表客戶端；其中，
[0011]遠程讀表一體機，用于實時獲取圖片信息，以提取表盤并計算表盤讀數結果，將結
果數據發送至服務器平臺；
[0012]服務器平臺，用于實時獲取遠程讀表一體機發送的表盤讀數結果數據，并將其存儲于數據庫中，且數據庫中存儲有表盤的模板圖片；
[0013]遠程讀表客戶端，用于實時從服務器平臺的數據庫中獲得表盤讀數結果，及對歷史讀表數據進行查詢；所述遠程讀表客戶端還發送表盤的模板圖片給服務器平臺。
[0014]進一步地，所述遠程讀表一體機包括：攝像頭、處理器及通信接口；
[0015]攝像頭，用于采集表盤圖片信息；
[0016]處理器，用于根據攝像頭采集的圖片及服務器平臺中存儲的表盤模板圖片來獲取表盤并計算表盤讀數結果；
[0017]通信接口，用于將表盤讀數結果發送至服務器平臺。
[0018]進一步地，所述處理器獲取表盤的具體方法：
[0019]a.接收攝像頭采集的表盤原圖片F；
[0020]b.從服務器平臺獲取指定表盤的模板圖片T；
[0021]c.從模板圖片T和原圖片F中分別提取出所有特征點，利用特征點匹配得到匹配的特征點對，記為(P
j，T
，P
j，F
)，其表示表盤上同一個目標點P
j
在模板圖片T和原圖片F上的投影點；
[0022]d.對于所有匹配的特征點集合，記為(P
T
，P
F
)，求出從P
T
映射到P
F
的最優單映射變換矩陣M，滿足P
T
＝MP
F
，根據模板圖片T的四個頂點坐標左乘變換矩陣M映射在原圖片F上，映射后的頂點坐標圍成的區域即為表盤在原圖片F中所處的區域；
[0023]e.通過表盤在原圖片F中所處的區域提取出表盤，并對其進行透視變換，得到透視變換的變換矩陣M
′
和校正后的表盤圖像F
′
。
[0024]進一步地，所述處理器計算表盤讀數結果具體方法：
[0025]f.對表盤圖像F
′
進行預處理和二值化處理，轉化為像素值僅有0或255的單通道二值圖像B；
[0026]g.對二值圖像B使用霍夫曼直線檢測得出表盤指針并求出其旋轉角度；
[0027]h.根據模板圖片T中對應的表盤信息，將表盤指針的旋轉角度轉換為指針讀數R。
[0028]本專利技術的一種基于邊緣計算的遠程讀表系統的工作方法，基于上述系統，包括步驟如下：
[0029]1)遠程讀表一體機從服務器平臺獲取模板圖片T，通過攝像頭獲取表盤原圖片F，并根據表盤原圖片F和模板圖片T計算得到表盤讀數結果；
[0030]2)將表盤原圖片F和得到的表盤讀數結果發送給服務器平臺，服務器平臺將讀數結果數據保存在數據庫中；
[0031]3)遠程讀表客戶端獲取服務器平臺中的表盤原圖片F和相應的表盤讀數結果，并進行顯示。
[0032]進一步地，所述工作方法還包括：初始時，遠程讀表客戶端發送待測表盤的正面圖至服務器平臺，作為模板圖片T。
[0033]進一步地，所述步驟1)中的計算表盤讀數結果方法包括：模板匹配和指針檢測；
[0034]模板匹配：通過將攝像頭獲取的原圖片F與模板圖片T進行特征點匹配，從原圖片中提取出表盤，并根據原圖片與模板圖片中特征點的對應關系，對原圖片中的表盤進行透
視變換，最終得到校正后的表盤圖像；
[0035]指針檢測：對校正后的表盤圖像進行預處理、二值化處理及骨架提取，再利用霍夫曼直線檢測提取指針并求出其偏轉角度。
[0036]此外，所述步驟1)的計算讀數結果中，包括了模板匹配和指針檢測兩個步驟，對于表盤讀數場景中，表盤的位置是固定不變的，因此考慮到算法效率，設置一個數據緩存區用于存儲表盤在原圖片F中所處的區域和透視變換的變換矩陣。經過以上改進后，減少了算法執行中模板匹配的次數，在不影響讀數準確率的前提下提高了讀數的實時性。
[0037]進一步地，所述步驟1)中遠程讀表一體機將攝像頭采集的一段連續的表盤圖片幀作為原圖片視頻，并將原圖片視頻中的每一幀進行表盤讀數結果的計算，將讀數結果順序地寫入讀數結果文件中，最后將原圖片視頻和讀數結果文件上傳至服務器平臺本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于邊緣計算的遠程讀表系統，其特征在于，包括：遠程讀表一體機、服務器平臺和遠程讀表客戶端；遠程讀表一體機，用于實時獲取圖片信息，以提取表盤并計算表盤讀數結果，將結果數據發送至服務器平臺；服務器平臺，用于實時獲取遠程讀表一體機發送的表盤讀數結果數據，并將其存儲于數據庫中，且數據庫中存儲有表盤的模板圖片；遠程讀表客戶端，用于實時從服務器平臺的數據庫中獲得表盤讀數結果，及對歷史讀表數據進行查詢；所述遠程讀表客戶端還發送表盤的模板圖片給服務器平臺。2.根據權利要求1所述的基于邊緣計算的遠程讀表系統，其特征在于，所述遠程讀表一體機包括：攝像頭、處理器及通信接口；攝像頭，用于采集表盤圖片信息；處理器，用于根據攝像頭采集的圖片及服務器平臺中存儲的表盤模板圖片來獲取表盤并計算表盤讀數結果；通信接口，用于將表盤讀數結果發送至服務器平臺。3.根據權利要求2所述的基于邊緣計算的遠程讀表系統，其特征在于，所述處理器獲取表盤的具體方法：a.接收攝像頭采集的表盤原圖片F；b.從服務器平臺獲取指定表盤的模板圖片T；c.從模板圖片T和原圖片F中分別提取出所有特征點，利用特征點匹配得到匹配的特征點對，記為(P
j，T
，P
j，F
)，其表示表盤上同一個目標點P
j
在模板圖片T和原圖片F上的投影點；d.對于所有匹配的特征點集合，記為(P
T
，P
F
)，求出從P
T
映射到P
F
的最優單映射變換矩陣M，滿足P
T
＝MP
F
，根據模板圖片T的四個頂點坐標左乘變換矩陣M映射在原圖片F上，映射后的頂點坐標圍成的區域即為表盤在原圖片F中所處的區域；e.通過表盤在原圖片F中所處的區域提取出表盤，并對其進行透視變換，得到透視變換的變換矩陣M
′
和校正后的表盤圖像F
′
。4.根據權利要求3所述的基于邊緣計算的遠程讀表系統，其特征在于，所述處理器計算表盤讀數結果具體方法：f.對表盤圖像F
′
進行預處理和二值化處理，轉化為像素值僅有0或255的單通道二值圖像B；g.對二值圖像B使用霍夫曼直線檢測得出表盤指針并求出其旋轉角度；h.根據模板圖片T中對應的表盤信息，將表盤指針的旋轉角度轉換為指針讀數R。5.一種基于邊緣計算的遠程讀表系統的工作方法，基于權利要求1
?
4中任一系統，其特征在于，包括步驟如下：1)遠程讀表一體機從服務器平臺獲取模板圖片T，通過攝像頭獲取表盤原圖片F，并根據表盤原圖片F和模板圖片T計算得到表盤讀數結果；2)將表盤原圖片F和得到的表盤讀數結果發送給服務器平臺，服務器平臺將讀數結果數據保存在數據庫中；3)遠程讀表客戶端獲取服務器平臺中的表盤原圖片F和相應的表盤讀數結果，并進行顯示。
6.根據權利要求5所述的基于邊緣計算的遠程讀表系統的工作方法，其特征在于，所述工作方法還包括：初始時，遠程讀表客戶端發送待測表盤的正面圖至服務器平臺，作為模板圖片T。7.根據權利要求5所述的基于邊緣計算的遠程讀表系統的工作方法，其特征在于，所述步驟1)中的計算表盤讀數結果方法包括：模板匹配和指針檢測；模板匹配：通過將攝像頭獲取的原圖片F與模板圖片T進行特征點匹配，從原圖片中提取出表盤，并根據原圖片與模板圖片中特征點的對應關系，對原圖片中的表盤進行透視變換，最終得到校正后的表盤圖像；指針檢測：對校正后的表盤圖像進行預處理、二值化處理及骨架提取，再利用霍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙銘，劉子瑋，林圳杰，林強，謝磊，肖文婧，寧靜儀，王李明，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：