本發(fā)明涉及一種水表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，具體地說是一種直讀式水表的視覺識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)的遠(yuǎn)傳水表按照數(shù)據(jù)終端的采集方式大體可分為脈沖式和直讀式兩大類，兩種水表的發(fā)展逐步趨于成熟，各自占有一部分市場(chǎng)份額，在業(yè)界中已經(jīng)形成了一定的應(yīng)用規(guī)范，也得到了廣泛的接受。其原理和特點(diǎn)總結(jié)如下：

1脈沖式遠(yuǎn)傳水表

脈沖式遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展已有20多年的歷史，技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)到了成熟階段。該類水表的缺點(diǎn)是當(dāng)電源斷電、斷線時(shí)，會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，由于系統(tǒng)是通過對(duì)脈沖個(gè)數(shù)的累加計(jì)算的，所以斷電后就需要對(duì)數(shù)據(jù)重新設(shè)置；而且傳感器使用時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生疲勞損耗，造成用水量計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。該類水表按照使用的水流傳感器的不同類型分為三類：

(1)霍爾傳感器型遠(yuǎn)傳水表，其基本工作原理：在機(jī)械水表的指針上安裝一個(gè)磁鋼，隨著指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件與磁鋼的位置隨之改變。當(dāng)磁鋼與霍爾元件的位置到達(dá)感應(yīng)區(qū)域時(shí)，傳感器利用磁感應(yīng)原理就可感應(yīng)到信號(hào)，通過將磁信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，就可以達(dá)到將指針轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作數(shù)變成數(shù)字脈沖的目的，將該數(shù)字脈沖經(jīng)過整形等處理傳送到信號(hào)采集器中，通過對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行累加得出用戶的用水量。

(2)干簧管傳感器型遠(yuǎn)傳水表，其工作原理：干簧管傳感器也是一種磁敏傳感器，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)永磁鐵經(jīng)過干簧管傳感器時(shí)，即通過傳感器時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)信號(hào)脈沖，將這個(gè)脈沖送到脈沖接收器中進(jìn)行累加計(jì)數(shù)就可以得到用戶用水量。干簧管傳感器與霍爾傳感器都是磁敏傳感器，都是由在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生磁信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換才產(chǎn)生的脈沖，所以脈沖產(chǎn)生的準(zhǔn)確性決定了用水量計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。

(3)韋根式傳感器型水表，其基本工作原理：韋根式傳感器在交變的外磁場(chǎng)作用下，磁極方向會(huì)發(fā)生瞬間的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生正負(fù)脈沖信號(hào)，在此在檢測(cè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了磁信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這種抄表系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)無需外用電源供電，缺點(diǎn)是由于其磁阻很大，容易吸附住葉輪而增加始動(dòng)流量，引起熱水管道中雜質(zhì)增多，最后會(huì)導(dǎo)致葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)受阻，無法正常工作。

2直讀式遠(yuǎn)傳水表

遠(yuǎn)傳水表中直讀式技術(shù)在2000年左右才興起。起初的直讀水表采用電阻觸電式和光電式。這兩種方式對(duì)制作的工藝要求很高，廣泛應(yīng)用存在很大的難度。隨著信息科技的發(fā)展，相繼產(chǎn)生了計(jì)數(shù)直讀式抄表系統(tǒng)和攝像直讀式抄表系統(tǒng)。

(1)觸點(diǎn)直讀式遠(yuǎn)傳水表大致由電阻式抄表系統(tǒng)和電位器式抄表系統(tǒng)這兩種構(gòu)成，針對(duì)字輪式水表的抄表系統(tǒng)，需要對(duì)水表進(jìn)行改造，在每一個(gè)字輪上要安裝一個(gè)微型電刷，將電阻或電位器片安裝在與電刷相對(duì)應(yīng)的位置上。字輪上顯示的數(shù)字可以通過電阻的變化表現(xiàn)出來。從制造工藝上可見其具體的實(shí)施有很大的難度，而且由于電路的工作環(huán)境要求高，以致這類產(chǎn)品只能在干式水表中應(yīng)用，對(duì)于濕式水表還存在很多問題，測(cè)量電路在潮濕的環(huán)境中有可能發(fā)生短路、芯片損壞等狀況

(2)光電直讀式遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)大致由光電對(duì)射式抄表系統(tǒng)和光電對(duì)射式抄表系統(tǒng)兩種組成。針對(duì)字輪式水表的抄表系統(tǒng)，同觸電式相同需要對(duì)水表進(jìn)行細(xì)微的改造，將光電發(fā)射源固定在每一個(gè)字輪的一側(cè)，將光電接收裝置固定在其對(duì)應(yīng)的字輪上，通過對(duì)光電接收裝置的位置狀態(tài)可以判斷字輪所轉(zhuǎn)到的具體數(shù)字位置，從而確定對(duì)應(yīng)的全部水表號(hào)碼。因?yàn)槊恳粋€(gè)字輪的構(gòu)造都需要進(jìn)行改造，而且傳感器的位置需要精確的定位，這為水表抄表系統(tǒng)的施工帶來了很大的難題。在光電直讀式遠(yuǎn)傳水表產(chǎn)品發(fā)展初期階段，隨著技術(shù)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，對(duì)零點(diǎn)進(jìn)位狀態(tài)下的差錯(cuò)進(jìn)行了修正，但在制造工藝上依然要求很高的施工精密度，不適宜大規(guī)模投入生產(chǎn)和應(yīng)用。而且該方式的抄表系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求依然很高，濕式水表有水珠的影響，容易給系統(tǒng)帶來損壞并且影響讀數(shù)，干式水表環(huán)境更適于這種抄表系統(tǒng)。

(3)攝像直讀式遠(yuǎn)傳水表的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)水表的改造最小，任何水表的表頭都可以保持構(gòu)造不變，只需要對(duì)水表上面的塑料外殼進(jìn)行輕微的改造，在水表的正上方幾厘米處固定一個(gè)攝像式圖像傳感器，將拍攝的模擬視頻信號(hào)傳送出來，提供給計(jì)算機(jī)或數(shù)字處理器進(jìn)行處理。2007年左右，隨著圖像傳輸與圖像處理技術(shù)的相對(duì)成熟，使攝像式直讀產(chǎn)品的研發(fā)得到了突破性進(jìn)展，研發(fā)的產(chǎn)品也得到了推廣應(yīng)用。由于dsp或高端嵌入式單片機(jī)的問世，攝像直讀式遠(yuǎn)傳水表的研制成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)。

綜合上述，國(guó)內(nèi)主流的抄表技術(shù)大多基于機(jī)械脈沖的原理，主要利用前置采集器完成脈沖信息檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的采集、保留和傳輸。脈沖抄表系統(tǒng)基于機(jī)械振動(dòng)的原理，容易出現(xiàn)電磁干擾或退磁現(xiàn)象，在精確度上一直不能有效解決。再有，計(jì)數(shù)方式的水表，其計(jì)數(shù)和讀數(shù)是同步的，斷停電時(shí)計(jì)數(shù)丟失，造成讀數(shù)低于實(shí)際計(jì)數(shù)，給供水公司帶來損失；有干擾時(shí)，水表計(jì)數(shù)脈沖也可能出現(xiàn)虛增現(xiàn)象，即當(dāng)前讀數(shù)偏高。因此，脈沖計(jì)數(shù)這種技術(shù)誠然存在簡(jiǎn)單易完成的優(yōu)點(diǎn)，不過由于同樣存在需實(shí)時(shí)供電，功耗大以及抗干擾性差等多方面的問題，發(fā)展前景存在桎梏。針對(duì)脈沖表技術(shù)上存在的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了多種其他無源直讀式抄表系統(tǒng)，比如觸點(diǎn)式、光電式、攝像式等裝置。其中光電式一般適用于干式表，同時(shí)對(duì)精密度的要求比較高；觸點(diǎn)式水表利用判別電阻阻值原理來確定字符位置，觸點(diǎn)數(shù)量過多造成構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)很容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差；攝像式的直讀水表則是把采集到的圖像經(jīng)過數(shù)字圖象處理器進(jìn)行識(shí)別并處理，從而最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表。鑒于上述存在的因素，利用攝像頭拍攝水表表盤上的圖像進(jìn)行識(shí)別的抄表系統(tǒng)比較符合目前國(guó)內(nèi)抄表公司所考慮無源和直讀抄表技術(shù)的研究方向。這種方式基于視覺檢測(cè)的原理，只需在工作時(shí)供電，沒有累計(jì)誤差，并且能夠記錄當(dāng)前水表的圖像，能夠有效地減少糾紛。與此前的其他抄表技術(shù)相比，該系統(tǒng)具有更積極的意義。

如圖1所示，目前的攝像式直讀水表的表盤如果用人眼睛識(shí)別很容易，在字輪水表的基礎(chǔ)上進(jìn)行加攝像圖像識(shí)別及遠(yuǎn)程抄表，其拍攝的圖如圖2所示，但是，用計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別字輪水表水量就很復(fù)雜。用攝像來識(shí)別的困難在于數(shù)字滾動(dòng)過程中的識(shí)別，視覺識(shí)別技術(shù)來確定個(gè)位是“9”還是“8”需要用樣本來訓(xùn)練。最難的是識(shí)別的是圖2個(gè)位(最后一位)上的數(shù)值。如果要提高識(shí)別率，對(duì)不同的廠家，不同字的位置、機(jī)械結(jié)構(gòu)差異以及環(huán)境光線等都都需要訓(xùn)練樣本，工作量很大，且有些樣本只能在一定條件下進(jìn)行。所以當(dāng)如環(huán)境光線等條件變化，識(shí)別率就下降。

目前的攝像式直讀水表的攝像模塊硬件基本采用單片機(jī)+攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)+dps+攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊或采用還有dps功能的高端嵌入式單片機(jī)；軟件基本采用圖像預(yù)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。但是，這里面有兩個(gè)難點(diǎn)不好解決，一是采用高端低端單片機(jī)進(jìn)行樣本識(shí)別，內(nèi)存不夠，再計(jì)算機(jī)速度不夠；二是采用高端單片機(jī)成本高，如果提高識(shí)別率，內(nèi)存也不足。由于字輪式水表各位或廠家機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，字輪上的字有差異，所以軟件算法如果采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要每個(gè)廠家的水表以及水表字輪的每一位進(jìn)行訓(xùn)練，其工作量很大，同時(shí)內(nèi)存大，致使單片機(jī)內(nèi)存相對(duì)不足，且計(jì)算機(jī)速度減慢。再，采用一種訓(xùn)練模型，時(shí)間久了，機(jī)械結(jié)構(gòu)、環(huán)境塵氣、光線發(fā)生微小變化會(huì)影響其識(shí)別率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種直讀式水表的視覺識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法，其能夠有效的解決現(xiàn)有水表抄表系統(tǒng)單片機(jī)內(nèi)存不足的問題，減低水表抄表系統(tǒng)的成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種直讀式水表的視覺識(shí)別系統(tǒng)，包括直讀式水表、抄表終端和遠(yuǎn)傳通信模塊，所述抄表終端用以對(duì)直讀式水表進(jìn)行抄表并通過遠(yuǎn)傳通信模塊將抄表信息發(fā)送給后臺(tái)抄表管理系統(tǒng)，其特征是，所述直讀式水表包括多個(gè)字輪，每個(gè)字輪圓周表面指代0～9的十個(gè)弧段上分別設(shè)置有對(duì)應(yīng)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)；所述抄表終端包括攝像頭、補(bǔ)光燈、單片機(jī)、存儲(chǔ)器和rs485電路，所述攝像頭正對(duì)直讀式水表的表盤設(shè)置，所述補(bǔ)光燈設(shè)置在攝像頭附近且光線射向直讀式水表的表盤，所述單片機(jī)分別與攝像頭、補(bǔ)光燈、存儲(chǔ)器和rs485電路相連，所述rs485電路與遠(yuǎn)傳通信模塊相連。

優(yōu)選地，所述二維碼標(biāo)識(shí)包括依次設(shè)置的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)、上半部間隔區(qū)、數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)和下半部間隔區(qū)；所述數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)均包括二進(jìn)制表示的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息；每一個(gè)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)所包含的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的位數(shù)信息和數(shù)值信息是相同的。

優(yōu)選地，所述定位信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的左上角三組信息和右下角三組信息，所述位數(shù)信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)右上角的三組信息，所述數(shù)值半部位置信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)中心位置的一組信息，所述數(shù)值信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)左下角的四組信息。

優(yōu)選地，所述的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息中的每組信息為nxn點(diǎn)陣，n為大于等于3的正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述二維碼標(biāo)識(shí)粘貼或者印制在字輪圓周表面。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)采用stm32f446單片機(jī)，所述攝像頭采用ov2640攝像頭，所述攝像頭連接有24m有源晶振，所述存儲(chǔ)器采用at24c02存儲(chǔ)芯片。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)還連接有電源電路、25m有源晶振和mbus電路。

本發(fā)明還提供了一種直讀式水表的識(shí)別方法，其特征是，所述直讀式水表每個(gè)字輪圓周表面指代0～9的十個(gè)弧段上分別設(shè)置有對(duì)應(yīng)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)，識(shí)別方法包括以下步驟：

1)拍攝直讀式水表表盤圖像信息；

2)對(duì)表盤圖像進(jìn)行采用中值濾波和高斯濾波去除圖像中的噪點(diǎn)；

3)通過二維碼標(biāo)識(shí)的定位信息進(jìn)行圖像角度的校準(zhǔn)；

4)計(jì)算表盤圖像的閾值，并進(jìn)行二值化處理，將大于閾值的灰度值設(shè)為最大灰度值1，小于閾值的灰度值設(shè)為0；

5)對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪的數(shù)值分別識(shí)別，并將識(shí)別的各個(gè)字輪數(shù)值合并為水表讀數(shù)。

優(yōu)選地，所述二維碼標(biāo)識(shí)包括依次設(shè)置的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)、上半部間隔區(qū)、數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)和下半部間隔區(qū)；所述數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)均包括二進(jìn)制表示的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息；每一個(gè)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)所包含的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的位數(shù)信息和數(shù)值信息是相同的；所述定位信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的左上角三組信息和右下角三組信息，所述位數(shù)信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)右上角的三組信息，所述數(shù)值半部位置信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)中心位置的一組信息，所述數(shù)值信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)左下角的四組信息；所述的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息中的每組信息為nxn點(diǎn)陣方塊，n為大于等于3的正整數(shù)。

優(yōu)選地，在步驟5)中，對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪的數(shù)值進(jìn)行識(shí)別的具體過程為：

51)對(duì)定位信息進(jìn)行識(shí)別：對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪圖片進(jìn)行定位信息識(shí)別，如果包含一組完整的定位信息則對(duì)該組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別；如果包含兩組完整的定位信息則對(duì)兩組完整定位信息圖片分別進(jìn)行識(shí)別；

52)對(duì)每組完整定位信息圖片中位數(shù)信息進(jìn)行識(shí)別：如果每組位數(shù)信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定該組位數(shù)信息值為1，否則該組位數(shù)信息值為0；將位數(shù)信息中的三組信息組成二進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)；將二進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)；

53)對(duì)每組完整定位信息圖片中數(shù)值信息進(jìn)行識(shí)別：如果每組數(shù)值信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定該組數(shù)值信息值為1，否則該組數(shù)值信息值為0；將數(shù)值信息中的四組信息組成二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)；將二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)；

54)對(duì)每組完整定位信息圖片中數(shù)值半部位置信息進(jìn)行識(shí)別：如果數(shù)值半部位置信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定識(shí)別的數(shù)值所在區(qū)域?yàn)閿?shù)值下半部識(shí)別區(qū)，否則為數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)；

55)如果表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含一組完整的定位信息則將對(duì)該組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別出的數(shù)據(jù)信息作為對(duì)應(yīng)字輪的數(shù)據(jù)信息；如果表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含兩組完整的定位信息則將對(duì)數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)所在的那一組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別出的數(shù)據(jù)信息作為對(duì)應(yīng)字輪的數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過將字輪水表的字改為及其容易識(shí)別的二維碼將徹底克服了傳統(tǒng)攝像式直讀水表的識(shí)別率低和工作量大的不足，本發(fā)明采用二維碼的識(shí)別技術(shù)對(duì)水表表盤圖像的黑白識(shí)別，并進(jìn)行相似程度判斷，采用廉價(jià)攝像頭的像素點(diǎn)點(diǎn)陣就能確定水表讀數(shù)，其不僅不受光線、灰塵、位置變動(dòng)、字滾動(dòng)等各種外界因素的影響，抗干擾能力極強(qiáng)，而且減低了成本，滿足了識(shí)別要求。

本發(fā)明的識(shí)別方法將字輪式水表的字改為二維碼，以此通過識(shí)別二維碼來獲取直讀式水表的水量讀數(shù)，有效的解決了單片機(jī)內(nèi)存不足的問題，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，省去了大量字輪式水表字樣的樣本提取工作，識(shí)別率高，減低了水表視覺系統(tǒng)的成本。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)字輪水表的表盤示意圖；

圖2為傳統(tǒng)字輪水表采用攝像圖形識(shí)別的字輪圖像示意圖；

圖3為本發(fā)明所述字輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述抄表終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明字輪水表采用二維碼標(biāo)識(shí)的字輪讀數(shù)示意圖；

圖6為本發(fā)明所示二維碼標(biāo)識(shí)的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和上半部間隔區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖(即圖5中個(gè)位數(shù)值圖像的上半部，且每組信息為3x3點(diǎn)陣方塊的示意圖)；

圖7為本發(fā)明的方法流程圖；

圖8為對(duì)圖6圖像進(jìn)行二值化處理后的圖像信息示意圖；

圖9為表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含兩組完整的定位信息的圖像示意圖(即圖5中個(gè)位數(shù)值圖像中每組信息為3x3點(diǎn)陣方塊時(shí)的示意圖)；

圖10為表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含一組完整的定位信息的圖像示意圖；

圖3中，1為字輪，2為驅(qū)動(dòng)軸，3-0至3-9為二維碼標(biāo)識(shí)：3-0為數(shù)值0的二維碼標(biāo)識(shí)、3-1為數(shù)值1的二維碼標(biāo)識(shí)，3-2為數(shù)值2的二維碼標(biāo)識(shí)，3-3為數(shù)值3的二維碼標(biāo)識(shí)，3-4為數(shù)值4的二維碼標(biāo)識(shí)，3-5為數(shù)值5的二維碼標(biāo)識(shí)，3-6為數(shù)值6的二維碼標(biāo)識(shí)，3-7為數(shù)值7的二維碼標(biāo)識(shí)，3-8為數(shù)值8的二維碼標(biāo)識(shí)，3-9為數(shù)值9的二維碼標(biāo)識(shí)。

具體實(shí)施方式

為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過具體實(shí)施方式并結(jié)合其附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。

如圖3和圖4所示，本發(fā)明的一種直讀式水表的視覺識(shí)別系統(tǒng)，它包括直讀式水表、抄表終端和遠(yuǎn)傳通信模塊，所述抄表終端用以對(duì)直讀式水表進(jìn)行抄表并通過遠(yuǎn)傳通信模塊將抄表信息發(fā)送給后臺(tái)抄表管理系統(tǒng)。所述直讀式水表包括多個(gè)字輪，每個(gè)字輪圓周表面指代0～9的十個(gè)弧段上分別設(shè)置有對(duì)應(yīng)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)；如圖3所示，每個(gè)字輪1均設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸2上，在字輪1圓周表面依次設(shè)置有數(shù)值0的二維碼標(biāo)識(shí)3-0、數(shù)值1的二維碼標(biāo)識(shí)3-1、數(shù)值2的二維碼標(biāo)識(shí)3-2、數(shù)值3的二維碼標(biāo)識(shí)3-3、數(shù)值4的二維碼標(biāo)識(shí)3-4、數(shù)值5的二維碼標(biāo)識(shí)3-5、數(shù)值6的二維碼標(biāo)識(shí)3-6、數(shù)值7的二維碼標(biāo)識(shí)3-7、數(shù)值8的二維碼標(biāo)識(shí)3-8和數(shù)值9的二維碼標(biāo)識(shí)3-9。如圖4所示，所述抄表終端包括攝像頭、補(bǔ)光燈、單片機(jī)、存儲(chǔ)器和rs485電路，所述攝像頭正對(duì)直讀式水表的表盤設(shè)置，所述補(bǔ)光燈設(shè)置在攝像頭附近且光線射向直讀式水表的表盤，所述單片機(jī)分別與攝像頭、補(bǔ)光燈、存儲(chǔ)器和rs485電路相連，所述rs485電路與遠(yuǎn)傳通信模塊相連。

如圖4和圖5所示，所述二維碼標(biāo)識(shí)包括依次設(shè)置的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)、上半部間隔區(qū)、數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)和下半部間隔區(qū)；所述數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)均包括二進(jìn)制表示的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息；每一個(gè)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)所包含的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的位數(shù)信息和數(shù)值信息是相同的。

圖2是傳統(tǒng)字輪水表采用攝像圖形識(shí)別的字輪圖像示意圖，它用攝像來識(shí)別的困難在于數(shù)字滾動(dòng)過程中的識(shí)別，視覺識(shí)別技術(shù)來確定個(gè)位是“9”還是“8”需要用樣本來訓(xùn)練。最難的是識(shí)別的是圖2個(gè)位上的數(shù)值。如果要提高識(shí)別率，對(duì)不同的廠家，不同的字的位置、機(jī)械結(jié)構(gòu)差異以及環(huán)境光線等都都需要訓(xùn)練樣本，工作量很大，且有些樣本只能在一定條件下進(jìn)行。所以當(dāng)如環(huán)境光線等條件變化，識(shí)別率就下降。本發(fā)明將字輪水表的字改為及其容易識(shí)別的二維碼將徹底改變這些弱點(diǎn)，如圖5所示。本發(fā)明識(shí)別原理：找到基準(zhǔn)點(diǎn)，基于預(yù)期模型，進(jìn)行黑白識(shí)別，進(jìn)行相似程度判斷，即使有較強(qiáng)的干擾-光線、灰塵、位置變動(dòng)、字滾動(dòng)等都基本沒影響。

如圖6所示，所述定位信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的左上角三組信息和右下角三組信息，所述位數(shù)信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)右上角的三組信息，所述數(shù)值半部位置信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)中心位置的一組信息，所述數(shù)值信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)左下角的四組信息。

優(yōu)選地，所述的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息中的每組信息為nxn點(diǎn)陣，n為大于等于3的正整數(shù)。在具體實(shí)施例中，本發(fā)明以每組信息為3x3點(diǎn)陣為例，如圖5、圖6、圖8、圖9和圖10所示。

優(yōu)選地，所述二維碼標(biāo)識(shí)粘貼或者印制在字輪圓周表面。

優(yōu)選地，如圖4所示，所述單片機(jī)采用stm32f446單片機(jī)，所述攝像頭采用ov2640攝像頭，所述攝像頭連接有24m有源晶振，所述存儲(chǔ)器采用at24c02存儲(chǔ)芯片。所述單片機(jī)還連接有電源電路、25m有源晶振和mbus電路。

下面對(duì)抄表終端進(jìn)行詳細(xì)描述：

1、控制核心單片機(jī)

采用stm32f446單片機(jī)，該單片機(jī)的成本較低。它是st公司生產(chǎn)的，采用armcortex-m432位risc核的32位mcu，其工作頻率最高為180mhz，含有512k閃存，128ksram，三個(gè)12位adc，兩個(gè)dac，一個(gè)低功耗rtc，12個(gè)通用16位計(jì)時(shí)器以及兩個(gè)32位通用計(jì)時(shí)器工作電壓1.7v-3.6v，同時(shí)集成攝像頭接口dcmi，能夠非常方便的與ov2640連接。還有dma控制器，其與dcmi結(jié)合，能夠快速的將攝像頭數(shù)據(jù)傳輸出去。

dcmi接口是一個(gè)同步并行接口，能夠接收外部8位，10位，14位cmos攝像頭模塊發(fā)出的高速數(shù)據(jù)流，可以支持ycbcr4:2:2/rgb565逐行視頻和壓縮數(shù)據(jù)(jpeg)。dcmi支持高速數(shù)據(jù)流，該接口包含14條數(shù)據(jù)線(d13-d0)和一條像素時(shí)鐘線(pixclk)。像素時(shí)鐘的極性可編程，因此可以在像素時(shí)鐘的上升沿或下降沿捕獲數(shù)據(jù)。dcmi還支持連續(xù)模式和快照模式。

dcmi支持dma傳輸，攝像頭接口每次在其寄存器中收到完整的32位數(shù)據(jù)塊時(shí)，都將發(fā)一個(gè)dma請(qǐng)求，由dma將寄存器的值搬運(yùn)到目的地址(sram或lcd)。本發(fā)明中配置dcmi為8位數(shù)據(jù)接口，pclk為上升沿有效，設(shè)置幀中斷，以及開啟dma功能。

2、外圍電路

采用200萬像素的ov2640攝像頭，既保證了拍攝照片的質(zhì)量，又能與單片機(jī)通過dcmi接口連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路，降低了成本。

攝像頭使用24m有源晶振，保證了攝像頭數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

單片機(jī)通過電源控制電路，控制攝像頭處于工作模式和低功耗模式，低功耗模式只有600μa，降低了系統(tǒng)待機(jī)功耗。

補(bǔ)光燈保證在拍照時(shí)，能夠拍攝到足夠清晰的圖像。

存儲(chǔ)器采用at24c02，存儲(chǔ)一些系統(tǒng)參數(shù)。

mbus電路保證供電和通訊使用兩根線即可完成，方便現(xiàn)場(chǎng)施工和降低成本。同時(shí)可以使用rs485進(jìn)行通訊。

本發(fā)明還提供了一種直讀式水表的識(shí)別方法，所述直讀式水表每個(gè)字輪圓周表面指代0～9的十個(gè)弧段上分別設(shè)置有對(duì)應(yīng)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)，如圖7所示，本發(fā)明的識(shí)別方法包括以下步驟：

1)拍攝直讀式水表表盤圖像信息，如圖5所示；

2)對(duì)表盤圖像進(jìn)行采用中值濾波和高斯濾波去除圖像中的噪點(diǎn)；

3)通過二維碼標(biāo)識(shí)的定位信息進(jìn)行圖像角度的校準(zhǔn)；

4)計(jì)算表盤圖像的閾值，并進(jìn)行二值化處理，將大于閾值的灰度值設(shè)為最大灰度值1，小于閾值的灰度值設(shè)為0，如圖8所示；

5)對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪的數(shù)值分別識(shí)別，并將識(shí)別的各個(gè)字輪數(shù)值合并為水表讀數(shù)。

優(yōu)選地，如圖5、圖6、圖8、圖9和圖10所示，所述二維碼標(biāo)識(shí)包括依次設(shè)置的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)、上半部間隔區(qū)、數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)和下半部間隔區(qū)；所述數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)均包括二進(jìn)制表示的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息；每一個(gè)數(shù)值0～9的二維碼標(biāo)識(shí)所包含的數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的位數(shù)信息和數(shù)值信息是相同的。所述定位信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)的左上角三組信息(圖6中a1所在區(qū)域)和右下角三組信息(圖6中a2所在區(qū)域)，所述位數(shù)信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)右上角的三組信息(圖6中b1、b2、b3所在區(qū)域)，所述數(shù)值半部位置信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)中心位置的一組信息(圖6中c所在區(qū)域)，所述數(shù)值信息包括設(shè)置在數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)或數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)左下角的四組信息(圖6中d1、d2、d3、d4所在區(qū)域)；所述的定位信息、位數(shù)信息、數(shù)值半部位置信息和數(shù)值信息中的每組信息為3x3點(diǎn)陣方塊，如圖8所示。

優(yōu)選地，在步驟5)中，對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪的數(shù)值進(jìn)行識(shí)別的具體過程為：

51)對(duì)定位信息進(jìn)行識(shí)別：對(duì)表盤圖像中每個(gè)字輪圖片進(jìn)行定位信息識(shí)別，如圖10所示，如果只包含一組完整的定位信息則對(duì)該組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別；如圖9所示，如果包含兩組完整的定位信息則對(duì)兩組完整定位信息圖片分別進(jìn)行識(shí)別；

52)對(duì)每組完整定位信息圖片中位數(shù)信息進(jìn)行識(shí)別：如果每組位數(shù)信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定該組位數(shù)信息值為1，否則該組位數(shù)信息值為0；將位數(shù)信息中的三組信息組成二進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)；將二進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制位數(shù)數(shù)據(jù)；

53)對(duì)每組完整定位信息圖片中數(shù)值信息進(jìn)行識(shí)別：如果每組數(shù)值信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定該組數(shù)值信息值為1，否則該組數(shù)值信息值為0；將數(shù)值信息中的四組信息組成二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)；將二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)；

54)對(duì)每組完整定位信息圖片中數(shù)值半部位置信息進(jìn)行識(shí)別：如果數(shù)值半部位置信息方塊中有一半以上像素點(diǎn)的灰度值為1則確定識(shí)別的數(shù)值所在區(qū)域?yàn)閿?shù)值下半部識(shí)別區(qū)，否則為數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)；

55)如果表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含一組完整的定位信息則將對(duì)該組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別出的數(shù)據(jù)信息作為對(duì)應(yīng)字輪的數(shù)據(jù)信息；如果表盤圖像中每個(gè)字輪圖片包含兩組完整的定位信息則將對(duì)數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)所在的那一組完整定位信息圖片進(jìn)行識(shí)別出的數(shù)據(jù)信息作為對(duì)應(yīng)字輪的數(shù)據(jù)信息。

如圖6和圖8所示，本發(fā)明的二維碼的點(diǎn)陣為15×15，它包含的信息：(1)定位信息，(2)位數(shù)信息，(3)數(shù)值半部位置信息，(4)水量的數(shù)值信息。每一個(gè)信息至少3×3點(diǎn)陣。其信息特點(diǎn)說明如下：

(1)定位信息

如圖6所示，由左上角三組信息(111，即圖6中a1所在區(qū)域)和右下角三組信息(111，即圖6中a2所在區(qū)域)組成，每位一組有3×3點(diǎn)陣

(2)位數(shù)信息

如圖6所示，由右上角的三組信息(圖6中b1、b2、b3所在區(qū)域)組成，每一組有3×3點(diǎn)陣，3組信息可組成3位二進(jìn)制數(shù)：001，010，011，100，101，110，111，分別表示1，2，3，4，5，6，7。圖6所示的位數(shù)表示1，即位數(shù)為個(gè)位。國(guó)內(nèi)字輪水表位數(shù)多數(shù)5位，也有7位的。

(3)數(shù)值半部位置信息

如圖6所示，由中心位置的一組信息(圖6中c所在區(qū)域)組成，0代表數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)，1代表數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)。圖6所示的數(shù)值半部位置信息為0，即為數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)。

(4)水量的數(shù)值信息

如圖6所示，由左下角的四組信息(圖6中d1、d2、d3、d4所在區(qū)域)組成，每一組有3×3點(diǎn)陣，4組信息組成4位二進(jìn)制數(shù)：0000，0001，0010，0011,0100，0101,0110,0111，1000，1001，分別表示0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。圖6所示的水量的數(shù)值信息為7.

在上述4種信息的基礎(chǔ)上，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一幅二維碼的信息圖片，點(diǎn)陣為15×15。而攝像頭在字輪表上每一位采集的點(diǎn)陣為36×15。這樣為確保字輪水表數(shù)字在任何狀態(tài)都能有該數(shù)字的信息，設(shè)計(jì)每一位數(shù)字上包含兩幅信息，即數(shù)值上半部識(shí)別區(qū)和數(shù)值下半部識(shí)別區(qū)并采用上半部間隔區(qū)和下半部間隔區(qū)進(jìn)行分開。

如圖9和圖10所示，假設(shè)字輪水表的讀數(shù)個(gè)位數(shù)為“7”，則用二維碼表示則為圖9或圖10所示。在輪旋轉(zhuǎn)過程中，二維碼的“7”總是能完整顯示出來，當(dāng)“7”后面的“8”完整出現(xiàn)，“7”才消失。可以根據(jù)要求確定此時(shí)刻的真實(shí)值，且采用此二維碼識(shí)別精度足以達(dá)到0.1。

本發(fā)明通過將字輪水表的字改為及其容易識(shí)別的二維碼將徹底克服了傳統(tǒng)攝像式直讀水表的識(shí)別率低和工作量大的不足，本發(fā)明采用二維碼的識(shí)別技術(shù)對(duì)水表表盤圖像的黑白識(shí)別，并進(jìn)行相似程度判斷，采用廉價(jià)攝像頭的像素點(diǎn)點(diǎn)陣就能確定水表讀數(shù)，其不僅不受光線、灰塵、位置變動(dòng)、字滾動(dòng)等各種外界因素的影響，抗干擾能力極強(qiáng)，而且減低了成本，滿足了識(shí)別要求。

此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。