基于OCR技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能設(shè)計(jì)研究

楊遠(yuǎn)航，張 鑫，石恒初，張榮奎，孔德志

（1.云南電力調(diào)度控制中心，云南昆明 650011；2.云南云電同方科技有限公司，云南 昆明 650200）

電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作是電力工業(yè)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，正常電力運(yùn)維的工作主要包括設(shè)備的日常巡視、設(shè)備的缺陷管理和檢修、設(shè)備臺(tái)賬的維護(hù)以及設(shè)備隱患管理[1]。運(yùn)維工作需要處理的事務(wù)較多，繁瑣費(fèi)時(shí)，為了提高工作效率，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬輸入的方式進(jìn)行創(chuàng)新使用，以往臺(tái)賬輸入多依賴于人工，電力設(shè)備臺(tái)賬輸入自動(dòng)化的創(chuàng)新使用節(jié)省了大量人力。電力設(shè)備臺(tái)賬輸入的自動(dòng)化主要通過(guò)電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)標(biāo)簽采集功能，自動(dòng)獲取電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬信息[2]。以往使用的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能多數(shù)受到使用平臺(tái)的限制，存在兼容性差的問(wèn)題，因此，采用OCR 技術(shù)，設(shè)計(jì)基于OCR 技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能[3-5]。將該技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能中，減少人力手動(dòng)輸入的時(shí)間，大幅度提升工作效率，同時(shí)解決以往電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能存在的兼容性差的問(wèn)題。

1 采集功能設(shè)計(jì)

1.1 電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽圖像處理

電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬多數(shù)以文本圖像的形式存在，其中包含大量的文本信息，為電網(wǎng)設(shè)備制定合適大小的臺(tái)賬標(biāo)簽，利用OCR 技術(shù)識(shí)別標(biāo)簽，獲取其中的電網(wǎng)設(shè)備信息，通過(guò)采集功能采集到計(jì)算機(jī)中。

通常采用光學(xué)掃描儀使用OCR 技術(shù)識(shí)別圖像，分辨率是重要參數(shù)，描述了在空間上的精細(xì)程度[6]。獲得圖像后，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，圖像預(yù)處理的好壞將會(huì)直接影響OCR 技術(shù)的實(shí)際識(shí)別能力，預(yù)處理主要包括二值化、去噪、形變反變換等[7-8]。

經(jīng)過(guò)二值化處理的圖像前后顯示如圖1 所示。

圖1 二值化處理前后文本圖像

其處理過(guò)程主要利用二值數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，其基本運(yùn)算包括膨脹、腐蝕[9]。在形態(tài)變換過(guò)程中，將結(jié)構(gòu)元素設(shè)置為Q(r)，對(duì)工作空間W中的每一點(diǎn)r，膨脹的定義為：

圖2 預(yù)處理后的目標(biāo)圖像

從圖中可以明顯看出，與原始的目標(biāo)圖像相比，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的圖像更加清晰，空白處也得到了填補(bǔ)。

1.2 提取電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽文本圖像特征

在完成圖像預(yù)處理操作后，得到二值圖像。使用OCR 技術(shù)識(shí)別圖像文本信息特征，OCR 識(shí)別文本信息關(guān)鍵在于字符分割和特征提取。利用光學(xué)儀器掃描目標(biāo)圖像后[13]，借助圖像的水平投影實(shí)現(xiàn)行切分，水平投影和垂直投影效果如圖3 所示。

圖3 文本圖像投影效果

投影的計(jì)算公式如下：

找到最后一條黑色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為0 的白色文本行，將其標(biāo)記為L(zhǎng)ine（i++），作為行文本的上下分界線，依此找滿足條件的邊界線，完成文本圖像行切分。

字符切分需借助圖像的垂直投影實(shí)現(xiàn)，垂直投影的計(jì)算公式如式（5）所示。

掃描文本圖像像素矩陣，將最后一個(gè)不等于0的垂直線段記為C(i)，將第一個(gè)等于0 的垂直線段記為C(j)，位于C(i)和C(j)之間的字符就是切分的單一字符，繼續(xù)執(zhí)行掃描操作，確定所有字符的左右分界線，完成字符切分任務(wù)。

由于某些英文字符和中文字符是合體字，字符之間的間隔區(qū)分不明顯，在切分時(shí)，容易造成字符的錯(cuò)誤切割[14]。因此對(duì)英文字符和中文字符分別采取不同的解決方案，避免出現(xiàn)誤判的情況。對(duì)于等寬字符，采用固定寬度的滑動(dòng)窗口進(jìn)行字符隔離；對(duì)于非等寬字符，模糊處理寬度值大于平均值的字符，重新切分下一個(gè)切分點(diǎn)的英文字符。

對(duì)于中文字符，根據(jù)垂直投影將文本切割成單個(gè)字符，再根據(jù)字符寬度分類，得到正確的字符寬度后進(jìn)行二次分割[15]。中文字符分割流程如圖4 所示。

圖4 中文字符分割流程圖

通過(guò)上述過(guò)程將電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽文本圖像中的字符進(jìn)行切分，達(dá)到提升文本圖像質(zhì)量的目的，進(jìn)而提取文本圖像中的字符結(jié)構(gòu)特征。結(jié)構(gòu)特征指的是字符本身具有的特點(diǎn)，用于標(biāo)識(shí)出唯一漢字。

天葬師仍然沒(méi)有轉(zhuǎn)頭，直到顫巍巍地走出幾步之后，回答的聲音才終于響起：“天葬師也無(wú)權(quán)駁回任何一個(gè)族人提出的，關(guān)乎云浮興衰存亡的訴求！”

計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的方向線索特征，根據(jù)組成漢字的基本元素以及其元素的反方向一共構(gòu)成一個(gè)8維的方向矢量，如圖5 所示。

圖5 方向矢量示意圖

依據(jù)圖5 所示方向矢量圖，計(jì)算8 維矢量的和，最后得到一個(gè)128 維的矢量就是文本圖像字符方向像素矢量特征。

1.3 采集電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽信息

設(shè)計(jì)電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能，將其與服務(wù)器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，使用OCR 相機(jī)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行拍攝[16]，通過(guò)上述圖像預(yù)處理與特征提取過(guò)程，得到文本信息，將標(biāo)簽信息整合并傳送至服務(wù)器中。

控制相機(jī)拍攝電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽，使用OCR 技術(shù)對(duì)相機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行光學(xué)字符識(shí)別處理，將文本信息轉(zhuǎn)換為字符串，上傳至服務(wù)器并存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。采集功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于通信接口電路，保證采集的信息安全合理地傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

使用常用的RS-232 標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行通信，由于RS-232 標(biāo)準(zhǔn)采用-15～-3 V 和+3～+15 V 電平范圍定義邏輯“1”和“0”，方便提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力，由此設(shè)計(jì)RS-232 通信接口電路，如圖6 所示。

圖6 RS-232通信接口電路

通過(guò)設(shè)計(jì)的通信接口電路，使得經(jīng)過(guò)OCR 技術(shù)處理并識(shí)別的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽信息能夠傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證采集功能正常運(yùn)行。至此，基于OCR技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能設(shè)計(jì)完成。

2 電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能仿真測(cè)試

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

一般情況下，電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，針對(duì)以往的采集功能存在兼容性差的問(wèn)題，電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能仿真測(cè)試基于Windows 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)中使用數(shù)據(jù)模擬器生成隨機(jī)的數(shù)據(jù)流，使用基于不同技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能采集數(shù)據(jù)，通過(guò)采集完成后的反饋結(jié)果，分析基于不同技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能的兼容性。命令執(zhí)行界面如圖7 所示。

圖7 數(shù)據(jù)流隨機(jī)生成命令執(zhí)行界面

隨機(jī)選取的數(shù)據(jù)流相關(guān)屬性如表1 所示。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)屬性

為了保證功能測(cè)試的公平性，使用表中隨機(jī)生成的數(shù)據(jù)，測(cè)試基于不同技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能。

2.2 兼容性測(cè)試結(jié)果及分析

使用基于RFID 技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集方法獲得測(cè)試結(jié)果1，使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的采集功能獲得測(cè)試結(jié)果2，使用基于OCR 技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽功能獲得測(cè)試結(jié)果3。具體的測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

從圖8 顯示結(jié)果中可以看出，測(cè)試結(jié)果1 中的第3 組和第5 組出現(xiàn)請(qǐng)求未響應(yīng)情況，第6 組和第9組測(cè)試出現(xiàn)請(qǐng)求超時(shí)的情況；測(cè)試結(jié)果2 中同樣第3組存在請(qǐng)求未響應(yīng)的情況，第5 組和第10 組存在請(qǐng)求超時(shí)的情況；測(cè)試結(jié)果3 中測(cè)試結(jié)果正常，未出現(xiàn)異常情況。綜上所述，設(shè)計(jì)的基于OCR 技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能比其他兩種更加完善，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況，兼容性更好。

圖8 基于不同技術(shù)的采集功能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能的出現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的管理與巡檢有重要意義，通過(guò)采集功能大大節(jié)省了電網(wǎng)設(shè)備巡檢和管理所需的人力物力，提高了工作效率。文章通過(guò)設(shè)計(jì)基于OCR 技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)簽采集功能，解決了以往采集功能中存在的問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用OCR 技術(shù)使得電網(wǎng)設(shè)備調(diào)賬標(biāo)簽采集功能兼容性更好。