電能計量中端液晶顯示屏檢測方法及裝置研究

劉堅雄

[摘 ? ?要]液晶屏是現代生活中比較重要的一個科技成果，在人們的日常生活中基本上處處都能用到它，不論是手機、電腦、電視還是大的顯示屏等，都是需要液晶屏，而液晶屏的檢測問題也成了一直以來人們重點討論的問題。文章針對電能中端液晶顯示屏的檢測，提出了一套較為有效的方法，在應用機器視覺和圖像處理技術方面提出了一種自動檢測的解決方案，用于顯示屏自動化檢測當中。

[關鍵詞]液晶顯示屏;自動檢測;研究

[中圖分類號]TP391.41 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Research on the Detection Method and Device of the Middle-end

Liquid Crystal Display Screen of Electric Energy Metering

Liu Jian-xiong

[Abstract]LCD screen is a relatively important scientific and technological achievement in modern life. It can be used basically everywhere in people's daily life， whether it is mobile phone， computer， TV or large display screen， etc.， all need LCD screen ， and the detection of LCD screens has also become a problem that people have been focusing on discussing. For the detection of mid-range LCD screens in electric power， a more effective method is proposed， and corresponding machine vision and image processing technologies are put forward. An automatic detection solution for display screen automatic detection.

[Keywords]liquid crystal display;automatic detection;research

針對液晶屏的檢測問題，本文基于應用機器視覺和圖像處理技術提出了一套自動化檢測的設計構想，本文根據此設想設計了一套液晶屏顯示裝置，實現了電能終端液晶顯示裝置最后顯示的內容的自動采集和判斷，經過多次的實驗查證，該裝置的錯誤率極低，效果較好，能達到檢測要求，提高檢測效率。

電能計量終端顯示器在智能電網中起著非常重要的作用，它是智能電網的重要組成部分。電網運行中的信息要靠計量終端完成采集，所以它的作用不容小覷，隨著計量自動化的成功建設，電能計量終端已經被大規模的采用，而液晶顯示屏是這里面非常重要的部件，是不可或缺的，液晶顯示屏是否完好關系到終端數據是否可以正常地顯示數據并對其進行運維操作。

1 電能計量裝置常見故障分析

1.1 技術方面原因

一般在應用計量工作前，應對設備進行相應的性能測試，配置達到要求后才能進行后續工作。如果整個工作室以雙向流量負荷為主要環境，則需要選擇雙向計量設備進行安裝。在技術應用過程中，工作人員必須嚴格遵守相關標準，稍有不慎都不能有效保證最終測量結果的準確性，并且會出現明顯的誤差。不僅如此，在測量工作的管理過程中，還要準確控制其安裝位置。如果在設備安裝的過程中忽略了電能諧波裝置的存在，沒有足夠的空間用來放置該設備，也會導致最終的計量精度受到影響。

1.2 受裝置故障影響

電能計量裝置在投入使用前雖已通過相應的驗收，但其性能并非一成不變。隨著工作環境的變化，電能計量裝置的使用壽命和性能會有一定程度的下降，這是不可避免的。此外，工作人員沒有對其進行有效的維護和管理，導致設備運行過程中出現故障，對后續工作產生了較為不利的影響。例如，電能計量裝置的常見故障大多集中在電能表或電路問題上。出現問題的根本原因是設備的零件性能下降，老化嚴重，工作人員在數據統計過程中會受到一定程度的影響。

1.3 受外界干擾影響

電能計量裝置的本質是電子設備，在日常應用過程中，外界產生的電磁波或磁場會對其產生一定程度的影響，導致測量精度出現誤差。由于電能計量裝置本身所涉及的環境應用的高度復雜性，在管理過程中很容易受到外界因素的干擾和影響。在這種背景下，不僅會導致無法有效保證設備的運行質量，縮短設備的使用壽命，而且還會產生明顯的功率損耗問題，從而導致最終的效果并不令人滿意。

2 液晶顯示屏常見的問題

2.1 顯示屏變暗

液晶顯示屏使用的時間久了后經常會出現顯示屏變暗的問題，因為液晶顯示屏是非常消耗照明燈泡的，而照明燈泡從液晶顯示屏表面無法很好地被觀察到，所以無法及時作出更換和維修，在長期使用液晶屏后不可避免地發現液晶屏會存在變暗甚至不能顯示圖像的狀況，一般這種情況大多數是由燈泡老化所致。

2.2 液晶屏顯示異常

在設備正常的情況下，設備的液晶屏是可以正常顯示畫面的，也可以隨著設定的更改進行顯示，根據設置和拍攝的改變顯示器也可以做出相應的反應，例如通電后液晶顯示器能正常顯示出使用者所需的內容，但有些時候顯示屏則會出現異常情況，如出現“顯示異常”的警告或者出現不能完整顯示畫面等情況，大多數情況是由于電池電量不足或者接觸不良導致的，也有可能因為其他原因導致該問題。

2.3 液晶屏出現黑斑

液晶屏出現黑斑也是較為常見的液晶顯示器的問題，這種情況一般是由外力所致，如果外力按壓則非常容易導致液晶屏出現黑斑，這是因為在外力的擠壓下，液晶顯示面板中的偏振片會變形，這個偏振片在凹進去以后并不會主動還原，這樣就會造成液晶屏在光的反射下形成黑斑，在反光時存在差異。

2.4 顯示內容不符合要求

在顯示數據的時候，電能計量中端液晶顯示屏會存在顯示的數據內容格式不符合要求的情況，例如格式不對、行間距過大與要求不符合的情況，這種情況則需要借助相關的技術手段進行自主調試并改進，首先要對電能計量終端液晶顯示屏進行準確的自主檢測，并且具有針對性地進行改變和優化，讓之后的內容輸出更加準確無誤。

3 改進設計研究

本文針對上述問題設計出了一套可以自主檢驗并調控的系統裝置。

3.1 光源設計的改進

LED燈光一般情況下都可以長期使用并且在使用期間具有較高的穩定性，也正是因為這個特征使得它在機器光源的設計過程中也被很多設計師使用。電能終端液晶顯示屏檢測結構是在電能計量終端液晶屏的前方放置1個透明的塑料片，而在塑料片的正前方放置1臺攝像機，在電能終端液晶屏內部嵌入1塊用來更好成像的透明塑料片，就形成了這樣一個視角非常好的觀察窗用來觀測被監察物體，而攝像拍攝的時候需要透過塑料片才能更好地觀察液晶屏，更好地監測電能終端液晶屏的狀況。在使用電能終端液晶屏的時候，會有以下幾種常見的光源，例如同軸光源、環形光源等光源，接下來本文將對這幾種典型光源的采集效果進行細致的分析。

（1）同軸光源。同軸光源是光源的照明光線與攝像機的鏡頭是在同軸，這種照明方式為檢測提供了更加均勻的光源條件，常用于反射性較強的平面物體中，例如金屬、玻璃等表面非常光滑的痕跡檢測中。同軸光源在攝像機采集下的圖像行像可以看到，由于在中端的觀察窗上透明塑料片的反射發揮了作用，導致了采集圖像的反光非常嚴重，呈現一片白色（圖1所示），所以無法分辨液晶屏的顯示內容。

（2）環形光源。環形光源的排列特點是多顆LED按圓周的排列順序排列，這種有順序的排列方式，可以讓陽光照射的光線向內匯聚，本文涉及的這種光照方式，可以更加突出被觀察物體表面的高度變化，以檢測邊緣是否存在有瑕疵的物體。

由于終端面板上的鍵盤與液晶顯示屏距離相對較近，設計者為了避免互相高干擾，所以限制了環形光源的直徑設計，在環形光源的攝像機采集的成像圖中，由于透明塑料片與顯示屏出現了雙重反射的現象，出現了非常強烈的反射光線（圖2所示），難以分辨液晶屏的顯示內容。

（3）自制光源。本文設計了一種自制的光源，這種光源的LED在液晶屏的上下兩端對稱分布若干個，在兩排LED陣列中由于LED的入射角相對較大，所以反射光線不會直接進入攝像機，因此不影響采集圖像的質量和成像效果。圖3為自制光源設計圖。

3.2 圖像預處理分析

攝像機在檢測和采集圖像的過程中，絕大多數情況下攝像機始終固定并且終端始終處于固定值，這也保證了在采集圖像的過程中圖像基本不會畸變，但是該方式仍然存在著一定的限制，其中受光照不均以及背景噪音的影響，圖像也極易產生灰度不均的情況，需要進行濾波和二值化的處理來解決這個問題。

設計均值濾波的目的在于更好地減少噪聲，所以在均值濾波中一般以領域平均值作為像素的灰度值。

在公式中所用的二值化處理是用灰度閾值T將圖像劃分為目標和背景兩類。本文采用最大類間方差（OSTU）6-7進行二值化處理。

3.3 圖像識別設計

在電能計量終端液晶屏的檢測中，液晶屏的中行邊界所對應的是Hy中的波谷位置，而Hx是對應字符列間中的波谷位置，基于這個公式算法可以將顯示在液晶屏中的文字進行準確定位。更改后文字的處理效果非常明顯，字符之間的行間間隔相比與之前更加明顯，定位更加準確不再雜亂，一些字符間的間隙原有的不清晰和列間定位效果較差的狀況得到了良好的改善。

在對電能計量終端液晶顯示屏檢測的過程中，為了更加準確地識別電腦網計量終端液晶屏中顯示的內容，在測試之前我們首先需要先對電能計量終端顯示屏中的圖像中的液晶屏進行準確的定位處理。電能計算中端液晶屏中每個體現在屏幕上的漢字都是為16×16的點陣，因此本文利用字符的行間間隔造成的水平投影空隙，準確地確定了行邊界;然后再利用字符列間間隔造成的垂直投影空隙，確定列的邊界。最后根據行列邊界準確定位液晶屏。

模板匹配是圖像識別的基本方法之一，基于歐式距離計算待識別圖像f和模板T匹配度的公式如下所示。

上式計算量大、速度慢，因此本文采用了更加適合的基于矢量的匹配算法，如下式。

在電能計量中端液晶顯示屏的檢測方式中，這個方法根據行定位結果，有效地將預處理后的液晶屏圖像劃分成為多張行圖像，再將每張行圖像與模板匹配運算，以此提高模板匹配的計算速度。這個檢測方法同時還有利于更加準確定位液晶屏的問題區域，并且加以改善。

3.4 監測裝置設計

常見的電能計量終端液晶顯示屏檢測裝置由攝像機、光源、控制系統、支架、底座、操作面板等組成。

電能計量終端顯示液晶屏中用來檢測的攝像機通常采用的是工業攝像機，這種相機采集圖像的方式是通過支架固定于被測試的終端正上方。在實驗電能計量終端液晶顯示屏檢測時LED光源被安裝于攝像機的兩側，采用這種排列的方式的目的是為采集圖像提供均勻照明。而測試的控制系統位于底座之內，負責控制圖像采集過程與圖像分析處理工作。操作面板為運維人員提供交互界面。

在測試中，首先將被用于電能計量終端液晶顯示屏測試的終端放入檢測裝置中，通過頂針壓接機構為終端供電。然后再控制系統通過指令要求被測試的終端顯示指定頁面，隨后使用攝像機對圖像進行采集，控制系統根據上文介紹的方法分析圖像內容，判斷液晶屏顯示內容是否與模板一致。若被測試的終端具備多個顯示頁面，則控制系統命令終端依次翻屏，再逐一比對采集的圖像，最后壓接機構退出，終端斷電檢測結束。

4 結論

目前終端液晶顯示屏檢測方法面臨以下的挑戰：第一大挑戰是對于光源的選擇和設計問題。對液晶顯示屏的檢測是通過圖像分析方法實現的，由于塑料面板的反射作用，不同的光源設計將影響圖像質量及圖像處理結果。第二大挑戰是液晶屏圖像預處理技術還不成熟，在采集圖像信息的時候非常容易受到噪聲的干擾，所以下一步仍然需要對圖像進行二值化、文字定位等處理。第三大挑戰是顯示內容自動識別技術存在的問題。在檢測的時候為了更加準確地判斷液晶屏顯示內容、格式是否符合技術標準要求，需要自動識別液晶屏圖像中的文字信息。

本文提出的檢測方法在光源設計、圖像預處理和自動識別等方面做了較為明顯的改進，在對實驗結論的研究中可以明顯地看到這種新的檢測方式有效提高了液晶屏的檢測準確性。為了進一步提高檢測效率，今后可研究多臺終端同步檢測技術，研制更適合于省級電網公司電能計量終端集中檢定的檢測裝置。

參考文獻

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