基于OCR技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能設計研究

楊遠航，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)設備的運行維護工作是電力工業(yè)中的基礎環(huán)節(jié)，正常電力運維的工作主要包括設備的日常巡視、設備的缺陷管理和檢修、設備臺賬的維護以及設備隱患管理[1]。運維工作需要處理的事務較多，繁瑣費時，為了提高工作效率，對電網(wǎng)設備臺賬輸入的方式進行創(chuàng)新使用，以往臺賬輸入多依賴于人工，電力設備臺賬輸入自動化的創(chuàng)新使用節(jié)省了大量人力。電力設備臺賬輸入的自動化主要通過電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能實現(xiàn)，通過標簽采集功能，自動獲取電網(wǎng)設備臺賬信息[2]。以往使用的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能多數(shù)受到使用平臺的限制，存在兼容性差的問題，因此，采用OCR 技術，設計基于OCR 技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能[3-5]。將該技術應用在電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能中，減少人力手動輸入的時間，大幅度提升工作效率，同時解決以往電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能存在的兼容性差的問題。

1 采集功能設計

1.1 電網(wǎng)設備臺賬標簽圖像處理

電網(wǎng)設備臺賬多數(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)設備制定合適大小的臺賬標簽，利用OCR 技術識別標簽，獲取其中的電網(wǎng)設備信息，通過采集功能采集到計算機中。

通常采用光學掃描儀使用OCR 技術識別圖像，分辨率是重要參數(shù)，描述了在空間上的精細程度[6]。獲得圖像后，對圖像進行預處理，圖像預處理的好壞將會直接影響OCR 技術的實際識別能力，預處理主要包括二值化、去噪、形變反變換等[7-8]。

經(jīng)過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

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

圖2 預處理后的目標圖像

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

1.2 提取電網(wǎng)設備臺賬標簽文本圖像特征

在完成圖像預處理操作后，得到二值圖像。使用OCR 技術識別圖像文本信息特征，OCR 識別文本信息關鍵在于字符分割和特征提取。利用光學儀器掃描目標圖像后[13]，借助圖像的水平投影實現(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

投影的計算公式如下：

找到最后一條黑色像素點個數(shù)為0 的白色文本行，將其標記為Line（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現(xiàn)，垂直投影的計算公式如式（5）所示。

掃描文本圖像像素矩陣，將最后一個不等于0的垂直線段記為C(i)，將第一個等于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。

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，容易造成字符的錯誤切割[14]。因此對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。對于等寬字符，采用固定寬度的滑動窗口進行字符隔離；對于非等寬字符，模糊處理寬度值大于平均值的字符，重新切分下一個切分點的英文字符。

對于中文字符，根據(jù)垂直投影將文本切割成單個字符，再根據(jù)字符寬度分類，得到正確的字符寬度后進行二次分割[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

通過上述過程將電網(wǎng)設備臺賬標簽文本圖像中的字符進行切分，達到提升文本圖像質(zhì)量的目的，進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，用于標識出唯一漢字。

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

計算每個像素點的方向線索特征，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，計算8 維矢量的和，最后得到一個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)設備臺賬標簽信息

設計電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能，將其與服務器直接進行數(shù)據(jù)交互，使用OCR 相機對標簽進行拍攝[16]，通過上述圖像預處理與特征提取過程，得到文本信息，將標簽信息整合并傳送至服務器中。

控制相機拍攝電網(wǎng)設備臺賬標簽，使用OCR 技術對相機拍攝到的圖像進行光學字符識別處理，將文本信息轉(zhuǎn)換為字符串，上傳至服務器并存儲在本地數(shù)據(jù)庫中。采集功能的實現(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)庫中。

使用常用的RS-232 標準串口進行通信，由于RS-232 標準采用-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，由此設計RS-232 通信接口電路，如圖6 所示。

圖6 RS-232通信接口電路

通過設計的通信接口電路，使得經(jīng)過OCR 技術處理并識別的電網(wǎng)設備臺賬標簽信息能夠傳輸至數(shù)據(jù)庫中，保證采集功能正常運行。至此，基于OCR技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能設計完成。

2 電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能仿真測試

2.1 測試準備

一般情況下，電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能依賴于計算機系統(tǒng)，針對以往的采集功能存在兼容性差的問題，電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能仿真測試基于Windows 系統(tǒng)實現(xiàn)，在計算機中使用數(shù)據(jù)模擬器生成隨機的數(shù)據(jù)流，使用基于不同技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能采集數(shù)據(jù)，通過采集完成后的反饋結(jié)果，分析基于不同技術的電網(wǎng)設備臺賬標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)流隨機生成命令執(zhí)行界面

隨機選取的數(shù)據(jù)流相關屬性如表1 所示。

表1 測試數(shù)據(jù)屬性

為了保證功能測試的公平性，使用表中隨機生成的數(shù)據(jù)，測試基于不同技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能。

2.2 兼容性測試結(jié)果及分析

使用基于RFID 技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集方法獲得測試結(jié)果1，使用基于機器學習的采集功能獲得測試結(jié)果2，使用基于OCR 技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽功能獲得測試結(jié)果3。具體的測試結(jié)果如圖8所示。

從圖8 顯示結(jié)果中可以看出，測試結(jié)果1 中的第3 組和第5 組出現(xiàn)請求未響應情況，第6 組和第9組測試出現(xiàn)請求超時的情況；測試結(jié)果2 中同樣第3組存在請求未響應的情況，第5 組和第10 組存在請求超時的情況；測試結(jié)果3 中測試結(jié)果正常，未出現(xiàn)異常情況。綜上所述，設計的基于OCR 技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能比其他兩種更加完善，沒有出現(xiàn)異常情況，兼容性更好。

圖8 基于不同技術的采集功能測試結(jié)果

3 結(jié)束語

電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能的出現(xiàn)對電網(wǎng)設備的管理與巡檢有重要意義，通過采集功能大大節(jié)省了電網(wǎng)設備巡檢和管理所需的人力物力，提高了工作效率。文章通過設計基于OCR 技術的電網(wǎng)設備臺賬標簽采集功能，解決了以往采集功能中存在的問題，通過應用OCR 技術使得電網(wǎng)設備調(diào)賬標簽采集功能兼容性更好。