电能计量中端液晶显示屏检测方法及装置研究

刘坚雄

[摘    要]液晶屏是现代生活中比较重要的一个科技成果，在人们的日常生活中基本上处处都能用到它，不论是手机、电脑、电视还是大的显示屏等，都是需要液晶屏，而液晶屏的检测问题也成了一直以来人们重点讨论的问题。文章针对电能中端液晶显示屏的检测，提出了一套较为有效的方法，在应用机器视觉和图像处理技术方面提出了一种自动检测的解决方案，用于显示屏自动化检测当中。

[关键词]液晶显示屏;自动检测;研究

[中图分类号]TP391.41 [文献标志码]A [文章编号]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

針对液晶屏的检测问题，本文基于应用机器视觉和图像处理技术提出了一套自动化检测的设计构想，本文根据此设想设计了一套液晶屏显示装置，实现了电能终端液晶显示装置最后显示的内容的自动采集和判断，经过多次的实验查证，该装置的错误率极低，效果较好，能达到检测要求，提高检测效率。

电能计量终端显示器在智能电网中起着非常重要的作用，它是智能电网的重要组成部分。电网运行中的信息要靠计量终端完成采集，所以它的作用不容小觑，随着计量自动化的成功建设，电能计量终端已经被大规模的采用，而液晶显示屏是这里面非常重要的部件，是不可或缺的，液晶显示屏是否完好关系到终端数据是否可以正常地显示数据并对其进行运维操作。

1 电能计量装置常见故障分析

1.1 技术方面原因

一般在应用计量工作前，应对设备进行相应的性能测试，配置达到要求后才能进行后续工作。如果整个工作室以双向流量负荷为主要环境，则需要选择双向计量设备进行安装。在技术应用过程中，工作人员必须严格遵守相关标准，稍有不慎都不能有效保证最终测量结果的准确性，并且会出现明显的误差。不仅如此，在测量工作的管理过程中，还要准确控制其安装位置。如果在设备安装的过程中忽略了电能谐波装置的存在，没有足够的空间用来放置该设备，也会导致最终的计量精度受到影响。

1.2 受装置故障影响

电能计量装置在投入使用前虽已通过相应的验收，但其性能并非一成不变。随着工作环境的变化，电能计量装置的使用寿命和性能会有一定程度的下降，这是不可避免的。此外，工作人员没有对其进行有效的维护和管理，导致设备运行过程中出现故障，对后续工作产生了较为不利的影响。例如，电能计量装置的常见故障大多集中在电能表或电路问题上。出现问题的根本原因是设备的零件性能下降，老化严重，工作人员在数据统计过程中会受到一定程度的影响。

1.3 受外界干扰影响

电能计量装置的本质是电子设备，在日常应用过程中，外界产生的电磁波或磁场会对其产生一定程度的影响，导致测量精度出现误差。由于电能计量装置本身所涉及的环境应用的高度复杂性，在管理过程中很容易受到外界因素的干扰和影响。在这种背景下，不仅会导致无法有效保证设备的运行质量，缩短设备的使用寿命，而且还会产生明显的功率损耗问题，从而导致最终的效果并不令人满意。

2 液晶显示屏常见的问题

2.1 显示屏变暗

液晶显示屏使用的时间久了后经常会出现显示屏变暗的问题，因为液晶显示屏是非常消耗照明灯泡的，而照明灯泡从液晶显示屏表面无法很好地被观察到，所以无法及时作出更换和维修，在长期使用液晶屏后不可避免地发现液晶屏会存在变暗甚至不能显示图像的状况，一般这种情况大多数是由灯泡老化所致。

2.2 液晶屏显示异常

在设备正常的情况下，设备的液晶屏是可以正常显示画面的，也可以随着设定的更改进行显示，根据设置和拍摄的改变显示器也可以做出相应的反应，例如通电后液晶显示器能正常显示出使用者所需的内容，但有些时候显示屏则会出现异常情况，如出现“显示异常”的警告或者出现不能完整显示画面等情况，大多数情况是由于电池电量不足或者接触不良导致的，也有可能因为其他原因导致该问题。

2.3 液晶屏出现黑斑

液晶屏出现黑斑也是较为常见的液晶显示器的问题，这种情况一般是由外力所致，如果外力按压则非常容易导致液晶屏出现黑斑，这是因为在外力的挤压下，液晶显示面板中的偏振片会变形，这个偏振片在凹进去以后并不会主动还原，这样就会造成液晶屏在光的反射下形成黑斑，在反光时存在差异。

2.4 显示内容不符合要求

在显示数据的时候，电能计量中端液晶显示屏会存在显示的数据内容格式不符合要求的情况，例如格式不对、行间距过大与要求不符合的情况，这种情况则需要借助相关的技术手段进行自主调试并改进，首先要对电能计量终端液晶显示屏进行准确的自主检测，并且具有针对性地进行改变和优化，让之后的内容输出更加准确无误。

3 改进设计研究

本文针对上述问题设计出了一套可以自主检验并调控的系统装置。

3.1 光源设计的改进

LED灯光一般情况下都可以长期使用并且在使用期间具有较高的稳定性，也正是因为这个特征使得它在机器光源的设计过程中也被很多设计师使用。电能终端液晶显示屏检测结构是在电能计量终端液晶屏的前方放置1个透明的塑料片，而在塑料片的正前方放置1台摄像机，在电能终端液晶屏内部嵌入1块用来更好成像的透明塑料片，就形成了这样一个视角非常好的观察窗用来观测被监察物体，而摄像拍摄的时候需要透过塑料片才能更好地观察液晶屏，更好地监测电能终端液晶屏的状况。在使用电能终端液晶屏的时候，会有以下几种常见的光源，例如同轴光源、环形光源等光源，接下来本文将对这几种典型光源的采集效果进行细致的分析。

（1）同轴光源。同轴光源是光源的照明光线与摄像机的镜头是在同轴，这种照明方式为检测提供了更加均匀的光源条件，常用于反射性较强的平面物体中，例如金属、玻璃等表面非常光滑的痕迹检测中。同轴光源在摄像机采集下的图像行像可以看到，由于在中端的观察窗上透明塑料片的反射发挥了作用，导致了采集图像的反光非常严重，呈现一片白色（图1所示），所以无法分辨液晶屏的显示内容。

（2）环形光源。环形光源的排列特點是多颗LED按圆周的排列顺序排列，这种有顺序的排列方式，可以让阳光照射的光线向内汇聚，本文涉及的这种光照方式，可以更加突出被观察物体表面的高度变化，以检测边缘是否存在有瑕疵的物体。

由于终端面板上的键盘与液晶显示屏距离相对较近，设计者为了避免互相高干扰，所以限制了环形光源的直径设计，在环形光源的摄像机采集的成像图中，由于透明塑料片与显示屏出现了双重反射的现象，出现了非常强烈的反射光线（图2所示），难以分辨液晶屏的显示内容。

（3）自制光源。本文设计了一种自制的光源，这种光源的LED在液晶屏的上下两端对称分布若干个，在两排LED阵列中由于LED的入射角相对较大，所以反射光线不会直接进入摄像机，因此不影响采集图像的质量和成像效果。图3为自制光源设计图。

3.2 图像预处理分析

摄像机在检测和采集图像的过程中，绝大多数情况下摄像机始终固定并且终端始终处于固定值，这也保证了在采集图像的过程中图像基本不会畸变，但是该方式仍然存在着一定的限制，其中受光照不均以及背景噪音的影响，图像也极易产生灰度不均的情况，需要进行滤波和二值化的处理来解决这个问题。

设计均值滤波的目的在于更好地减少噪声，所以在均值滤波中一般以领域平均值作为像素的灰度值。

在公式中所用的二值化处理是用灰度阈值T将图像划分为目标和背景两类。本文采用最大类间方差（OSTU）6-7进行二值化处理。

3.3 图像识别设计

在电能计量终端液晶屏的检测中，液晶屏的中行边界所对应的是Hy中的波谷位置，而Hx是对应字符列间中的波谷位置，基于这个公式算法可以将显示在液晶屏中的文字进行准确定位。更改后文字的处理效果非常明显，字符之间的行间间隔相比与之前更加明显，定位更加准确不再杂乱，一些字符间的间隙原有的不清晰和列间定位效果较差的状况得到了良好的改善。

在对电能计量终端液晶显示屏检测的过程中，为了更加准确地识别电脑网计量终端液晶屏中显示的内容，在测试之前我们首先需要先对电能计量终端显示屏中的图像中的液晶屏进行准确的定位处理。电能计算中端液晶屏中每个体现在屏幕上的汉字都是为16×16的点阵，因此本文利用字符的行间间隔造成的水平投影空隙，准确地确定了行边界;然后再利用字符列间间隔造成的垂直投影空隙，确定列的边界。最后根据行列边界准确定位液晶屏。

模板匹配是图像识别的基本方法之一，基于欧式距离计算待识别图像f和模板T匹配度的公式如下所示。

上式计算量大、速度慢，因此本文采用了更加适合的基于矢量的匹配算法，如下式。

在电能计量中端液晶显示屏的检测方式中，这个方法根据行定位结果，有效地将预处理后的液晶屏图像划分成为多张行图像，再将每张行图像与模板匹配运算，以此提高模板匹配的计算速度。这个检测方法同时还有利于更加准确定位液晶屏的问题区域，并且加以改善。

3.4 监测装置设计

常见的电能计量终端液晶显示屏检测装置由摄像机、光源、控制系统、支架、底座、操作面板等组成。

电能计量终端显示液晶屏中用来检测的摄像机通常采用的是工业摄像机，这种相机采集图像的方式是通过支架固定于被测试的终端正上方。在实验电能计量终端液晶显示屏检测时LED光源被安装于摄像机的两侧，采用这种排列的方式的目的是为采集图像提供均匀照明。而测试的控制系统位于底座之内，负责控制图像采集过程与图像分析处理工作。操作面板为运维人员提供交互界面。

在测试中，首先将被用于电能计量终端液晶显示屏测试的终端放入检测装置中，通过顶针压接机构为终端供电。然后再控制系统通过指令要求被测试的终端显示指定页面，随后使用摄像机对图像进行采集，控制系统根据上文介绍的方法分析图像内容，判断液晶屏显示内容是否与模板一致。若被测试的终端具备多个显示页面，则控制系统命令终端依次翻屏，再逐一比对采集的图像，最后压接机构退出，终端断电检测结束。

4 结论

目前终端液晶显示屏检测方法面临以下的挑战：第一大挑战是对于光源的选择和设计问题。对液晶显示屏的检测是通过图像分析方法实现的，由于塑料面板的反射作用，不同的光源设计将影响图像质量及图像处理结果。第二大挑战是液晶屏图像预处理技术还不成熟，在采集图像信息的时候非常容易受到噪声的干扰，所以下一步仍然需要对图像进行二值化、文字定位等处理。第三大挑战是显示内容自动识别技术存在的问题。在检测的时候为了更加准确地判断液晶屏显示内容、格式是否符合技术标准要求，需要自动识别液晶屏图像中的文字信息。

本文提出的检测方法在光源设计、图像预处理和自动识别等方面做了较为明显的改进，在对实验结论的研究中可以明显地看到这种新的检测方式有效提高了液晶屏的检测准确性。为了进一步提高检测效率，今后可研究多台终端同步检测技术，研制更适合于省级电网公司电能计量终端集中检定的检测装置。

参考文献

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