中国南方电网深圳供电局有限公司福田供电局、西安双英科技股份有限公司的研究人员李腾腾、蔡梦杰 等，在2021年第6期《电气技术》上撰文，基于智能手机视频处理技术的智能电表故障检测装置利用智能手机摄像头采集脉冲输出，实现智能电表电能误差校验和故障检测。该检测装置不必打开计量表计的接线端子盖，只需调用系统相机录像，录制的同时利用智能手机蓝牙读取校验仪测量的电压、电流、相位，然后将视频切片为图像进行处理，获得智能电表有功脉冲输出时刻；同时使用智能手机蓝牙读取的测量值进行电能累计，与智能电表进行比对，完成误差计算。

智能电表是电力系统运营中的关键计量环节，作为强检计量器，其数量随着科技的发展而激增。在用户供电要求提升的情况下，依靠传统的带回实验室进行校验的方式对电能表进行检测已不切实际，因此电能表现场校验仪的作用变得尤为重要。

现阶段现场校验仪可以实现测量电压、电流、相位、频率等参数，同时可利用光电头和脉冲线输入连接到电能表，例如较早的手持式现场校验仪，采用捕获脉冲计数的方法实现对电能表的准确校验。但是连接脉冲线需要打开端子盖，光电头吸附时比较繁琐，尚无一种高效、快捷、智能的现场校验设备。

随着智能手机技术的发展，各种手机应用软件层出不穷，智能手机不再仅仅是通信工具，同时由于其具有网络接入、获取定位、拍照等多种功能，其应用场景越来越广。因此，手机平台在专业测量现场工作中有非常广阔的应用。然而仅凭智能手机的软件功能，无法实现现场测量；将软件与带有接口的测量模块硬件相结合，才能赋予设备更实际和广泛的应用。

本文提出一种将专业测量技术与智能手机（personal digital assistant, PDA）相结合，利用PDA视频处理图像识别技术进行智能电能表故障检测的装置，以便提高工作效率。

1 智能电表测量终端设计

智能电表测量终端电路主要由两路输入信号、取样放大电路、基准电路、AC-DC电源隔离模块、转3.3V电路、光电脉冲输入电路、指示灯电路、通用串行总线（universal series bus, USB）通信电路、蓝牙通信模块和微控制单元（micro-controller unit, MCU）十大模块构成，其模块框图如图1所示。

图1 智能电表测量终端模块框图

两路电压、电流信号通过输入信号端口接入各自的取样放大电路，取样放大电路对信号进行滤波、整形、放大等处理后送入MCU中，MCU对处理后的信号进行AD模数转换，然后经过快速傅里叶变换（fast Fourier transformation, FFT）运算得到被测信号的幅值和相位等信息；为保证测量的精度，测量终端使用了外部基准电压作为测量的参考电压。

光电脉冲输入电路利用脉冲输入线采样脉冲信号进行电能误差校验；利用AC-DC电源隔离模块从被测电压信号处取电，然后经过3.3V电路生成测量终端各个模块需要的稳定3.3V工作电压；供电后，指示灯点亮，表示测量终端通电，与智能手机端连接并开始测量数据时，工作灯不断闪烁，表示测量终端工作正常。

蓝牙通信模块和USB通信电路与测量终端MCU连接，用于测量终端同智能手机的通信，将测量结果发送到智能手机，测量终端既可通过蓝牙通信模块与智能手机实现无线通信，也可通过USB数据连接线与智能手机实现有线通信，并可查看更多信息。

2 PDA视频处理

2.1 图像预处理

在进行PDA视频处理时，图像质量的好坏直接影响识别算法的效果。图像信息存储和传输过程中会被各种各样的噪声干扰，为了从含噪图像中提取更多的有用信息，满足后续处理的需要，图像预处理是必要的。一般图像预处理流程如图2所示。

图2 一般图像预处理流程

通过摄像头获取到的图像为彩色图像。每个图像的像素对应于二维空间中一个特定的位置，并且有一个或者多个与该点相关的采样值组成数值；为使后续图像的计算量减少，需对图像进行灰度化处理。

在RGB模型中，彩色图像中的每个像素的颜色由R、G、B三个分量决定。如果R=G=B，则彩色表示一种灰度颜色，其中R=G=B的值叫灰度值，因此灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值，灰度范围为0～255。

本文首先使用平均值法对图像进行灰度化处理，实现的表达式为