基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法，包括：獲得電力設(shè)備的可見光圖像；對(duì)含有絕緣子的可見光影像，遍歷整個(gè)影像，利用邊緣和紋理信息檢測(cè)出種子區(qū)域，直至到?jīng)]有潛在的種子區(qū)域，其中利用Canny邊緣檢測(cè)算子和邊界連接算法提取邊界；獲得種子區(qū)域之后，進(jìn)行種子區(qū)域擴(kuò)張以獲得完整的絕緣子，種子區(qū)域擴(kuò)張方向包括4個(gè)方向：行方向上單環(huán)向上擴(kuò)張，行方向上單環(huán)向下擴(kuò)張，列方向的單像素向右擴(kuò)張，列方向的單像素向左擴(kuò)張，由三個(gè)因素，基于紋理的測(cè)量值，基于邊緣的量測(cè)值以及基于紋理的相似性因素，來確定是否允許往這個(gè)方向擴(kuò)張。種子區(qū)域不斷擴(kuò)張，最后得到完整絕緣子。
【專利說明】基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用于電力工業(yè)領(lǐng)域中的電力設(shè)備的檢測(cè)方法，具體是指基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣子是架空輸電線路的重要組成部分，其作用是支撐導(dǎo)線和防止電流回地。目前對(duì)絕緣子的在線檢測(cè)方法主要包括:①直接觀察法，即用雙筒望遠(yuǎn)鏡觀察絕緣子表面缺陷，有時(shí)還需登塔檢查。該方法維修量大，作業(yè)條件惡劣，并對(duì)作業(yè)安全造成了一定的隱患。②紫外成像法，由紫外成像儀帶電檢測(cè)復(fù)合絕緣子表面局部放電形成的碳化通道和蝕損，該方法缺點(diǎn)是需在正溫度及高濕度環(huán)境下操作，易受觀察角度影響。⑨紅外成像法，該方法可在線檢測(cè)局部放電、泄露電流流過絕緣物質(zhì)時(shí)的介電損耗或電阻損耗等引起的絕緣子局部溫度升高，其缺點(diǎn)在于儀器造價(jià)高且溫量易受環(huán)境影響。④超聲波法，即用超聲波檢測(cè)絕緣子機(jī)械缺陷。該方法因耦合、衰減及超聲換能器性能問題沒有進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]鑒于此，實(shí)現(xiàn)電力線路絕緣子檢測(cè)的自動(dòng)化及提高在線檢測(cè)的環(huán)境適應(yīng)能力成為了重要的研究課題。為了解決這個(gè)問題，近年來許多學(xué)者致力研究利用數(shù)字圖像處理技術(shù)從航拍圖像中提取絕緣子圖像。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)從航拍圖像中提取絕緣子圖像是架空輸電線路故障自動(dòng)檢測(cè)的基礎(chǔ)步驟。目前，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)主要從邊緣檢測(cè)方法，以及基于閾值分割與二次定位兩類方法從可見光影像中提取絕緣子圖像。相關(guān)文獻(xiàn)有:黃宵寧，張真良。直升機(jī)巡檢航拍圖像中絕緣子圖像的提取算法[J]。電網(wǎng)技術(shù)，2010,34(1):194-197.劉國(guó)海，朱珠。圖像處理技術(shù)在超高壓巡檢機(jī)器人視覺系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]。計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30 (I): 136-136。
[0004]基于閾值分割的方法從復(fù)雜背景中提取絕緣子。該方法的一般步驟是將得到的彩色圖像從RGB空間轉(zhuǎn)化到HSI空間；對(duì)轉(zhuǎn)化后的S分量，進(jìn)行閾值分割；然后對(duì)分割后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，消除噪聲的干擾；最后采用連通區(qū)域標(biāo)記的方法將絕緣子圖像從背景圖像分割出來。該算法優(yōu)點(diǎn)是能夠有效濾除復(fù)雜背景的干擾，得到準(zhǔn)確的絕緣子圖像。缺點(diǎn)閾值分割是基于目標(biāo)和背景的顏色有較明顯不同的情況，實(shí)際上，絕緣子經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后會(huì)褪色。此時(shí)再利用彩色圖像分割法進(jìn)行目標(biāo)提取，閾值選擇會(huì)比較困難，提取效果相應(yīng)變差。
[0005]參考文獻(xiàn):徐耀良，張少成，楊寧，等。航拍圖像中絕緣子的提取算法[J]。上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27 (5):515-518。葛玉敏，李寶樹，趙書濤等。絕緣子圖像中的特征目標(biāo)提取[J]。高壓電器，2009，45 (6): 56-60，68。
[0006]采用邊緣檢測(cè)方法提取絕緣子圖像，一般處理步驟是:首先對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，然后利用Hough變換等方法從影像中提取絕緣子的邊緣，并根據(jù)絕緣子串是垂直一排的特性來除去誤檢測(cè)的絕緣子圖像，將絕緣子識(shí)別并定位出來。該方法的缺點(diǎn)是由于輸電線路走廊背景的復(fù)雜性，一般的航拍圖像中都存在著大量干擾，影響影響噪音，使得邊緣檢測(cè)算法非常復(fù)雜，既影響絕緣子圖像的提取速度，也影響了圖像精度。
[0007]參考文獻(xiàn):Peungsungwal S, Pungsiri B, Chamnongthai K, et al。Autonomousrobot for a power transmission line inspection[C]//Circuits and Systems,2001。ISCAS 2001。The 2001 IEEE International Symposium on。IEEE, 2001,3:121_124。劉建友，李寶樹，仝衛(wèi)國(guó)。航拍絕緣子圖像的提取和識(shí)別[J]。傳感器世界，2009，12:004。
[0008]由于航拍背景復(fù)雜，如何在圖像中有效的提取出絕緣子圖像并識(shí)別出來成為研究的熱點(diǎn)?；跓o人機(jī)巡線實(shí)現(xiàn)電力線路絕緣子檢測(cè)的自動(dòng)化越來越重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法，該提取方法高效且自動(dòng)檢測(cè)出電氣設(shè)備中的絕緣子。
[0010]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法，該方法包括如下步驟:
[0011](I)采用可見光影像拍攝電力設(shè)備，獲得電力設(shè)備圖像，該電力設(shè)備圖像中包含至少一個(gè)能被識(shí)別的絕緣子圖像；
[0012](2)選取任意一個(gè)能被識(shí)別的絕緣子圖像，進(jìn)行如下步驟；
[0013](3)選擇一個(gè)方形區(qū)域作為種子區(qū)域，該種子區(qū)域的大小要小于絕緣子圖像；
[0014](4)最佳種子區(qū)域的獲取:在選取的絕緣子圖像中移動(dòng)種子區(qū)域進(jìn)行搜索，以匹配得到最佳種子區(qū)域，具體搜索過程為種子區(qū)域自絕緣子圖像的左上角，沿著行和列的方向，直到右下角進(jìn)行移動(dòng)，種子區(qū)域在移動(dòng)過程中與該種子區(qū)域相重合的絕緣子圖像的區(qū)域稱之為候選種子區(qū)域，通過計(jì)算種子區(qū)域移動(dòng)過程中的邊緣度量值E、紋理度量值T和灰度一致性度量值S三個(gè)度量值，來判斷該種子區(qū)域是否為最佳種子區(qū)域，其中，T表示種子區(qū)域中絕緣子環(huán)片之間的紋理相似性度量值，更高的T值表示更高的可能存在的絕緣子形狀；E描述候選種子區(qū)域內(nèi)絕緣子環(huán)片的邊緣度量值，較高的E值表示有絕緣子種子區(qū)域的概率更高；S為候選絕緣子種子區(qū)域內(nèi)的灰度值均勻分布度量值，較高的S值表明存在絕緣子種子區(qū)域的可能性更高；
[0015]其中，E值采用公式(4)進(jìn)行計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法，該方法包括如下步驟: (1)采用可見光影像拍攝電力設(shè)備，獲得電力設(shè)備圖像，該電力設(shè)備圖像中包含至少一個(gè)能被識(shí)別的絕緣子圖像； (2)選取任意一個(gè)能被識(shí)別的絕緣子圖像，進(jìn)行如下步驟； (3)選擇一個(gè)方形區(qū)域作為種子區(qū)域，該種子區(qū)域的大小要小于絕緣子圖像； (4)最佳種子區(qū)域的獲取:在選取的絕緣子圖像中移動(dòng)種子區(qū)域進(jìn)行搜索，以匹配得到最佳種子區(qū)域，具體搜索過程為種子區(qū)域自絕緣子圖像的左上角，沿著行和列的方向，直到右下角進(jìn)行移動(dòng)，種子區(qū)域在移動(dòng)過程中與該種子區(qū)域相重合的絕緣子圖像的區(qū)域稱之為候選種子區(qū)域，通過計(jì)算種子區(qū)域移動(dòng)過程中的邊緣度量值E、紋理度量值T和灰度一致性度量值S三個(gè)度量值，來判斷該種子區(qū)域是否為最佳種子區(qū)域，其中，T表示種子區(qū)域中絕緣子環(huán)片之間的紋理相似性度量值，更高的T值表示更高的可能存在的絕緣子形狀；E描述候選種子區(qū)域內(nèi)絕緣子環(huán)片的邊緣度量值，較高的E值表示有絕緣子種子區(qū)域的概率更高；S為候選絕緣子種子區(qū)域內(nèi)的灰度值均勻分布度量值，較高的S值表明存在絕緣子種子區(qū)域的可能性更高； 其中，E值采用公式(4 )進(jìn)行計(jì)算:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人機(jī)巡線可見光影像的電力設(shè)備中絕緣子的提取方法，其特征在于:所述步驟(3)中，選擇的種子區(qū)域的長(zhǎng)度為絕緣子圖像長(zhǎng)度的60% — 80%，種子區(qū)域的寬度為絕緣子圖像寬度 的60% — 80%。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK103488988SQ201310403870
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】王柯, 陳馳, 彭向陽(yáng), 張泊宇, 麥曉明, 楊必勝, 王銳 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 武漢大學(xué)