專利名稱：基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法及裝置，屬于圖像處
理、視頻監(jiān)控領域
背景技術：
電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，安全、穩(wěn)定和充足的電力供應是保障國民 經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的前提，是社會、企業(yè)、百姓及媒體關注的焦點。在國家電網(wǎng)中，遠距離、大跨 度高壓輸電線路環(huán)境復雜、易受損害，因此檢測高壓輸電線，確保高壓輸電線運行安全、穩(wěn) 定顯得極為重要。 由于高壓輸電線路的復雜程度難以預測，而傳統(tǒng)的感應器對高壓輸電線的超高檢 測難以推廣應用。日本專利JP3089103(A)公開了一種基于圖像的高壓輸電線的超高檢測 的裝置，該裝置采用雙攝像機獲取場景圖像，并對獲取的圖像進行圖像處理以檢測高壓輸 電線。但該裝置成本較高且不易推廣。該日本專利JP3089103(A)在此引用作為參考。
綜上所述，目前迫切需要提出一種能簡單地、有效地檢測高壓輸電線超高的方法 及裝置，且該方法及裝置易于推廣。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測 的方法，所述方法包括步驟101使用相機獲取高壓輸電線的場景圖像并確定高壓輸電線 的超高線；和步驟102對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)所述超高線判斷是否存在 目標進入所述超高線的事件并輸出結果。 優(yōu)選地，所述步驟101包括步驟1011將相機固定在架設高壓輸電線的鐵塔上，并 根據(jù)高壓輸電線的禁入距離來確定所述相機的高度，所述禁入距離是指相機的高度與高壓 輸電線的最低弧垂點高度之間的距離；步驟1012確定所述相機的角度，使所述相機保持平 視；和步驟1013確定高壓輸電線的超高線，所述超高線是指所述相機獲取的場景圖像的水 平中線。 優(yōu)選地，所述相機為CCD相機或CMOS相機。 優(yōu)選地，所述步驟102包括 步驟1021檢測場景圖像中的運動目標； 步驟1022跟蹤場景圖像中的運動目標；禾口 步驟1023對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。 優(yōu)選地，所述步驟1021包括 步驟1021A根據(jù)場景圖像建立背景模型； 步驟1021B預處理圖像，消除場景圖像對背景模型的影響； 步驟1021C標記區(qū)域，根據(jù)背景模型對場景圖像進行前景分割，并標記出連通區(qū) 域；
步驟1021D維護狀態(tài)，判定運動目標檢測系統(tǒng)當前所處的狀態(tài)，做出相應處理，并 且在必要時做異常檢測； 步驟1021E增強區(qū)域，使用陰影檢測、高亮檢測和樹濾波，剔除陰影、高亮和樹葉 擺動的虛假區(qū)域；禾口 步驟1021F分裂與合并區(qū)域，使用背景模型提供的約束以及人和車模型的先驗知
識對區(qū)域進行合并和分裂處理，以解決目標過分割和目標相互遮擋問題。 優(yōu)選地，所述步驟1022包括步驟1022A預測目標，估計目標的下一幀運動；步驟
1022B匹配目標，跟蹤匹配的穩(wěn)定目標，并濾除虛假目標；和步驟1022C更新目標，更新當前
幀中穩(wěn)定目標的模板。 優(yōu)選地，步驟1023包括根據(jù)場景圖像中超高線的位置和跟蹤的運動目標的位置 來判斷所述運動目標是否進入超高線并輸出結果，其中場景圖像中超高線的方程為y = 0，運動目標所在區(qū)域的左上y坐標(即運動目標所在區(qū)域的左上角點的縱坐標)、右下y坐 標(即運動目標所在區(qū)域的右下角點的縱坐標)分別為leftup_y、 rightd0Wn_y。如果條 件leftup_y < 0 < rightdown—y，則認為場景圖像中存在運動目標進入超高線的事件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的高壓輸電線的超高 檢測的裝置，所述裝置包括相機l，用于獲取高壓輸電線的場景圖像并確定高壓輸電線的 超高線；和圖像分析單元2，用于對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)超高線判斷是否 存在目標進入超高線的事件并輸出結果。 優(yōu)選地，所述圖像分析單元2包括運動目標檢測模塊21，用于檢測場景圖像中的 運動目標；運動目標跟蹤模塊22，用于跟蹤場景圖像中的運動目標；和運動目標超高判斷 及輸出模塊23 ，用于對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。 本發(fā)明所提供的方法和裝置可以簡單地、有效地對是否存在目標進入超高線的事 件進行檢測并輸出結果，從而能確保高壓輸電線安全、穩(wěn)定地運行。并且，本發(fā)明的方法簡 單易行，裝置成本低，因此還具有易于推廣的優(yōu)點。


圖1示出了按照本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法的流程 圖； 圖2示出了按照本發(fā)明的方法的步驟101的流程圖； 圖3示出了按照本發(fā)明的一個實施方式的相機安裝的位置以及超高線的位置確 認； 圖4示出了按照本發(fā)明的方法的步驟102的流程圖； 圖5示出了按照本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的裝置的框架 圖； 圖6示出了按照本發(fā)明的裝置的圖像分析單元2的框架圖。
具體實施例方式
為使貴審查員能進一步了解本發(fā)明的結構、特征及其他目的，現(xiàn)結合所附較佳實 施例詳細說明如下，所說明的較佳實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，并非限定本發(fā)明。
如圖l所示，圖l示出了按照本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的 方法的流程圖。由圖l可以看出，本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法 包括 步驟101，使用相機獲取高壓輸電線的場景圖像并確定超高線； 步驟102，對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)所述超高線判斷是否存在目標
進入所述超高線的事件并輸出結果。 在步驟101中，為了確定高壓輸電線的場景圖像的超高線，本發(fā)明按照一定的步 驟安裝相機。如圖2所示，圖2示出了按照本發(fā)明的方法的步驟101的流程圖。由圖2可 以看出，所述步驟101包括步驟1011，確定相機的高度。具有不同標稱電壓的高壓輸電線 的禁入距離是不同的，因此需要根據(jù)高壓輸電線的標稱電壓來確定禁入距離，然后根據(jù)高 壓輸電線的禁入距離來確定相機的高度。例如，對于標稱電壓分別為110KV、220KV、330KV、 500KV的高壓輸電線，其相應地禁入距離分別為5m、6m、7m、9m，因此相機的高度應分別與高 壓輸電線的最低弧垂點高度相差5m、6m、7m、9m。作為一種優(yōu)選的實施方式，相機的高度與高 壓輸電線的最低弧垂點高度之間的距離等于禁入距離。同時，在本發(fā)明中，相機固定在架設 高壓輸電線的鐵塔上。 步驟1012，確定相機的角度，使相機保持平視。實施時，以所要保護的高壓輸電線
為垂直方向的對稱中心，以對面鐵塔(或者已知高度的參考物)為參考，使得相機獲取的場
景圖像的水平中線通過對面鐵塔等同高度的點，并保證水平中線與鐵塔橫梁方向水平。 圖3示出了按照本發(fā)明的一個實施方式的相機安裝的位置以及超高線的位置確
認，由圖3可以看出相機安裝在鐵塔上，并選擇對面鐵塔作為參考物，相機的高度應與高
壓輸電線的最低弧垂點高度相差5m，即該高壓輸電線的標稱電壓為IIOKV。 步驟1013，確定高壓輸電線的超高線，所述超高線是指所述相機獲取的場景圖像
的水平中線。該水平中線是將相機獲取的場景圖像的高度二等分的水平線。 在步驟102中，如圖4所示，圖4示出了按照本發(fā)明的方法的步驟102的流程圖。
由圖4可以看出，步驟102進一步包括 步驟1021，檢測場景圖像中的運動目標。該步驟可以通過現(xiàn)有的任意一種運 動目標檢測方法來實施。作為一種優(yōu)選地實施方式，本發(fā)明采用申請人先前的申請?zhí)枮?200910077433. 6的專利申請所提供的運動目標檢測方法及系統(tǒng)來實施該步驟1021。
其中專利申請200910077433. 6所提供的運動目標檢測方法包括以下步驟
步驟1021A根據(jù)場景圖像建立背景模型。 步驟1021B預處理圖像，消除場景圖像對背景模型的影響。所述預處理圖像包括 濾波處理和全局運動補償。其中，所述濾波處理包括對圖像進行噪聲過濾處理、圖像平滑 處理；所述全局運動補償，是補償由于相機輕微擺動而引起的圖像全局運動，在全局運動補 償中，運動模型包括平移、旋轉(zhuǎn)、變焦。 步驟1021C標記區(qū)域，根據(jù)背景模型對場景圖像進行前景分割，并標記出連通區(qū) 域。其中，所述標記區(qū)域包括如下步驟前景分割，基于背景模型對場景圖像進行分割，以得 到前景的二值圖像；形態(tài)學處理，使用數(shù)學形態(tài)學的方法處理所述的二值圖像，以去除面積 較小的虛假區(qū)域，并填充面積較大的區(qū)域；以及連通區(qū)域標記，用連通域的方法標記同一場 景中的不同區(qū)域，以區(qū)別不同的目標區(qū)域。
步驟1021D維護狀態(tài)，判定運動目標檢測系統(tǒng)當前所處的狀態(tài)，做出相應處理，并 且在必要時做異常檢測。其中，所述維護狀態(tài)包括狀態(tài)判定和異常檢測。所述狀態(tài)判定，是 判定運動目標檢測系統(tǒng)當前所處的狀態(tài)，做出相應處理，當場景穩(wěn)定時間超過閾值1，系統(tǒng) 由初始化狀態(tài)進入工作狀態(tài)；當場景改變時間超過閾值2，系統(tǒng)由工作狀態(tài)進入初始化狀 態(tài)。所述異常檢測，是在視頻信號干擾嚴重，以及有人為的遮擋相機的情況時執(zhí)行，根據(jù)兩 次背景的邊緣匹配值及背景初始化成功的最短時間判斷，若當前幀的背景與背景模型的邊 緣相匹配的數(shù)值小于閾值3或背景初始化成功的最短時間超過閾值4，則認為是異常現(xiàn)象。 其中，閾值1優(yōu)選為0. 5 2秒之間，閾值2優(yōu)選為5 20秒之間，閾值3優(yōu)選為30 50 之間，閾值4優(yōu)選為6 20秒之間。 步驟1021E增強區(qū)域，使用陰影檢測、高亮檢測和樹濾波，剔除陰影、高亮和樹葉 擺動的虛假區(qū)域。其中，陰影檢測是針對每個連通區(qū)域，分別計算該連通區(qū)域內(nèi)的像素值的 均值，并將該均值作為閾值，判定該區(qū)域的陰影區(qū)域，然后將陰影區(qū)域濾除，若像素值小于 所述閾值，則判定為陰影；高亮檢測是用于檢測圖像是否處于高亮狀態(tài)，若是，則進行亮度 補償，亮度補償使得圖像的像素值的均值為128 ;樹濾波，用于檢測圖像中的擺動樹葉和擺 動樹葉陰影，并將其從前景圖像中濾除。其中，檢測擺動樹葉是根據(jù)以下兩個特征之一判 定實現(xiàn)的(1)運動軌跡跟蹤，當運動軌跡點中目標對應區(qū)域?qū)儆谶\動區(qū)域面積的部分小 于運動區(qū)域面積的閾值5時，則認為該目標是擺動樹葉；(2)質(zhì)心運動的振幅，當相鄰軌跡 點中目標質(zhì)心的位移變化超過目標寬度的閾值6時，則認為該目標是擺動樹葉。檢測擺動 樹葉陰影的方法是分別統(tǒng)計膨脹操作前后該區(qū)域內(nèi)膨脹操作前后像素值為"l"的點的個 數(shù)，并計算它們的比值，若該比值小于閾值7，則認為該區(qū)域是擺動樹葉陰影的區(qū)域。其中， 閾值5優(yōu)選為5% 15%之間，閾值6優(yōu)選為1. 5 2. 5之間，閾值7優(yōu)選為40% 60% 之間。 步驟1021F分裂與合并區(qū)域，使用背景模型提供的約束以及人和車模型的先驗知 識對區(qū)域進行合并和分裂處理，以解決目標過分割和目標相互遮擋問題。所述分裂與合并 區(qū)域是基于所述增強區(qū)域的處理過程，判定相鄰兩區(qū)域是否是同一目標區(qū)域；若屬于同一 目標區(qū)域，則將這兩個區(qū)域合并；否則，將其分裂。其中，相鄰兩區(qū)域是指區(qū)域邊緣距離小于 閾值8的區(qū)域。閾值8優(yōu)選為3 7個像素之間。 步驟1022，跟蹤場景圖像中的運動目標。該步驟可以通過現(xiàn)有的任意一種運 動目標跟蹤方法來實施。作為一種優(yōu)選地實施方式，本發(fā)明采用申請人先前的申請?zhí)枮?200910077435. 5的專利申請所提供運動目標跟蹤方法及系統(tǒng)實施該步驟1022。其中專利 申請200910077435. 5所提供的運動目標跟蹤方法包括以下步驟 步驟1022A預測目標，估計目標的下一幀運動。所述預測目標是根據(jù)目標運動的 累加位移及其相應的累加時間，計算該目標運動的平均速度，并根據(jù)該速度預測目標的下 一次位移。其中，所述累加位移、累加時間及平均運動速度的關系為
v = s/t 其中，s為目標質(zhì)心穩(wěn)定運動多幀后的位移，t為目標運動多幀所需的時間，v為該 目標穩(wěn)定運動的平均速度。 根據(jù)所述平均速度v預測的下一次位移為
s' = v A t
其中，A t為預測的目標時間，s'為目標質(zhì)心穩(wěn)定運動A t時間后的位移。
步驟1022B匹配目標，跟蹤匹配的穩(wěn)定目標，并濾除虛假目標。所述匹配目標包括 跟蹤匹配的穩(wěn)定目標和濾除虛假目標。其中，所述跟蹤匹配的穩(wěn)定目標是判定檢測區(qū)域與 跟蹤目標是否匹配，所述匹配根據(jù)下述公式中檢測區(qū)域與目標的匹配系數(shù)D來判定
D = Da*ADa+Db*ADb+Dc*ADc 其中，Da為面積匹配系數(shù)，Db為直方圖匹配系數(shù)，Dc為距離匹配系數(shù)。ADa、ADb、ADc 分別為Da、 Db、 Dc對應的權值系數(shù)，當檢測區(qū)域與目標的匹配系數(shù)D大于閾值9時，則判定 該檢測區(qū)域與目標匹配。 濾除虛假目標是通過目標運動的軌跡分析，以濾除虛假的目標區(qū)域。其中，軌跡分 析是利用目標軌跡信息，統(tǒng)計面積變化的平滑性和質(zhì)心點變化的平穩(wěn)性。
面積匹配系數(shù)Da，是當檢測區(qū)域與目標相交的區(qū)域的面積大于目標的面積的閾值 lO時，則認為該檢測區(qū)域滿足面積的匹配，Da取l ;否則Da取0。直方圖匹配系數(shù)Db，是當 檢測區(qū)域與目標相交的區(qū)域的直方圖大于目標的直方圖的閾值ll時，則認為該檢測區(qū)域 滿足直方圖的匹配，Db取l ;否則Db取0。距離匹配系數(shù)Dc，根據(jù)檢測區(qū)域是運動的還是靜 止的兩種情況來考慮距離匹配系數(shù)Dc ;若當前幀圖像與前一幀圖像中檢測區(qū)域的差分圖 像中，前景點的個數(shù)大于背景點個數(shù)的閾值12時，則認為檢測區(qū)域是運動的，否則認為該 檢測區(qū)域是靜止的。當檢測區(qū)域是運動時，計算當前一幀圖像中檢測區(qū)域的中心與當前幀 圖像中檢測區(qū)域的中心的距離，若該距離小于目標所在矩形框的對角線長度的閾值13，則 認為滿足距離的匹配，Dc取l ;否則Dc取0。當檢測區(qū)域是靜止時，計算前一幀圖像中檢測 區(qū)域的中心與當前幀圖像中檢測區(qū)域的中心的距離，若該距離小于閾值14，則認為滿足距 離的匹配，Dc取1 ;否則Dc取0。 其中，閾值9優(yōu)選為0. 7 0. 8之間，閾值10優(yōu)選為40 % 60 %之間，閾值11優(yōu) 選為40% 60%之間，閾值12優(yōu)選為65% 75%之間，閾值13優(yōu)選為1. 5 2之間，閾 值14優(yōu)選為8 12個像素之間。 步驟1022C更新目標，更新當前幀中穩(wěn)定目標的模板。 專利申請200910077433. 6和200910077435. 5在此全文并入作為參考。 步驟1023，對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。該步驟根據(jù)場景圖像中超
高線的位置和跟蹤的運動目標的位置來判斷該目標是否進入超高線并輸出結果。其中，場
景圖像中超高線的方程為y = O，運動目標所在區(qū)域的左上y坐標(即運動目標所在區(qū)域
的左上角點的縱坐標)、右下y坐標(即運動目標所在區(qū)域的右下角點的縱坐標)分別為
leftup_y、rightdown_y。如果條件leftup_y < 0 < rightdown_y，則認為場景圖像中存在
運動目標進入超高線的事件。 如圖5所示，圖5示出了按照本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的 裝置的框架圖。由圖5可以看出，與基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法相對應， 本發(fā)明的基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的裝置包括相機l，用于獲取高壓輸電 線的場景圖像并確定高壓輸電線的超高線；和圖像分析單元2，用于對獲取的場景圖像進 行圖像分析，并根據(jù)超高線判斷是否存在目標進入超高線的事件并輸出結果。
其中，相機1可以是普通的相機，例如CCD相機、CMOS相機。安裝相機時需要將相 機以一定的高度和角度固定在鐵塔上。實施時，相機的高度與高壓輸電線的最低弧垂點高度相距的距離與高壓輸電線的禁入距離相同，相機保持平視。 如圖6所示，圖6示出了按照本發(fā)明的裝置的圖像分析單元2的框架圖。由圖6 可以看出，本發(fā)明的圖像分析單元2包括運動目標檢測模塊21，用于檢測場景圖像中的運 動目標；運動目標跟蹤模塊22，用于跟蹤場景圖像中的運動目標；和運動目標超高判斷及 輸出模塊23，用于對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。根據(jù)場景圖像中超高線的位 置和跟蹤的運動目標的位置，來判斷該運動目標是否進入超高線并輸出結果。
需要聲明的是，上述發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術方案的 實際應用，不應解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發(fā)明的精神和原理 內(nèi)，當可作各種修改、等同替換、或改進。本發(fā)明的保護范圍以所附權利要求書為準。
權利要求
基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法，其特征在于，所述方法包括步驟101使用相機獲取高壓輸電線的場景圖像并確定高壓輸電線的超高線；和步驟102對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)所述超高線判斷是否存在目標進入所述超高線的事件并輸出結果。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟101包括步驟1011將相機固定在架設高壓輸電線的鐵塔上，并根據(jù)高壓輸電線的禁入距離來 確定所述相機的高度，所述禁入距離是指相機的高度與高壓輸電線的最低弧垂點高度之間 的距離；步驟1012確定所述相機的角度，使所述相機保持平視；禾口步驟1013確定高壓輸電線的超高線，所述超高線是指所述相機獲取的場景圖像的水 平中線。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述相機為CCD相機或CMOS相機。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟102包括 步驟1021檢測場景圖像中的運動目標；步驟1022跟蹤場景圖像中的運動目標；禾口步驟1023對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟1021包括 步驟1021A根據(jù)場景圖像建立背景模型；步驟1021B預處理圖像，消除場景圖像對背景模型的影響；步驟1021C標記區(qū)域，根據(jù)背景模型對場景圖像進行前景分割，并標記出連通區(qū)域； 步驟1021D維護狀態(tài)，判定運動目標檢測系統(tǒng)當前所處的狀態(tài)，做出相應處理，并且在 必要時做異常檢測；步驟1021E增強區(qū)域，使用陰影檢測、高亮檢測和樹濾波，剔除陰影、高亮和樹葉擺動 的虛假區(qū)域；禾口步驟1021F分裂與合并區(qū)域，使用背景模型提供的約束以及人和車模型的先驗知識對 區(qū)域進行合并和分裂處理，以解決目標過分割和目標相互遮擋問題。
6. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟1022包括 步驟1022A預測目標，估計目標的下一幀運動；步驟1022B匹配目標，跟蹤匹配的穩(wěn)定目標，并濾除虛假目標；禾口 步驟1022C更新目標，更新當前幀中穩(wěn)定目標的模板。
7. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟1023包括根據(jù)場景圖像中超高線的 位置和跟蹤的運動目標的位置來判斷所述運動目標是否進入超高線并輸出結果，其中場景圖像中超高線的方程為y = O，運動目標所在區(qū)域的左上y坐標、右下y坐標分別 為leftup_y、rightdown_y ;如果條件leftup_y < 0 < rightdown_y，則認為場景圖像中存 在運動目標進入超高線的事件。
8. 基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的裝置，其特征在于，所述裝置包括 相機l，用于獲取高壓輸電線的場景圖像并確定高壓輸電線的超高線； 圖像分析單元2，用于對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)超高線判斷是否存在目標進入超高線的事件并輸出結果。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述圖像分析單元2包括運動目標檢測模塊21，用于檢測場景圖像中的運動目標； 運動目標跟蹤模塊22，用于跟蹤場景圖像中的運動目標；禾口運動目標超高判斷及輸出模塊23，用于對運動目標進行超高檢測并輸出檢測結果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的高壓輸電線的超高檢測的方法和裝置，該方法包括步驟101使用相機獲取高壓輸電線的場景圖像并確定高壓輸電線的超高線；和步驟102對獲取的場景圖像進行圖像分析，并根據(jù)所述超高線判斷是否存在目標進入所述超高線的事件并輸出結果。本發(fā)明所提供的方法和裝置可以簡單、有效地對是否存在目標進入超高線的事件進行檢測并輸出結果，能確保高壓輸電線安全、穩(wěn)定地運行。
文檔編號H04N5/14GK101739694SQ201010033949
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權日2010年1月7日
發(fā)明者王正 申請人:北京智安邦科技有限公司