基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法技术

本发明专利技术提供一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，包括以下步骤：获取包含高压线和绝缘子的航拍图像；对所述航拍图像进行预处理；利用模糊集理论提取灰度图F的模糊特征；利用模糊增强算子对隶属度μij进行修正；对所述模糊域进行反变换；采用正弦隶属度函数对新灰度图F'进行模糊增强，得到模糊增强后的灰度图。优点为：本发明专利技术提供的方法能够对航拍视频图像中在高压线上的绝缘子进行有效的图像增强，图像增强效果显著，有效去除图像中小范围灰度不连续的干扰区域，从而初步分割出绝缘子，从而为后续绝缘子的识别和缺陷诊断工作提供理论基础和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法
本专利技术属于高压输电线路巡检
，具体涉及一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法。
技术介绍
空中输电线路担负着电网输电的重任，是电力系统的重要组成部分之一。但高压输电线路及杆塔、绝缘子等附件通常都是长期暴露在外部环境之中，承受着狂风、污秽、覆冰、鸟群等侵害，所以，电力部门必须及时判定这些附件的状态，以减少大面积停电等事故的发生几率。绝缘子作为输电线路的重要附件，需要定期进行状态监测，一旦出现故障(例如裂痕或污秽)就需要电力部门及时维修和更换。绝缘子状态监测手段包括航拍图像；航拍图像通常包括很多附加信息，例如输电线路、塔干，因此，如何从复杂背景中准确有效地提取出绝缘子，从而为后续识别和缺陷诊断工作提供帮助是十分重要的。近年来，机器视觉与数字图像处理技术的快速发展以及数码相机质量有了很大的提高，利用直升飞机进行高压输电线的巡检和维护，利用携带的数码相机采集数据(即数字图像序列)进行自动诊断高压线及其上的关键部件的各种缺陷，是航拍输电线路巡检技术发展的必然趋势。就目前输电线路绝缘子的检测技术的发展而言，大部分检测技术往往没有处理好图像增强部分，很多检测算法甚至没有用到图像增强算法处理图像，或者直接使用传统的图像增强算法，而图像增强算法种类繁多，但能应用到输电线路绝缘子的增强算法较少。申请号为“201610230775.7”，名称为“一种基于小波变换的覆冰绝缘子图像增强方法”的专利公开一种基于小波变换的覆冰绝缘子图像增强方法”，此方法以输电线路视频流中截取的数字图像为研究对象，通过对预处理后的图像进行小波变换及小波逆变换，将逆变换后的图像作为背景图像，然后与灰度化后的图像进行除法运算，得到合成图像，然后通过观察合成图像的清晰度是否达到要求。该方法仅能通过尺寸检测出覆冰的绝缘子，并且图像的增强效果并不好。申请号为“201410764912.6”，名称为“一种基于NSCT的接触网图像增强方法”的专利公开了一种接触网图像增强方法，该系统：首先对接触网图像进行NSCT变换，得到NSCT变换的高频及低频子带系数；接着利用非线性增强函数对高频子带系数进行处理，再对处理后系数与原始分解所得低频子带系数相结合，进行NSCT逆变换，得到增强后的图像。此方法选用的图像背景非常简单，当图像背景复杂时不能有效增强图像。申请号为“201210520941.9”，名称为“基于图像处理的输电线路覆冰厚度测量算法”的专利公开了包含图像增强处理的输电线路和绝缘子覆冰厚度测量算法，该方法以安装在杆塔上的工业摄像机采集的图像为研究对象，对其进行图像灰度化、图像增强、图像分割等处理，该方法在图像增强时直接采用灰度直方图进行增强，计算统计图像中灰度均值和方差，然后给定一个固定阈值，然后进行图像增强。此图像增强方法在背景简单时对输电线路和绝缘子都进行了增强，并没有区分输电线路和绝缘子。综上所述，现有的各类包含绝缘子的图像处理方法，普遍具有图像增强效果理想的问题，从而不利于后续识别和缺陷诊断工作。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取包含高压线和绝缘子的航拍图像，所述航拍图像为RGB类型的彩色图像；步骤2，对所述航拍图像进行预处理，将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F；步骤3，利用模糊集理论提取灰度图F的模糊特征，采用公式1计算得到灰度图中每一个像素点(i,j)的灰阶相对于最大灰度值的隶属度μij，进而将灰度图F从图像空间域转换到模糊域：其中，Fd,Fe为变换系数，其范围为[0,1]，xmax为灰度图F的最大灰度值，xij为当前像素点(i,j)的灰度值；G(xij)表示灰度图F从图像空间域转换到模糊域；步骤4，利用模糊增强算子对隶属度μij进行修正，得到修正后隶属度因此，灰度图F的每一个像素点(i,j)均对应得到一个修正后隶属度所有修正后隶属度组成模糊特征平面，模糊特征平面即为模糊域；步骤5，对所述模糊域进行反变换，具体为：对模糊域中的每一个修正后隶属度采用公式3进行反变换，得到每一个像素点(i,j)对应的新灰度值从而将模糊域变换到图像空间域，得到新灰度图F'：其中：G-1为G的反变换；步骤6，引入灰度线性变换，选用像素的相对灰度等级作为模糊特征，采用正弦隶属度函数对新灰度图F'进行模糊增强，得到模糊增强后的灰度图。优选的，步骤2中，对所述航拍图像进行预处理，将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F，具体为：首先对所述航拍图像进行压缩处理，然后再将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F。优选的，步骤4中，利用模糊增强算子对隶属度μij进行修正，得到修正后隶属度具体为：采用公式2对隶属度μij进行修正：其中，r'表示隶属度修正时的迭代次数，取值为1或2；T(r′)(μij)代表以μij为输入参数进行r'次迭代。优选的，步骤6具体包括：步骤6.1，利用正弦隶属度函数将新灰度图F'由图像空间域映射到模糊域中，得到模糊特征平面其中：正弦隶属度函数为：其中：表示新灰度图F'由图像空间域映射到模糊域；M为条件参数，取值范围在0和新灰度图F'的最小灰度值之间，k为调节参数；为模糊特征平面中每个像素点(i,j)对应的正弦隶属度值；为新灰度图F'的最大灰度值；步骤6.2，采用公式5对模糊特征平面进行逆变换，将图像由模糊域映射回空间域中，得到每一个像素点(i,j)对应的逆变换后灰度值所有像素点对应的逆变换后灰度值为增强后图像F”；步骤6.3，对增强后图像F”进行灰度线性变换，从而对增强后图像F”进行灰度扩展，得到最终模糊增强后的灰度图。优选的，步骤6.1和步骤6.2的具体实现流程包括：步骤1)设置r的取值，初始值r＝1；其中，为新灰度图F'的最小灰度值；r为迭代次数参数；设置k的取值范围[kmin,kmax]和增量d，令k＝kmin；步骤2)利用公式(4)计算得到图像的模糊特征平面再利用公式(5)进行逆变换，得到第r次迭代对应的增强后图像步骤3)令k＝kmin+d，返回执行步骤2)，如此不断循环，直至k＝kmax时停止循环，如此分别得到kmin对应的增强后图像、kmin+d对应的增强后图像，...,kmax对应的增强后图像；对kmin对应的增强后图像、kmin+d对应的增强后图像，...,kmax对应的增强后图像取均值，即为增强后图像F”。优选的，步骤6.3中，采用公式6对增强后图像F”进行灰度线性变换，从而得到每一个像素点(i,j)对应的灰度扩展后灰度值其中：为增强后图像F”的灰度范围；为对增强后图像F”进行灰度线性变换后灰度扩展范围，为给定值；其中，本专利技术提供的基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法具有以下优点：本专利技术提供的方法能够对航拍视频图像中在高压线上的绝缘子进行有效的图像增强，图像增强效果显著，有效去除图像中小范围灰度不连续的干扰区域，从而初步分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取包含高压线和绝缘子的航拍图像，所述航拍图像为RGB类型的彩色图像；步骤2，对所述航拍图像进行预处理，将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F；步骤3，利用模糊集理论提取灰度图F的模糊特征，采用公式1计算得到灰度图中每一个像素点(i,j)的灰阶相对于最大灰度值的隶属度μij，进而将灰度图F从图像空间域转换到模糊域：

【技术特征摘要】
1.一种基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取包含高压线和绝缘子的航拍图像，所述航拍图像为RGB类型的彩色图像；步骤2，对所述航拍图像进行预处理，将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F；步骤3，利用模糊集理论提取灰度图F的模糊特征，采用公式1计算得到灰度图中每一个像素点(i,j)的灰阶相对于最大灰度值的隶属度μij，进而将灰度图F从图像空间域转换到模糊域：其中，Fd,Fe为变换系数，其范围为[0,1]，xmax为灰度图F的最大灰度值，xij为当前像素点(i,j)的灰度值；G(xij)表示灰度图F从图像空间域转换到模糊域；步骤4，利用模糊增强算子对隶属度μij进行修正，得到修正后隶属度u'ij，因此，灰度图F的每一个像素点(i,j)均对应得到一个修正后隶属度u'ij，所有修正后隶属度u'ij组成模糊特征平面，模糊特征平面即为模糊域；步骤5，对所述模糊域进行反变换，具体为：对模糊域中的每一个修正后隶属度u'ij采用公式3进行反变换，得到每一个像素点(i,j)对应的新灰度值xi'j，从而将模糊域变换到图像空间域，得到新灰度图F'：其中：G-1为G的反变换；步骤6，引入灰度线性变换，选用像素的相对灰度等级作为模糊特征，采用正弦隶属度函数对新灰度图F'进行模糊增强，得到模糊增强后的灰度图。2.根据权利要求1所述的基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，其特征在于，步骤2中，对所述航拍图像进行预处理，将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F，具体为：首先对所述航拍图像进行压缩处理，然后再将彩色图像的RGB空间转换为HSI空间，并选取HSI空间的S分量作为灰度图F。3.根据权利要求1所述的基于改进模糊集理论的高压输电线路绝缘子图像增强方法，其特征在于，步骤4中，利用模糊增强算子对隶属度μij进行修正，得到修正后隶属度u'ij，具体为：采用公式2对隶属度μij进行修正：其中，r'表示隶属度修正时的迭代次数，取值为1或2；T(r')(μij)代表以μij为输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯洪昌，付浩海，耿晓中，聂振海，赵慧玲，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22