一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法具体如下：步骤1：根据绝缘子串的位置调整摄像机的安装位置和拍摄角度；对采集到的现场绝缘子图像进行直方图均衡化、分割、滤波、连通域标记处理，最终得到绝缘子凸缘区域；步骤2：通过分析绝缘子完好凸缘和缺损凸缘在图像中的特征，提取凸缘区域的周长C、面积A、相对圆心距离d、圆形度e四个形状特征作为凸缘缺陷检测的特征参数，进一步确定绝缘子是否存在破损；步骤3：构建绝缘子凸缘破坏检测模型，将步骤2中得到的四个特征参数作为输入，凸缘完好/存在缺陷作为输出，训练并测试模型，最终实现绝缘子凸缘破坏的检测与识别。本方法能够实现绝缘子凸缘破坏的非接触、在线监测。

A method for insulator flange shape recognition and failure detection

The invention discloses an insulator flange shape parameter identification and damage detection method as follows: step 1: adjust the installation position and shooting angle of the camera according to the position of the insulator string; carry out histogram equalization, segmentation, filtering, connected area marking processing on the collected field insulator image, and finally get absolute. Step 2: By analyzing the characteristics of perfect flange and defective flange in the image, four shape features of flange region, i.e. circumference C, area A, relative center distance D and roundness e, are extracted as the feature parameters of flange defect detection to further determine whether the insulator is damaged or not. Insulator flange damage detection model, which takes the four characteristic parameters obtained in step 2 as input and flange intact/defective as output, trains and tests the model, and finally realizes the detection and identification of insulator flange damage. This method can realize non-contact and on-line monitoring of insulator flange failure.

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法
本专利技术属于输电线路图像处理
，具体涉及一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法。
技术介绍
随着经济的迅猛发展，电力需求也逐渐增大，高压和超高压架空电力线成为长距离输配电的主要方式，其安全稳定运行是我国经济建设的重要保障。绝缘子在高压输电线路中占有重要的地位：一是为传输电流的导线提供机械支撑，二是防止电流对地形成通道接地，其工作状态直接关系到整个电力系统的正常运行。绝缘子在运行过程中不仅承受着工作电压和各种过电压的作用，还承受着绝缘子自重、导线重量、风力、机械力以及气候变化和化学物质的腐蚀，工作条件恶劣，极易发生龟裂、裙边缺损、凸缘缺损、球头锈蚀等各种故障。局部的凸缘缺损虽然不一定会引起事故，但由于会扩展成龟裂，所以应及时发现更换为好。但目前的凸缘破坏主要依靠人工检测，存在安全性差、耗时耗力等问题，因此亟需提出一种智能化的绝缘子凸缘缺陷检测技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，能够建立绝缘子凸缘破坏检测模型，并将通过图像处理技术提取得到的绝缘子凸缘的周长、面积、相对圆心距离、圆形度等特征参数作为输入，最终输出绝缘子凸缘的完损情况，实现凸缘破坏的非接触、在线监测。本专利技术所采用的技术方案是，一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：根据绝缘子串的位置调整摄像机的安装位置和拍摄角度；对采集到的现场绝缘子图像进行直方图均衡化、分割、滤波、连通域标记处理，最终得到绝缘子凸缘区域；步骤2：通过分析绝缘子完好凸缘和缺损凸缘在图像中的特征，提取凸缘区域的周长C、面积A、相对圆心距离d、圆形度e四个形状特征作为凸缘缺陷检测的特征参数，进一步确定绝缘子是否存在破损；步骤3：构建绝缘子凸缘破坏检测模型，将步骤2中得到的四个特征参数作为输入，凸缘完好/存在缺陷作为输出，训练并测试模型，最终实现绝缘子凸缘破坏的检测与识别。本专利技术的特点还在于，步骤1按照以下步骤实施：步骤1.1：限制对比度自适应直方图均衡化算法增强图像；步骤1.2：最大类间方差法提取绝缘子区域；步骤1.3：采用形态学、高斯滤波去除噪声并通过连通域标记法筛选出绝缘子的凸缘区域。步骤1.1按照以下步骤实施：步骤1.1.1，将绝缘子图像划分为若干子块，计算每个子块的直方图并用预先定义的阈值裁剪直方图；假设直方图中灰度级个数为F，裁剪值为limit，求直方图中高于该值的部分excess并假设将其均分给所有灰度级，求出直方图整体上升的高度excess/F；以upper＝limit-excess/F为界限，若幅值高于limit直接置为limit，幅值处于upper和limit之间将其填补至limit，幅值低于upper直接补excess/F个像素点；步骤1.1.2，假定子块大小为N×N，第j个子块的局部累积分布函数为CDF(j)，CDF(j)的导数为局部直方图，则局部映射函数为：利用插值运算，即每个像素点处的值由它周围四个子块的映射函数值进行双线性插值得到，边界点除外。步骤2中，所述周长C、面积A、相对圆心距离d、圆形度e的具体计算方法如下：(1)周长C：连通区域边界上所有像素点的像素之和即为周长；(2)面积A：矩不变量是指当图像中目标物体的位置发生了平移、旋转或比例变换后，仍然保持不变的特征量。连通域中像素(x,y)的p+q阶矩表示为：零阶矩表示连通域中像素的总和，即连通域的面积A；(3)相对圆心距离d：根据公式(2-1)可得一阶矩和分别除以零阶矩M00后所得的和即为连通域的质心坐标，采用Hough椭圆变换可以得到凸缘区域的圆心位置(a,b)，则相对圆心距离d可表示为：(4)圆形度e：指基于区域面积和周长而计算得到的有关区域形状的特征量，用来描述目标区域与圆形的接近程度；基于(1)和(2)中计算得到的周长C和面积A，可得到圆形度e的计算公式：e的取值范围在0-1之间，圆形的圆形度为1，其余形状的圆形度都小于1，连通域形状越接近圆e值就越大。步骤3中，构建的绝缘子凸缘破坏检测模型为卷积神经网络，其输入层包含4个神经元，输入分别为周长、面积、相对圆心距离和圆形度，输出为0或1，凸缘完好输出0，存在缺陷输出1。本专利技术的有益效果是：通过图像增强、分割等步骤提取绝缘子凸缘区域的周长、面积、相对圆心距离、圆形度等形状特征，建立绝缘子凸缘破坏检测模型并将这些特征参数作为输入，最终输出绝缘子凸缘的完损情况，实现凸缘破坏的非接触、在线监测。附图说明图1是本专利技术一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法的流程图；图2是本专利技术直方图均衡化分块示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：步骤1：绝缘子凸缘分布在绝缘子的下表面，因此需要根据绝缘子串的位置调整摄像机的安装位置和拍摄角度。对采集到的现场绝缘子图像进行直方图均衡化、分割、滤波、连通域标记等处理，最终得到绝缘子凸缘区域。步骤1.1：本专利技术采用限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE，ContrastLimitedAdaptiveHistogramEqualization)算法增强图像中目标像素与背景像素的对比度，具体步骤为：步骤1.1.1，将绝缘子图像划分为若干子块，计算每个子块的直方图并用预先定义的阈值裁剪直方图。假设直方图中灰度级个数为F，裁剪值为limit，求直方图中高于该值的部分excess并假设将其均分给所有灰度级，求出直方图整体上升的高度excess/F。以upper＝limit-excess/F为界限，若幅值高于limit直接置为limit，幅值处于upper和limit之间将其填补至limit，幅值低于upper直接补excess/F个像素点；步骤1.1.2，假定子块大小为N×N，第j个子块的局部累积分布函数为CDF(j)(CDF(j)的导数为局部直方图)，则局部映射函数为：若每个子块中的像素点仅通过该块的局部映射函数进行变换，则会导致块状效应，因此我们利用插值运算，即每个像素点处的值由它周围四个子块的映射函数值进行双线性插值得到(边界点除外)。图2以4×4子块为例，图像左上角、左下角、右上角和右下角的四个子块中心像素点围成一个虚线四边形，边界像素点是指落在四边形之外的像素点。对虚线四边形内的像素点以它周围四个子块做映射变换并双线性插值，对于虚线四边形外的像素点，阴影像素点直接以一个子块做映射变换，其余像素点以两个子块做映射变换并线性插值，分别计算得到图像中每个子块的映射函数。步骤1.2：图像区域可以大致分为绝缘子区域和非绝缘子区域(背景区域)，本专利技术采用最大类间方差分割法分割图像。假设图像中有L个灰度级，通过一个灰度级门限s将像素点分为C0和C1两类，C0表示灰度级为1到s的像素点，C1表示灰度级为s到L的像素点，两类出现的概率分别为：式中Pi表示灰度级为i的像素点出现的概率。两类的平均灰度级为：其中是整幅图像的平均灰度级，则类间方差为：最佳门限s*：将图像中所有灰度值与s*进行比较，将小于s*的像素置为0(黑色)，剩余像素置为255(白色)即可得到绝缘子的二值图像。步骤1.3：采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：根据绝缘子串的位置调整摄像机的安装位置和拍摄角度；对采集到的现场绝缘子图像进行直方图均衡化、分割、滤波、连通域标记处理，最终得到绝缘子凸缘区域；步骤2：通过分析绝缘子完好凸缘和缺损凸缘在图像中的特征，提取凸缘区域的周长C、面积A、相对圆心距离d、圆形度e四个形状特征作为凸缘缺陷检测的特征参数，进一步确定绝缘子是否存在破损；步骤3：构建绝缘子凸缘破坏检测模型，将步骤2中得到的四个特征参数作为输入，凸缘完好/存在缺陷作为输出，训练并测试模型，最终实现绝缘子凸缘破坏的检测与识别。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：根据绝缘子串的位置调整摄像机的安装位置和拍摄角度；对采集到的现场绝缘子图像进行直方图均衡化、分割、滤波、连通域标记处理，最终得到绝缘子凸缘区域；步骤2：通过分析绝缘子完好凸缘和缺损凸缘在图像中的特征，提取凸缘区域的周长C、面积A、相对圆心距离d、圆形度e四个形状特征作为凸缘缺陷检测的特征参数，进一步确定绝缘子是否存在破损；步骤3：构建绝缘子凸缘破坏检测模型，将步骤2中得到的四个特征参数作为输入，凸缘完好/存在缺陷作为输出，训练并测试模型，最终实现绝缘子凸缘破坏的检测与识别。2.根据权利要求1所述的一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，其特征在于，所述步骤1按照以下步骤实施：步骤1.1：限制对比度自适应直方图均衡化算法增强图像；步骤1.2：最大类间方差法提取绝缘子区域；步骤1.3：采用形态学、高斯滤波去除噪声并通过连通域标记法筛选出绝缘子的凸缘区域。3.根据权利要求2所述的一种绝缘子凸缘形状参数识别与破坏检测方法，其特征在于，步骤1.1按照以下步骤实施：步骤1.1.1，将绝缘子图像划分为若干子块，计算每个子块的直方图并用预先定义的阈值裁剪直方图；假设直方图中灰度级个数为F，裁剪值为limit，求直方图中高于该值的部分excess并假设将其均分给所有灰度级，求出直方图整体上升的高度excess/F；以upper＝limit-excess/F为界限，若幅值高于limit直接置为limit，幅值处于upper和limit之间将其填补至limit，幅值低于upper...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，杨璐雅，张烨，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61