基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法，目的是解决现有方法效率低、准确性不高等问题。技术方案是先搭建由工业相机、数字图像处理器、客户端组成的检测平台，数字图像处理器内烧有图像边缘检测软件，客户端上安装有结果判定软件。3个工业相机提取高压电缆绝缘层表面图像信息，分别得到3幅图像，3个图像边缘检测软件分别并行对3幅图像进行去噪，并分别并行地对去噪后的图像中的凹凸区域进行边缘检测，判定去噪后的图像所对应的高压电缆绝缘层是否存在真实边缘，以判定所对应的高压电缆绝缘层表面平整性是否符合要求；结果判定软件再根据3个结果进行综合判定。采用本发明专利技术可以提高速度和判断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法
本专利技术涉及计算机在高压电缆交联聚乙烯绝缘层表面平整性的检测方法，尤其涉及一种基于边缘检测算法的绝缘层表面平整性检测方法。
技术介绍
在城市电力供应体系中，高压电缆作为电能传输的主要方式，对电能安全稳定传输起到至关重要的作用，由于高压电缆常用于地下电网或江河湖泊水下输电，经常受到地质环境或外力等因素影响，因此，对电缆的制作工艺要求较高。当前高压电缆主要以交联聚乙烯为主，交联聚乙烯绝缘电缆适用于工频交流电压500KV及以下的输配电线路，不仅电气性能优异、交联性较佳，而且运行稳定。高压电缆绝缘层不平整会造成电场不均匀从而引发安全事故，为提高电力工人在日常工作和电力抢修中电缆制作的合格率，确保电缆质量，采用数字图像技术对制作过程进行跟踪、采集和处理，并对电缆制作水平进行自动评分，严格把控电缆质量。当前通过数字图像评估电缆质量的方式并不常见，主要由于电缆中绝缘层表面的光滑度和坡度测量难度较大，不利于图像信息采集，从而影响到数字图像技术在电缆制作中的应用。目前高压电缆绝缘层表面平整性检验尚没有统一的检测工具，主要依赖人工触摸和人眼观察两种方式，因此造成检测效率低下，准确性不高，检测效果质量不够稳定。如何提高高压电缆交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测的效率和准确性是本领域技术人员极为关注的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法，解决现有方法效率低、准确性不高、检测效果质量不稳定等不足。本专利技术的技术方案包括以下步骤：第一步，搭建检测平台，方法为：1.1高压电缆每隔距离L部署三个工业相机，三个工业相机均匀部署在高压电缆同一截面位置的正上方、左下方和右下方，各工业相机间互成120°立体空间角度，对高压电缆绝缘层表面图像信息进行捕获，L一般为2米。所述工业相机选用CCD(ChargeCoupleDevice，电荷耦合元件)工业线阵相机，其中参数要求为：视频制式选用PAL制为768×576，像素深度为12Bit，选用逐行曝光的方式，曝光时间与行周期保持一致，相机像元尺寸选用5um。1.2每个工业相机分别与一个数字图像处理器相连。数字图像处理器是专用集成芯片或数字信号处理器或现场可编程门阵列(FPGA)，其内烧有图像边缘检测软件。1.3三个数字图像处理器均与客户端相连，客户端上安装有结果判定软件。第二步，工业相机提取高压电缆绝缘层表面图像信息，方法为：位于高压电缆同一截面位置的三个工业相机并行从各自角度同时对高压电缆进行拍照，分别得到图像G1、G2、G3，并将G1、G2、G3分别传送到各工业相机对应的数字图像处理器U1、U2、U3，G1、G2、G3的大小均为W×L，W表示G1、G2、G3每行像素点个数，L表示G1、G2、G3每列像素点个数，W和L均为正整数。第三步，U1、U2、U3的图像边缘检测软件并行分别检测G1、G2、G3的凹凸边缘，判定G1、G2、G3所对应的高压电缆绝缘层表面平整性是否符合要求，即U1的图像边缘检测软件检测G1的边缘，U2的图像边缘检测软件检测G2的边缘，U3的图像边缘检测软件检测G3的边缘，U1、U2、U3的图像边缘检测软件对G1、G2、G3的边缘检测方法完全相同。Uq(1≤q≤3)的图像边缘检测软件检测Gq凹凸边缘的方法为：3.1Uq的图像边缘检测软件采用小波变换对数字图像Gq进行去噪操作得到GqA，步骤如下：3.1.1对Gq进行小波分解，采用Matlab(美国MathWorks公司出品的商业数学软件)中toolbox\wavelet下图像多层分解函数[C,S]＝wavedec2(Gq,N,'haar')对图像Gq用小波基函数haar实现N层分解(1≤N≤5，且N为正整数)，得到行向量C和对应矩阵S，其中，C储存各层分解系数，系数均为矩阵形式，S储存各层分解系数长度，即系数矩阵的行数和列数，C的结构为C＝[A(N)|H(N)|V(N)|D(N)|…|H(n)|V(n)|D(n)|…|H(1)|V(1)|D(1)]，A(N)表示第N层低频系数，H(N)|V(N)|D(N)表示第N层高频系数，分别是水平高频系数、垂直高频系数、对角高频系数，H(n)|V(n)|D(n)表示第n层高频系数，1≤n≤N。S为(N+2)×2的矩阵形式，采用S(i,:)表示矩阵S的第i行(1≤i≤N+2)，矩阵S第一行即S(1,:)存储A(N)的长度，采用Matlab中toolbox\matlab\elmat下的矩阵行数、列数计算函数size(A(N))，求出系数A(N)的行数和列数，A(N)的行数存储在矩阵S的第一行第一列，A(N)的列数存储在矩阵S的第一行第二列，即S(1,:)＝size(A(N))，矩阵S的第一列用于存储系数的行数，S的第二列用于存储系数的列数；由于同一层的水平高频系数、垂直高频系数和对角高频系数大小相同，因此S中仅存储水平高频系数的长度，S的第二行存储H(N)的长度，……，第i行存储H(N-i+2)的长度，……，第N+1行存储H(1)的长度，即当2≤i≤N+1时，S(i,:)＝size(H(N-i+2))；S的最后一行存储Gq的大小，即S(N+2,:)＝size(Gq)。3.1.2对C中存储的N层分解系数进行处理，方法如下：3.1.2.1采用Matlab中toolbox\images下封装的最大类间方差法函数graythresh(Gq)求出Gq的固定阈值λ，即λ＝graythresh(Gq)；3.1.2.2设变量n＝1；3.1.2.3对C中存储的第n层高频系数H(n)|V(n)|D(n)中的水平高频系数H(n)采用公式(t是自变量)进行阈值化处理得到H′(n)，对垂直高频系数V(n)采用公式进行阈值化处理得到V′(n)，对对角高频系数D(n)采用公式进行阈值化处理得到D′(n)。3.1.2.4如果n＝N，执行3.1.2.5，否则执行3.1.2.6；3.1.2.5对C中存储的第N层低频系数A(N)采用进行阈值化处理得到A′(N)；3.1.2.6令n＝n+1；3.1.2.7如果n≤N，继续执行3.1.2.3；否则执行3.1.3。3.1.3经阈值化处理后的高频系数序列{H'(N)|V'(N)|D'(N)|…|H'(n)|V'(n)|D'(n)|…|H'(1)|V'(1)|D'(1)}和第N层低频系数A′(N)重新组成序列C′＝[A′(N)|H′(N)|V′(N)|D′(N)|…|H'(n)|V'(n)|D'(n)|…|H′(1)|V′(1)|D′(1)]，相应，N层阈值化处理后的分解系数长度存储在矩阵S′中，S′为(N+2)×2的矩阵，采用S′(i,:)表示矩阵S′的第i行，矩阵S′第一行存储A′(N)的长度，采用Matlab中函数size(A′(N))，求出系数A′(N)的行数和列数，A′(N)的行数存储在矩阵S′的第一行第一列，A′(N)的列数存储在矩阵S′的第一行第二列，即S′(1,:)＝size(A′(N))，矩阵S′的第一列用于存储阈值化处理后系数的行数，S′的第二列用于存储阈值化处理后系数的列数；第二行存储H′(N)的长度，……，第i行存储H′(N-i+2)的长度，……，至第N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建检测平台，方法为：1.1高压电缆每隔距离L部署三个工业相机，三个工业相机均匀部署在高压电缆同一截面位置的正上方、左下方和右下方，各工业相机间互成120°立体空间角度，对高压电缆绝缘层表面图像信息进行捕获；1.2每个工业相机分别与一个数字图像处理器相连，数字图像处理器是专用集成芯片或数字信号处理器或现场可编程门阵列FPGA，其内烧有图像边缘检测软件；1.3三个数字图像处理器均与客户端相连，客户端上安装有结果判定软件；第二步，工业相机提取高压电缆绝缘层表面图像信息，方法为：位于高压电缆同一截面位置的三个工业相机并行从各自角度同时对高压电缆进行拍照，分别得到图像G1、G2、G3，并将G1、G2、G3分别传送到各工业相机对应的数字图像处理器U1、U2、U3；G1、G2、G3的大小均为W×L，W表示G1、G2、G3每行像素点个数，L表示G1、G2、G3每列像素点个数，W和L均为正整数；第三步，U1、U2、U3的图像边缘检测软件并行分别检测G1、G2、G3的凹凸边缘，判定G1、G2、G3所对应的高压电缆绝缘层表面平整性是否符合要求，即U1的图像边缘检测软件检测G1的边缘，U2的图像边缘检测软件检测G2的边缘，U3的图像边缘检测软件检测G3的边缘，U1、U2、U3的图像边缘检测软件对G1、G2、G3的边缘检测方法完全相同；Uq的图像边缘检测软件检测Gq凹凸边缘的方法为，1≤q≤3：3.1Uq的图像边缘检测软件采用小波变换对数字图像Gq进行去噪操作得到GqA，GqA大小为W×L；3.2Uq的图像边缘检测软件计算GqA的图像阈值T；3.3Uq的图像边缘检测软件对GqA中的凹凸区域进行边缘检测，判定GqA所对应的高压电缆绝缘层是否存在真实边缘，若存在真实边缘，则GqA所对应的高压电缆绝缘层表面平整性不符合要求，若不存在真实边缘，则GqA所对应的高压电缆绝缘层表面平整性符合要求；具体检测方法为：3.3.1初始化：设置GqA中第a行第b列像素点Pa,b的访问标志Flag为false，Pa,b的访问标志Flag用Flaga,b表示，即令Flaga,b＝false，分别初始化第一像素点队列Q1和第二像素点队列Q2为空，为队列Q2设置连通标志Connected，并默认Connected＝false；3.3.2令行变量a＝1，列变量b＝1；3.3.2.1若1≤a＜L且1≤b＜W，执行3.3.2.1.1；若b＝W且a＜L，执行3.3.2.2；若a＝L且b＜W执行3.3.2.3；若a＝L且b＝W，说明整个GqA已检测完毕且不存在真实边缘，向客户端输出“GqA所对应的电缆符合要求”的结论，执行第四步；3.3.2.1.1计算像素点Pa,b的梯度值Ka,b，...

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘检测的交联聚乙烯绝缘层表面平整性检测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建检测平台，方法为：1.1高压电缆每隔距离L部署三个工业相机，三个工业相机均匀部署在高压电缆同一截面位置的正上方、左下方和右下方，各工业相机间互成120°立体空间角度，对高压电缆绝缘层表面图像信息进行捕获；1.2每个工业相机分别与一个数字图像处理器相连，数字图像处理器是专用集成芯片或数字信号处理器或现场可编程门阵列FPGA，其内烧有图像边缘检测软件；1.3三个数字图像处理器均与客户端相连，客户端上安装有结果判定软件；第二步，工业相机提取高压电缆绝缘层表面图像信息，方法为：位于高压电缆同一截面位置的三个工业相机并行从各自角度同时对高压电缆进行拍照，分别得到图像G1、G2、G3，并将G1、G2、G3分别传送到各工业相机对应的数字图像处理器U1、U2、U3；G1、G2、G3的大小均为W×L，W表示G1、G2、G3每行像素点个数，L表示G1、G2、G3每列像素点个数，W和L均为正整数；第三步，U1、U2、U3的图像边缘检测软件并行分别检测G1、G2、G3的凹凸边缘，判定G1、G2、G3所对应的高压电缆绝缘层表面平整性是否符合要求，即U1的图像边缘检测软件检测G1的边缘，U2的图像边缘检测软件检测G2的边缘，U3的图像边缘检测软件检测G3的边缘，U1、U2、U3的图像边缘检测软件对G1、G2、G3的边缘检测方法完全相同；Uq的图像边缘检测软件检测Gq凹凸边缘的方法为，1≤q≤3：3.1Uq的图像边缘检测软件采用小波变换对数字图像Gq进行去噪操作得到GqA，GqA大小为W×L；3.2Uq的图像边缘检测软件计算GqA的图像阈值T；3.3Uq的图像边缘检测软件对GqA中的凹凸区域进行边缘检测，判定GqA所对应的高压电缆绝缘层是否存在真实边缘，若存在真实边缘，则GqA所对应的高压电缆绝缘层表面平整性不符合要求，若不存在真实边缘，则GqA所对应的高压电缆绝缘层表面平整性符合要求；具体检测方法为：3.3.1初始化：设置GqA中第a行第b列像素点Pa,b的访问标志Flag为false，Pa,b的访问标志Flag用Flaga,b表示，即令Flaga,b＝false，分别初始化第一像素点队列Q1和第二像素点队列Q2为空，为队列Q2设置连通标志Connected，并默认Connected＝false；3.3.2令行变量a＝1，列变量b＝1；3.3.2.1若1≤a＜L且1≤b＜W，执行3.3.2.1.1；若b＝W且a＜L，执行3.3.2.2；若a＝L且b＜W执行3.3.2.3；若a＝L且b＝W，说明整个GqA已检测完毕且不存在真实边缘，向客户端输出“GqA所对应的电缆符合要求”的结论，执行第四步；3.3.2.1.1计算像素点Pa,b的梯度值Ka,b，Gx表示Pa,b经横向边缘检测的图像灰度值，Gy表示Pa,b经纵向边缘检测的图像灰度值；3.3.2.1.2若Pa,b的梯度值Ka,b大于等于T，则Pa,b为强边缘点，令Flaga,b＝false，且b＝b+1，转3.3.2.1；若Pa,b的梯度值Ka,b小于T，判定Pa,b为弱边缘点，若Flaga,b＝true，设置b＝b+1，转3.3.2.1，若Flaga,b＝false，执行3.3.2.1.3；3.3.2.1.3将Pa,b放入Q1，作为Q1中的元素Q1,a,b，将Pa,b放入Q2，作为Q2中的元素Q2,a,b；3.3.2.1.4若Q1为空且Q2的连通标志Connected＝false，依次取出Q2中像素点，清空队列Q2，令b＝b+1，执行3.3.2.1，如果Q2的连通标志Connected＝true，说明Q2中存储的像素点所构成曲线为真实边缘，即GqA存在真实边缘，说明GqA所对应的电缆不符合要求，依次取出Q2中的像素点，清空队列Q2，向客户端输出“GqA所对应的电缆不符合要求”的结论，执行第四步；若Q1不为空，则从Q1中取出像素点Q1,a,b，执行3.3.2.1.4.1；3.3.2.1.4.1若a＝1且b＝1，则搜索Q1,a,b在图像GqA中位置(a,b)的邻域像素点Pa,b+1、Pa+1,b+1和Pa+1,b，若邻域像素点存在弱边缘点，且该弱边缘点的Flag＝flase，则将该弱边缘点分别放入Q1和Q2并设置该像素点的Flag＝true，执行3.3.2.1.4，若3个邻域像素点均为弱边缘点且3个邻域像素点的Flag均为flase，则将3个邻域像素点分别放入Q1和Q2并设置3个邻域像素点的Flag＝true，执行3.3.2.1.4，若邻域像素点中所有弱边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中存在强边缘点，则设置队列Q2的Connected＝true，转3.3.2.1.4；若不满足a＝1且b＝1，则执行3.3.2.1.4.2；3.3.2.1.4.2若b＝1且1＜a＜L，搜索Q1,a,b在图像GqA中位置(a,b)的邻域像素点Pa-1,b、Pa-1,b+1、Pa,b+1、Pa+1,b+1、Pa+1,b，若邻域像素点存在弱边缘点，且该弱边缘点的Flag＝flase，则将该弱边缘点分别放入Q1和Q2并设置该弱边缘点的Flag＝true，执行3.3.2.1.4，若5个邻域像素点均为弱边缘点且5个邻域像素点的Flag均为Flag＝flase，则将5个邻域像素点分别放入Q1和Q2并设置5个邻域像素点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中所有弱边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中存在强边缘点，则设置队列Q2的Connected＝true，转3.3.2.1.4；若不满足b＝1且1＜a＜L，则执行3.3.2.1.4.3；3.3.2.1.4.3若a＝1且1＜b＜W，则搜索Q1,a,b在图像GqA中位置(a,b)的邻域像素点Pa,b-1、Pa+1,b-1、Pa+1,b、Pa+1,b+1、Pa,b+1，若邻域像素点存在弱边缘点，且该弱边缘点的Flag＝flase，则将该弱边缘点分别放入Q1和Q2并设置该边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若5个邻域像素点均为弱边缘点且5个邻域像素点的Flag均为Flag＝flase，则将5个邻域像素点分别放入Q1和Q2并设置5个邻域像素点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中所有弱边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中存在强边缘点，则设置队列Q2的Connected＝true，转3.3.2.1.4；若不满足a＝1且1＜b＜W，则执行3.3.2.1.4.4；3.3.2.1.4.4若1＜a＜L且1＜b＜W，则搜索Q1,a,b在图像G1A中位置(a,b)的邻域像素点Pa-1,b-1、Pa-1,b、Pa-1,b+1、Pa,b+1、Pa+1,b+1、Pa+1,b、Pa+1,b-1、Pa,b-1，若邻域像素点存在弱边缘点，且该弱边缘点的Flag＝flase，则将该弱边缘点分别放入Q1和Q2并设置该边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若8个邻域像素点均为弱边缘点且8个邻域像素点的Flag均为Flag＝flase，则将8个邻域像素点分别放入Q1和Q2并设置8个邻域像素点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中所有弱边缘点的Flag＝true，转3.3.2.1.4，若邻域像素点中存在强边缘点，则设置队列Q2的Connected＝true，转3.3.2.1.4；若不满足1＜a＜W且1＜b＜L，同样转3.3.2.1.4；3.3.2.2搜索Q1,a,b在图像GqA中位置(a,b)的邻域像素点Pa-1,b、Pa-1,b-1、Pa,b-1、Pa+1,b-1、Pa+1,b，若邻域像素点存在弱边缘点且该弱边缘点的Flag＝fl...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，林志波，劳卫伦，梁林森，索智鑫，陈凌剑，刘珍兰，
申请(专利权)人：广州供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44