一种用于无人机巡检的输电线路间隔棒识别方法技术

本发明专利技术公开了一种用于无人机巡检的输电线路间隔棒识别方法，采用一种数字图像处理算法实现对输电线路间隔棒的自动识别和定位，该方法利用间隔棒与导线关系和形状实现对其定位。该算法能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义；适合户外应用，对复杂背景下的图像处理效果好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，采用一种数字图像处理算法实现对输电线路间隔棒的自动识别和定位，该方法利用间隔棒与导线关系和形状实现对其定位。该算法能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义；适合户外应用，对复杂背景下的图像处理效果好。【专利说明】—种用于无人机巡检的输电线路间隔棒识别方法
本专利技术涉及数字图像处理及模式识别技术在输电线路设备监测
，尤其涉及。
技术介绍
输电线路由于长期暴露在野外的环境下运行，容易受到风力，自然灾害等的影响进而会出现各种缺陷，如果不及时发现并进行修复处理，会导致输电线路的破损，造成大面积的停电，造成的经济损失不可估量。间隔棒是为了减少风的影响，保护线路的金具，具有延长导线使用寿命的作用。 利用视频图像处理技术定位输电线路间隔棒的方法(申请号:201310048522.4)提出了一种利用视频图像处理技术的输电线路间隔棒识别和定位方法。该方法通过对原始图像规格化、方向场求取、模板匹配等方法对图像进行目标区域定位和间隔棒的定位。这种方法对于复杂背景下的图像处理效果不好，不能适应户外不同光照及季节下的应用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了，本方法基于无人机巡检获得输电线路设备图像，采用一种数字图像处理算法实现对输电线路间隔棒的自动识别和定位，该方法通过间隔棒与导线关系、间隔棒形状实现对其定位。该算法能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: ，包括以下步骤: (I)采集巡检图像，对原始图像进行去噪，获取要识别形状的二值图，去除背景干扰； (2)对边缘像素点均匀采样，随机抽样轮廓点，检查全部点对的距离，每次去除距离最小的点对中的一个点，直至剩下的点的数量达到要取样的点的数量； (3)计算像素点形状上下文直方图，根据均匀采样到的点的位置以及每个点的形状上下文直方图构造样本图像； (4)根据样本图像，计算任意点对的匹配代价，根据欧式匹配找到最佳的点对匹配，完成形状匹配过程。 所述步骤(I)的具体方法为:首先获取要识别形状的二值图，考虑到输电线路地处野外，采集的图像中获取图像边缘的二值图，受背景及光线影响较大，采用中值滤波降低噪声干扰，接着采用带方向的prewitt边缘提取、大津法二值化获取图像的二值图像，最后使用bolb边缘像素分析方法将对象属性的像素集中的像素进行聚合，去除背景细节的干扰。 所述步骤(2)中，需要进行均匀采样点的选取，采集点数量的确定，采样点应均匀且能反应物体的轮廓，选点的原则是点保证均匀，选取的点与轮廓点数相配合。 所述步骤⑵中，随机抽样轮廓点，检查全部点对的距离，每次去除距离最小的点对中的一个点，直至剩下的点的数量达到要取样的点的数量N，如果点的总量M远大于N，则随机取3N个点，对这3N个点进行操作即可。 所述步骤(2)中，当M〈3N时，在具体抽样之前，也需要将样本随机打乱，防止出现错误。 所述步骤(3)中，形状上下文直方图定义为:对于给定的方向参数和距离参数，其中，方向参数表示将圆周分成的份数，距离参数表示将向量长度分成的份数，计算各个方向和距离上的向量个数。在边界点集P= (P1, p2,..., pj中，对于任意一个离散点Pi与剩下的η-1个离散点所构成的形状直方图，其计算方法如下: hi (k) =#{q 古 Pi, (q-pj) e bin(k)} 其中(q-p^ e bin (k)表不相对于Pi,点q属于形状直方图的第k分量，k e {1，2，…,K}, K为方向参数和距离参数的乘积。 所述步骤(3)中，构造样本图像库的具体方法为:构造的样本图像数据包含均匀采样到的点的位置(x，y)以及每个点的形状上下文直方图z ，该图像数据以TXT文件格式读取，文件数据为x，y，z;其中！^和Θ表示形状上下文直方图中半径以及角度。 所述步骤(3)中，角度与尺度变化的形状上下文识别，需要对运动的摄相机镜头采集的大小不确定的对象计算距离，计算形状上下文时，只计算与点对的相对距离，从而达到尺度不变性目的，在计算直方图时，角度划分应使计算出来的直方图在设定度数之内旋转时能保证重合部分有相似的直方图。 所述步骤(4)的具体方法包括:假设在样本图像中一点Pi和采集图中一点q」，令Cij = C(PilQj)为匹配代价，C就是对两幅直方图进行X2的统计值，比㈨屯㈨分别为归一化的直方图的值，则: ? ,-V 、 I+「化⑷-MaV Cij =C(P^qj) ^-YyT 2 /7, (/(.) +//,(A) Cij值在O?I之间，其值越小，相似度越大，点的匹配度越高，计算出所有点之间的匹配代价之后，应用匈牙利匹配法使匹配点全局的匹配代价最小，将薄板样条TPS(ThinPlate Splite)变形模型用于求解点集之间的几何变换，通过求得的几何变换关系使待匹配点集相互逼近。 所述步骤(4)中，两个形状间整体的形状上下文匹配的代价是形状上下文出现距离，其计算公式为: Ar =丄 ZarSmin (X厂(v)) +丄 ZarSmin U ρ&ΡgeQ肌 geOP^P 其中T(.)表示TPS变换，P为样本图像中的点集，Q为采集图像中的点集。 所述步骤(4)中，所述形状匹配过程包括粗匹配和精细匹配，所述粗匹配的具体方法为:设匹配点间欧氏距离为Cl1，进行TPS变换后，匹配点间的欧氏距离为d2，设定比例阈值Rt为Ciyd2，如果Rt小于等于设定值，则为同类图像，优选的，设定值取0.6。 所述步骤(4)中，所述细匹配的具体方法为:形状上下文中不同图像点出现的距离肯定相差很大，根据这个原则，在衡量点是否匹配上时，根据最小匹配代价衡量形状上下文距离，即点是否匹配上，如果为正常图像，则点匹配；如果对象为掉把图像，即缺失了某一部，分则此时缺失部分不能匹配上，如果对象某一部分发生了形变，即为斜歪图像，则此时形变中只有一部分点能匹配上。 本专利技术的有益效果为: (I)本方法快速高效，定位准确率高，对复杂背景下的图像处理效果好； (2)能够快速高效地实现对输电线路中的间隔棒进行定位并及时发现间隔棒的问题与缺陷，对电力设备的运维，有着非常重要的现实意义； (3)适用性强，适应户外不同光照及季节下的应用。 【专利附图】【附图说明】 图1为无人机巡检任务及缺陷诊断流程示意图； 图2为间隔棒识别与缺陷诊断流程示意图； 图3为本专利技术形状部件识别与缺陷诊断过程图； 图4为本专利技术粗匹配的过程示意图； 图5为本专利技术细匹配的过程示意图； 图6为本专利技术不同位置间隔棒识别效果图； 图7为本专利技术不同位置间隔棒识别效果图； 图8为本专利技术不同位置间隔棒识别效果图； 图9为本专利技术不同位置间隔棒识别效果图。 【具体实施方式】 : 下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。 通过对无人机提前预设的巡检任务，获得输电线路巡检目标的图像，进而通过缺陷诊断模块实现对输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无人机巡检的输电线路间隔棒识别方法，其特征是：包括以下步骤：(1)采集巡检图像，对原始图像进行去噪，获取要识别形状的二值图，去除背景干扰；(2)对边缘像素点均匀采样，随机抽样轮廓点，检查全部点对的距离，每次去除距离最小的点对中的一个点，直至剩下的点的数量达到要取样的点的数量；(3)计算像素点形状上下文直方图，根据均匀采样到的点的位置以及每个点的形状上下文直方图构造样本图像；(4)根据样本图像，计算任意点对的匹配代价，根据欧式匹配找到最佳的点对匹配，完成形状匹配过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王万国，王滨海，雍军，慕世友，任杰，傅孟潮，李勇，张晶晶，刘俍，魏传虎，高佼，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，山东鲁能智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37