定位绝缘子的方法、系统以及故障检测的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及接触网图像处理技术领域，本发明专利技术公开了一种定位绝缘子的方法，其具体包括以下的步骤：拍摄巡检线路支持装置中绝缘子的图像；将图像中各部分的梯度方向直方图描述子特征与绝缘子特征库进行匹配，根据匹配结果输出粗定位后的局部图像；预处理粗定位后的局部图像；取输出的图像的边缘线，并提取边缘线灰度波形中周期变化的部分，同时结合轮廓提取算法实现绝缘子的准确定位；提取出绝缘子。本发明专利技术根据绝缘子在图像中明暗相间的周期性变化特征，实现对图像中绝缘子的准确定位，本发明专利技术的定位方法不依赖亮度和瓷釉的反光特性，不仅适于夜间拍摄，同样适用于白天拍摄，定位准确性高，对场景光线的依赖性小。

【技术实现步骤摘要】
定位绝缘子的方法、系统以及故障检测的方法和系统
本专利技术涉及对高铁接触网的图像进行处理的
，尤其涉及一种在接触网图像中定位绝缘子的方法、系统以及故障检测的方法和系统。
技术介绍
十二五期间，我国已成为世界高速铁路里程第一大国，高速铁路的快速发展和运营品质的需求，对于铁路牵引供电系统设备的安全运行提出了更高的要求。接触网是电气化铁路牵引供电系统的关键设备，具有露天设置、动态工作、沿线无备用等特殊性，因而也是牵引供电系统中最薄弱的环节。一旦发生故障将直接影响牵引供电系统的正常运行，甚至危害列车的行车运营安全。为确保动车组运营秩序和提高动车组的供电安全性、可靠性，《高速铁路供电安全检测监测系统(6C系统)总体技术规范》正式发布实施。其中，接触网悬挂状态检测监测系统（4C）通过对接触网支持与悬挂装置零部件进行高精度成像监测与故障自动识别，及时发现并排除故障隐患，以保障接触网悬挂系统处于良好工作状态。绝缘子是接触网支持悬挂装置的关键部件之一，起着悬挂装置中带电部分与绝缘部分的电气隔离及对悬挂装置的支撑作用。由于长期工作在阳光曝晒、化学物质腐蚀、强电磁场、强机械应力的环境中，加上本身材质、制造工艺水平限制等因素，极易老化，易出现由雷电、污秽等引起的闪络放电而导致的破损等不良状态，使其绝缘性能降低，严重时导致瓷瓶断裂甚至影响行车运营安全。当前，新型接触网安全巡检装置的推广应用，已大大降低了接触网巡检工作的耗时和巡检人员的劳动强度。对于一个接触网工区来说，50位工人步行巡检1个月的工作量现在仅需一个职工花3天或一周即可完成管辖范围内线路的图像采集工作。然而，大量的图像数据却需要耗费判读人员较长时间认真仔细观看才能做到不遗漏异常图像。因此，如何利用接触网巡检图像高效智能识别接触网装置故障已成为接触网悬挂状态检测监测系统（4C）的研究重心。因而，以具有对行车影响小且能实现实时检测的图像处理、智能识别技术为核心的绝缘子状态监测检测与故障识别系统对于保证接触网安全运行具有极其重要的现实意义。目前，接触网绝缘子识别定位方法主要有：模板匹配法，通过绝缘子模板匹配及每片绝缘子高光反射点拟合直线满足一定角度的特性实现绝缘子的定位，该方法对于拍摄时光源的角度及亮度有较高要求。二代曲波法，利用方向性滤波来识别图像中绝缘子，通过与绝缘子方向一致的形态学膨胀腐蚀对曲波分解系数进行修正，最终定位绝缘子。SURF特征匹配法，通过样本绝缘子的SURF特征描述匹配识别并定位接触网悬挂装置图像中的绝缘子。接触网绝缘子故障检测方法主要有：小波奇异性特征实现绝缘子异物检测，能量条带法判断夜间瓷质绝缘子片缺失及夹杂异物故障等，其故障检测原理均基于绝缘子图像明暗交错的特性。目前采用的接触网绝缘子识别定位及故障检测的方法由于其对于亮度和瓷釉反光特性有较大依赖，均只适用于夜间拍摄质量较好的瓷质绝缘子，并不具有普遍性。且由于对拍摄角度及参数有较高要求，仅适用于识别片缺失与片间异物等大范围缺陷，对于面积较小的破损与闪络并不敏感。申请号为CN201310131380.8的专利公开了一种基于高铁接触网绝缘子曲线状和点状奇异性特征的不良状态检测方法，包括以下步骤：在夜间对接触网的拍摄得到待检测的绝缘子图像；待检测绝缘子图像进行对比度增强及高斯滤波去噪处理；通过Radon变换确定图像中绝缘子的大致方向；然后采用二代曲波变换的曲线状奇异性特征定位绝缘子并微调角度；最后利用二代曲波变换的曲线状奇异性特征和小波变换的点状奇异性特征判断绝缘子不良状态。本专利技术可快速正确识别绝缘子，并有效判断绝缘子是否发生破损与夹杂异物的不良状态及不良状态的类型。实际输入量为待测的图像，实际输出量为已经定位出绝缘子的图片和不良状态检测的结果数据，识别效果良好，判断结果准确可靠。但这样的方法只能适用于夜间拍摄质量较好的瓷质绝缘子。
技术实现思路
针对现有技术中的绝缘子定位方法存在对于亮度和瓷釉反光特性有较大依赖，只能适用于夜间拍摄质量较好的瓷质绝缘子的技术问题，本专利技术公开了一种定位绝缘子的方法和系统；针对现有技术中的绝缘子故障检测方法只能识别缺失与片间异物等大范围缺陷，对于面积较小的破损与闪络并不敏感的技术问题，本专利技术公开了一种绝缘子的故障检测方法和系统。本专利技术的具体实施方式如下：一种定位绝缘子的方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、利用接触网巡检装置拍摄巡检线路支持装置中绝缘子的图像；步骤二、将图像中各部分的梯度方向直方图描述子特征与绝缘子特征库进行匹配，根据匹配结果输出粗定位后的局部图像，所述局部图像包含绝缘子及其周边背景；步骤三、预处理粗定位后的局部图像，得到二值化的绝缘子图像；步骤四、根据绝缘子的图像特征实现绝缘子的准确定位；步骤五、提取出绝缘子。更进一步地，上述步骤四具体为：在粗定位后包含绝缘子及其所在腕臂的局部图像中，提取出图像中的平行直线段，根据腕臂边缘线的角度以及距离阈值判断出腕臂的边缘线，然后采用周期性波形分析提取该边缘线段所在直线的灰度波形中周期变化的部分，得到绝缘子的首尾位置及边缘线。更进一步地，上述步骤四具体为：在预处理后的图像上描述所有闭合连通域的轮廓及其最小外接矩形，然后根据最小外接矩形的位置，利用聚类算法，将聚集在一起的轮廓描述出，即定位了整个绝缘子；其中闭合连通域是指在二值化图像中，图像中的某一个块与外部之间完全隔离，称为一个闭合连通域。更进一步地，上述步骤四具体为：根据绝缘子的首尾位置及边缘线修正定位出的绝缘子。更进一步地，上述步骤五具体为：利用仿射变换提取出绝缘子。更进一步地，上述步骤三中的预处理具体包括：采用中值滤波、Otsu阈值法、灰度级形态学处理、图像增强依次预处理粗定位后的图像。更进一步地，上述方法还包括检测绝缘子是否处在不良状态，通过将绝缘子从上到下进行分割并分段做灰度投影，得到黑白相间的绝缘子柱状条带图，根据柱状条带图间距或者投影后的柱状图是否存在不规则凹陷进行缺陷检测。本专利技术还公开了一种定位绝缘子的系统，其具体包括：接触网巡检装置、绝缘子初定位模块、图像预处理模块、绝缘子精确定位模块和绝缘子提取模块；所述接触网巡检装置用于拍摄巡检线路支持装置中绝缘子的图像；所述绝缘子初定位模块用于将图像中各部分的梯度方向直方图描述子特征与绝缘子特征库进行匹配，根据匹配结果输出粗定位后的局部图像，所述局部图像包含绝缘子及其周边背景；所述图像预处理模块用于预处理粗定位后的局部图像，得到二值化的绝缘子图像；所述绝缘子精确定位模块用于根据绝缘子的边缘线，提取边缘线灰度波形中周期变化的部分，同时结合轮廓提取算法实现绝缘子的准确定位；所述绝缘子提取模块用于提取出绝缘子。更进一步地，上述系统还包括故障检测模块，所述故障检测模块用于检测绝缘子是否处在不良状态，通过将绝缘子从上到下进行分割并分段做灰度投影，得到黑白相间的绝缘子柱状条带图，根据柱状条带图间距或者投影后的柱状图是否存在不规则凹陷进行缺陷检测。通过采用以上的技术方案，本专利技术具备以下的有益效果：利用绝缘子在图像中明暗相间的特征，采用梯度方向直方图描述子（HOG）对绝缘子特征进行描述，采用支持向量机（SVM）进行特征学习与检测以实现绝缘子的粗定位；采用中值滤波、图像对比度增强、局部二值化结合分区域Otsu阈值法、灰度级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位绝缘子的方法，其特征在于具体包括以下的步骤：步骤一、利用接触网巡检装置拍摄巡检线路支持装置中绝缘子的图像；步骤二、将图像中各部分的梯度方向直方图描述子特征与绝缘子特征库进行匹配，根据匹配结果输出粗定位后的局部图像，所述局部图像包含绝缘子及其周边背景；步骤三、预处理粗定位后的局部图像，得到二值化的绝缘子图像；步骤四、根据绝缘子的图像特征实现绝缘子的准确定位；步骤五、提取出绝缘子。

【技术特征摘要】
1.一种定位绝缘子的方法，其特征在于具体包括以下的步骤：步骤一、利用接触网巡检装置拍摄巡检线路支持装置中绝缘子的图像；步骤二、将图像中各部分的梯度方向直方图描述子特征与绝缘子特征库进行匹配，根据匹配结果输出粗定位后的局部图像，所述局部图像包含绝缘子及其周边背景；步骤三、预处理粗定位后的局部图像，得到二值化的绝缘子图像；步骤四、根据绝缘子的图像特征实现绝缘子的准确定位；步骤五、提取出绝缘子；步骤三包括如下子步骤：(1)采用非线性的中值滤波方法，对图像进行平滑处理；(2)调节对比度，使绝缘子片更突出、清晰，片间由于灰度低被抑制；(3)采用局部二值化方法和分区域全局二值化相结合方法对图像进行二值化处理，其中，局部二值化阈值由待求点与规定邻域内灰度均值的方差比较后按既定权值给出，分区域全局二值化阈值采用Otsu灰度统计区域概率最大值；(4)对二值化后的图像进行适合的形态学处理，对于精定位的图片膨胀以突显绝缘子片，对于故障检测的图片进行闭运算，填充片内细小空洞、平滑其边界的同时并不明显改变其面积。2.如权利要求1所述的定位绝缘子的方法，其特征在于所述步骤四具体为：在粗定位后包含绝缘子及其所在腕臂的局部图像中，提取出图像中的平行直线段，根据腕臂边缘线的角度以及距离阈值判断出腕臂的边缘线，然后采用周期性波形分析提取该边缘线段所在直线的灰度波形中周期变化的部分，得到绝缘子的首尾位置及边缘线。3.如权利要求1所述的定位绝缘子的方法，其特征在于所述步骤四具体为：在预处理后的图像上描述所有闭合连通域的轮廓及其最小外接矩形，然后根据最小外接矩形的位置，利用聚类算法，将聚集在一起的轮廓描述出，即定位了整个绝缘子；其中闭合连通域是指在二值化图像中，图像中的某一个块与外部之间完全隔离，称为一个闭合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嵩，杨亚明，张庆敏，
申请(专利权)人：成都唐源电气有限责任公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51