一种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法技术

一种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法，包括以下步骤：步骤1：通过安装输电线路杆塔上的红外热成像山火在线监测系统，采用红外凝视焦平面阵列式成像，得到红外图像。步骤2：通过建立帧差图像背景的高斯分布模型，采用变化检测模板来确定红外目标约束区域。步骤3：对步骤2的红外目标约束区域进行有效空域分割，提取出序列图像中的运动目标。本发明专利技术一种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法，该方法是基于时空联合的红外目标聚类提取方法，该方法简单有效，并且能够准确提取动态场景中的红外目标，从而实现对输电线路山火的监测，减小山火对输电线路的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是属于电力系统预防山林火灾领域，尤其涉及一种基于时空联合的输电线 路山火目标提取方法。
技术介绍
近些年，随着电网的迅速发展，架空输电线路遍布的区域也来越广。输电线路穿过 更复杂的地形及恶劣气候条件的情况越来越多。当输电线路穿越茂密山林的时候，在一定 的气候条件或人为因素下，极易引发山火。这会引起输电线路的跳闸或造成烧毁铁塔，造成 电网大面积的停电，影响电网的稳定运行。所以必须减小山火对输电线路造成的严重影响。 目前，国内外对输电线路走廊上的山火监测有了较多的研究，主要有激光雷达感应监测，卫 星遥感地面热点监测等。激光雷达监测范围广，全天候监测，监测信息准确，但是功耗太大。 卫星遥感地面热点受卫星过境时间限制，难以实现全天候监测，而且监测容易受云层影响。 所以在监测方面的研究还有有待完善，需要提前做好安全防范准备，使输电线路避免受到 山火的影响。
技术实现思路
为克服现有的技术缺陷，提供， 该方法是基于时空联合的红外目标聚类提取方法，该方法简单有效，并且能够准确提取动 态场景中的红外目标，从而实现对输电线路山火的监测，减小山火对输电线路的影响。 本专利技术所采用的技术方案是： -种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法，包括以下步骤： 步骤1:通过安装输电线路杆塔上的红外热成像山火在线监测系统，采用红外凝视 焦平面阵列式成像，得到红外图像；步骤2:通过建立帧差图像背景的高斯分布模型，采用变化检测模板来确定红外目 标约束区域； 步骤3:对步骤2的红外目标约束区域进行有效空域分割，提取出序列图像中的烟 火目标;所述步骤2中，假定背景噪声服从均值高斯正态分布，烟火运动引起方差变化要显 著大于噪声引起的背景方差变化； 记Ho为噪声引起的像素变化情况，出为红外烟火运动引起的像素变化情况，则Ho情 况下，噪声模型的分布函数为：，式中X为帧差图中样本点灰度值;P为H〇假设下的样本 概率;σ为图像噪声的标准差； 由于烟火目标出现在图像边缘区域的概率较低，可选取帧差图像四角区域作为背 景来估计噪声方差； 通过分别计算帧差图像4个ΝΧΝ块区域像素灰度值的方差，取其均值来近似图像 噪声方差； 式中Bk(k=l，2,3,4)表示选取的4个背景区域;m为各个图像块的均值；0_2即为所 求方差； 通过构造大小为ηΧη的窗口，对帧差图像每个像素点依次扫描，计算中心像素点，即可通过阈值Τ来判断帧差图像中像素的归属，即属于背 景或者烟火目标；，α表示在假设Ho成立的情况下像素被 误判为属于目标的概率； 阈值τ将样本空间分成两个部分UxSLi，若XeLo表示接受假设Ho,判定该像素属于 背景，反之，若X e u表示接受假设m，该像素属于目标。 由以上过程便可得至I」帧差图像的目标判定结果。 所述步骤3中，通过时域分割结果，可以标记出烟火目标的大概位子，由此确定红 外目标约束区域。在此基础上，对红外目标约束区域进行空域分割，即可准确提取出序列图 像中的烟火目标；采用模糊C均值聚类(FCM)的方法分割目标，FCM通过最小化关于隶属度矩阵U和聚 类中心集合v的目标函数Jm(U, v)来实现的： U={uik}，取值在0，1间的随机数初始化隶属矩阵U;，计算目标函数，如果它小于某个确定的 阈值，或它相对上次目标函数值改变量小于某个阈值，则算法停止； 1/ =(l_a)U+aUs，计算新的U矩阵，返回计算Vi; 式中ae为空间关系的权重因子，Us为空间关系隶属矩阵。 本专利技术，技术效果如下： 1)、本专利技术应用于输电线路山火监测，采用对输电线路杆塔上红外系统所摄取的 图像进行识别，提出的基于时空联合的红外序列图像目标提取的新方法，实现对输电线路 附件山火的有效检测。 2)、本专利技术对山火目标的提取精度较高，效果较好。 3)、本专利技术可以利用现有的输电线路杆塔检测设备，如:FLIR A315红外热成像山 火在线监测系统。 4)、本专利技术有效的解决了输电线路山火精确检测的问题。通过检测结果，可及时做 好对输电线路走廊应急预案，实现对山火及时准确的应对，从而减小山火对输电线路的影 响。【附图说明】图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术的大雾背景下烟火原始图像图。 图3为本专利技术的一种基于时空联合算法烟火提取图。【具体实施方式】 -种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法，包括以下步骤：步骤1:通过安装输电线路杆塔上的FLIR A315红外热成像山火在线监测系统，山 火目标、背景及各种干扰经过大气衰减到达传感器的光学系统，经光学系统对红外辐射进 行聚焦后进入红外探测器，再经过视频放大器将电信号转化为灰度图像。步骤2:通过建立帧差图像背景的高斯正太分布模型，背景模型对每个像素点建立 K个多维高斯分布来混合模拟该点的背景值，对于像素点（X，y )，xt为t时刻的观察值，贝1J高 斯分布的概率密度数： ωΜ为分布对应的权值，K个高斯分布总是按照优先级ω/σ从大到小进行排序。取 权值较大的Β个高斯分布来表示背景分布，其中Τ代表当前像素被 判为背景先验概率值。所述步骤2中，假定背景噪声服从均值高斯正态分布，烟火运动引起方差变化要显 著大于噪声引起的背景方差变化；记Ho为噪声引起的像素变化情况，出为红外烟火运动引起的像素变化情况，则Ho情 况下，噪声模型的分布函数为：式中X为帧差图中样本点灰度值;P为Ho假设下的样本 概率;σ为图像噪声的标准差；[0当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时空联合的输电线路山火目标提取方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：通过安装输电线路杆塔上的红外热成像山火在线监测系统，采用红外凝视焦平面阵列式成像，得到红外图像；步骤2：通过建立帧差图像背景的高斯分布模型，采用变化检测模板来确定红外目标约束区域；步骤3：对步骤2的红外目标约束区域进行有效空域分割，提取出序列图像中的运动目标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方春华，黄立，潘弘，刘杨，潘明龙，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42