一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法技术

本发明专利技术提出一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，包括：采集对开式刀闸的实时监控视频，获取视频的每帧图像并建立该型号刀闸臂的边界线模型并保存为模型文件；获取视频的第一帧图像，对其中的刀闸进行定位并提取跟踪特征点；根据上述定位的结果进行检测，计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的初始夹角；对下一帧图像中刀闸臂进行跟踪定位，估算系统误差，确定下一帧图像中左刀闸臂和右刀闸臂之间的校正夹角，判断下一帧图像中刀闸的实时状态，直至检测到刀闸停止运动，验证视频中刀闸运动的最终状态；本发明专利技术解决了对开式刀闸状态的实时检测精度低的问题。

A real-time tracking method for detecting the state of the open knife gate

【技术实现步骤摘要】
一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法
本专利技术涉及图像识别
，特别涉及一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法。
技术介绍
刀闸是高压开关电器中使用次数非常频繁的一种电器，在电路中起隔离作用。在实际应用中，由于刀闸的长期运转，会出现刀闸闭合或打开不到位的情形，该情形会导致刀闸的左右刀闸臂之间产生电弧。电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质产生的瞬间火花可能，会造成火灾或威胁人身安全；此外，电弧温度极高，容易把绝缘材料烧毁，造成漏电事件或造成刀闸设备损坏；因此，刀闸的闭合状态需要准确的检测。检测对开式刀闸的实时状态，实践中主要需要依靠人工观测；在现有技术中，也通过计算左右刀闸臂之间的角度判断刀闸的状态。目前计算左右刀闸臂之间的角度，国内外出现了许多计算方案，一种是对电路内部进行改动，增加传感器或者信号灯；一种是基于数字图像处理的方法，通过监控图像对刀闸的开关状态进行判断，在基于数字图像处理的方法中，由于背景复杂，左刀闸臂和右刀闸臂之间的角度计算精度较低且计算速度慢，不能满足实际需求。专利技术内容为了解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，其特征在于，包括：采集对开式刀闸的实时监控视频，获取视频的每帧图像并根据任一帧图像建立该型号刀闸臂的边界线模型并保存为模型文件，且根据模型文件计算刀闸臂的左中点、右中点、中点和中线；/n获取视频的第一帧图像并对其中的刀闸进行定位，同时提取第一帧图像中刀闸臂的利于跟踪的特征点并记录；根据定位结果对第一帧图像中的刀闸进行边缘检测，确定第一帧图像中最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线，进而计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的初始夹角，判断第一帧图像中刀闸的实时状态；/n提取前一帧图像的刀闸臂的特征点将其对应在当前帧图像中并获取这些特征点在当前帧图像中的位置，对当前...

【技术特征摘要】
1.一种实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，其特征在于，包括：采集对开式刀闸的实时监控视频，获取视频的每帧图像并根据任一帧图像建立该型号刀闸臂的边界线模型并保存为模型文件，且根据模型文件计算刀闸臂的左中点、右中点、中点和中线；
获取视频的第一帧图像并对其中的刀闸进行定位，同时提取第一帧图像中刀闸臂的利于跟踪的特征点并记录；根据定位结果对第一帧图像中的刀闸进行边缘检测，确定第一帧图像中最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线，进而计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的初始夹角，判断第一帧图像中刀闸的实时状态；
提取前一帧图像的刀闸臂的特征点将其对应在当前帧图像中并获取这些特征点在当前帧图像中的位置，对当前帧图像中刀闸臂跟踪定位，根据该定位结果对当前帧图像中的刀闸进行边缘检测，确定当前帧图像中最终的的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线，进而计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的初始夹角；
根据中线估算系统误差，确定当前帧图像中左刀闸臂和右刀闸臂之间的校正夹角，判断当前帧图像中刀闸的实时状态；
与处理当前帧图像相同的方式依次处理下一帧图像，直至检测到刀闸停止运动，验证视频中刀闸运动的最终状态。


2.根据权利要求1所述的实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，其特征在于，根据该定位结果对第一帧图像中的刀闸进行边缘检测，确定第一帧图像中的最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线的具体方式为：
根据定位结果对第一帧图像进行边缘检测，获取边缘线集合；将根据模型文件计算的刀闸臂的左中点和右中点直接对应到第一帧图像中，计算第一帧图像中刀闸臂的左中点和右中点到边缘线集合中的每条边缘线的距离，将不在阈值范围内的距离所对应的边缘线剔除，获取更新边缘线集合；
利用中线将更新边缘线集合左右区分，分别获取左刀闸臂边缘线集合和右刀闸臂边缘线集合并进行对称配对，确定第一帧图像最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线。


3.根据权利要求2所述的实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，其特征在于，对当前帧图像中刀闸臂跟踪定位的具体方式为：前一帧图像中的特征点对应到当前帧图像中为跟踪点，计算前一帧图像中的特征点与当前帧图像中的跟踪点在x和y方向的位移量dx和dy；
遍历前一帧和当前帧图像中所有对应的特征点和跟踪点对，给定位移阈值，剔除dx和dy不在给定位移阈值范围内的跟踪点，更新跟踪点并记录；
给定数目阈值，若更新后的跟踪点数目小于数目阈值，则在当前帧图像中添加当前不存在的能检测到的跟踪点，再次更新跟踪点并记录；遍历当前帧图像中所有跟踪点，将跟踪点的当前位置记作终点end，该跟踪点第一次在前帧图像中出现时的位置记作起点start，当前帧图像中的跟踪点移动量为shift＝abs(end.x-start.x)+abs(end.y-start.y)，其中end.x和end.y表示终点的x和y坐标，start.x和start.y表示起点的x和y坐标；
计算当前帧图像中刀闸臂的左中点和右中点所在的直线方程，记做基准线y＝k_base*x+b_base；遍历所有跟踪点的终点，如果end.y<＝k_base*end.x+b_base，则该终点在基准线上方，否则在基准线下方，分别统计在基准线上侧和下侧的终点数目及平均移动量；
相对大的平均移动量为最终的平均移动量，并记录其所对应的跟踪点数目；
给定移动阈值，若最终的平均移动量与其对应的跟踪点数目的乘积小于等于移动阈值，则表示刀闸刚开始运动或还未开始运动，根据前一帧图像的刀闸臂位置对当前帧刀闸臂跟踪定位；若最终的平均移动量与其对应的跟踪点数目的乘积大于移动阈值，则分别估计当前帧图像中刀闸的左刀闸臂角度和右刀闸臂角度，结合跟踪点对当前帧刀闸臂跟踪定位。


4.根据权利要求3所述的实时跟踪的对开式刀闸状态的检测方法，其特征在于，“估计当前帧图像中刀闸的左刀闸臂角度和右刀闸臂角度”的具体方式为：
计算以刀闸臂的左中点和右中点连线的中点为起点垂直于中线且方向向右或方向向左的单位方向向量baseN，计算当前帧图像中每个跟踪点的终点和起点对应的向量vec，对于方向向左的单位方向向量，若baseN*vec大于等于0，则当前跟踪点为左刀闸臂跟踪点，否则为右刀闸臂跟踪点；对于方向向右的单位方向向量，若baseN*vec大于等于0，则当前跟踪点为右刀闸臂跟踪点，否则为左刀闸臂跟踪点，以此获取所有的左刀闸臂跟踪点和右刀闸臂跟踪点；
对所有的左刀闸臂跟踪点，计算每个左刀闸臂跟踪点到左中点的距离，将相同距离所对应的跟踪点数目统计成左侧距离分布直方图，根据左侧距离分布直方图设定左侧距离阈值，剔除到左中点距离小于给定阈值的跟踪点，更新左刀闸臂跟踪点，同样的方式统计右侧距离分布直方图，更新右刀闸臂跟踪点...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡丽莎，汪辉，任昌，胡海涛，刘晶，
申请(专利权)人：南京鑫和汇通电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32