一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法技术

发明专利技术提出一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，包括：采集对开式刀闸的模板图像并根据其建立刀闸臂的边界线模型且保存为模型文件，再计算刀闸臂的中点和中线；同等条件下采集同一刀闸的目标图像；通过各种途径获取刀闸的样本图像并经过训练获取训练模型，利用训练模型对目标图像中的刀闸定位；根据定位结果对目标图像中的刀闸进行边缘检测；计算目标图像的刀闸臂的左中点和右中点到每条边缘线的距离，剔除不在阈值范围内的边缘线，再利用中线左右区分进行对称配对，确定最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线；计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的夹角；本发明专利技术解决了对开式刀闸难以快速准确识别是否开合到位的问题，提高识别精度。

A calculation method of the opening and closing angle of the double opening knife gate based on the location recognition

【技术实现步骤摘要】
一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法
本专利技术涉及图像识别
，特别涉及一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法。
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，刀闸的开合状态需要准确的检测。检测对开式刀闸开合是否到位，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，判断刀闸开合的程度。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，对于刀闸难以正确匹配，降低检测精度。而且，在基于图像处理的方法中，背景复杂还可能包括两个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，包括：采集对开式刀闸的模板图像，根据模板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中点和中线；/n在同样的位置利用同样的设备采集同一对开式刀闸的目标图像；通过多种途径获取对开式刀闸的样本图像，利用深度学习对样本图像进行训练获取训练模型，利用训练模型对目标图像进行检测，获取目标图像中一个或一个以上的刀闸所在的区域，结合模型文件对目标图像中的刀闸定位；/n根据定位结果对目标图像中的刀闸进行边缘检测，获取边缘线集合；将根据模型文件计算的对开式刀闸的左中点和右中点对应到目标图像中，得到目标图像的刀闸臂的左...

【技术特征摘要】
1.一种基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，包括：采集对开式刀闸的模板图像，根据模板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中点和中线；
在同样的位置利用同样的设备采集同一对开式刀闸的目标图像；通过多种途径获取对开式刀闸的样本图像，利用深度学习对样本图像进行训练获取训练模型，利用训练模型对目标图像进行检测，获取目标图像中一个或一个以上的刀闸所在的区域，结合模型文件对目标图像中的刀闸定位；
根据定位结果对目标图像中的刀闸进行边缘检测，获取边缘线集合；将根据模型文件计算的对开式刀闸的左中点和右中点对应到目标图像中，得到目标图像的刀闸臂的左中点和右中点，计算目标图像的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对其进行对称配对，确定最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线，计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的夹角；左中点为左绝缘子中心线延长线和左刀闸臂上下边界线延长线的两个交点的中心点，右中点为右绝缘子中心线延长线和右刀闸臂上下边界线延长线的两个交点的中心点。


2.根据权利要求1所述的基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，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后，进行权重分配，将分配权重后的左刀闸臂边缘线集合和右刀闸臂边缘线集合进行对称配对；
对于左刀闸臂边缘线集合分配权重的方式为：遍历左刀闸臂边缘线集合中的所有边缘线，计算每条左刀闸臂边缘线角度并根据其对左刀闸臂边缘进行分类，给定高角度阈值和低角度阈值，将左刀闸臂边缘线角度大于高角度阈值对应的左刀闸臂边缘线设定为垂直边缘线，将左刀闸臂边缘线角度小于低角度阈值对应的左刀闸臂边缘线设定为水平边缘线，将左刀闸臂边缘线角度介于低角度阈值和高角度阈值之间对应的左刀闸臂边缘线设定为倾斜边缘线；对左刀闸臂的所有垂直边缘线，设定左刀闸臂左中点的x坐标值L_x，在左刀闸臂左中点的左右两侧分别寻找两个与L_x相差最小的x坐标所对应的边缘点，左侧两个边缘点的x坐标值记作L_x1和L_x2，L_x1大于L_x2；右侧两个边缘点的x坐标值记作R_x1和R_x2，R_x1大于R_x2；
对左刀闸臂的所有水平边缘线，设定左刀闸臂左中点的y坐标值为L_y，在左刀闸臂左中点的上下两侧分别寻找两个与L_y相差最小的y坐标所对应的边缘点，上侧两个边缘点的y坐标值记作T_y1和T_y2，T_y1大于T_y2；下侧两个边缘点的y坐标值记作B_y1和B_y2，B_y1大于B_y2；
对左刀闸臂的所有倾斜边缘线，设定左刀闸臂左中点的x坐标值和y坐标值为L_xx和L_yy，在左刀闸臂左中点的左上侧和右下侧分别寻找两个与L_xx相差最小的x坐标对应的边缘点，与L_yy相差最小的y坐标对应的边缘点，左上侧两个边缘点的x坐标值记作L_xx1和L_xx2，L_xx1大于_xx2，y坐标值记作T_yy1和T_yy2，T_yy1大于T_yy2；右下侧两个边缘点的x坐标值记作R_xx1和R_xx2，R_xx1大于R_xx2，y坐标值记作B_yy1和B_yy2，B_yy1大于B_yy2；
获取每条垂直边缘线的权重的方式为：遍历位于左刀闸臂左中点左侧的每条垂直边缘线上的每个边缘点，该边缘点的x坐标值大于等于L_x1时其贡献权值为Value_W，该边缘点的x坐标值大于等于L_x2小于L_x1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点贡献权值为0；遍历位于左刀闸臂左中点右侧的每条垂直边缘线上的每个边缘点，该边缘点的x坐标值小于等于L_x2时其贡献权值为Value_W，该边缘点的x坐标值大于L_x2小于等于L_x1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点贡献权值为0，所有边缘点的贡献权值的总和为当前垂直边缘线的权重；
获取每条水平边缘线的权重的方式为：遍历位于左刀闸臂左中点上侧的每条水平边缘线上的每个边缘点，该边缘点的y坐标值大于等于T_y1时其贡献权值为Value_W，该边缘点的y坐标值大于等于T_y2小于T_y1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0；遍历位于左刀闸臂左中点下侧的每条水平边缘线上的每个边缘点，该边缘点的y坐标值小于等于B_y2时其贡献权值为Value_W，该边缘点y坐标值大于B_y2小于等于B_y1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0，所有边缘点的贡献权值的总和为当前水平边缘线的权重；
获取每条倾斜边缘线的权重的方式为：遍历位于左刀闸臂左中点左上侧的每条倾斜边缘线上的每个边缘点，该边缘点的x坐标值大于等于L_xx1时其贡献权值为Value_W，该边缘点的x坐标值大于等于L_xx2小于L_xx1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0，该边缘点的y坐标值大于等于T_yy1时其贡献权值为Value_W，该边缘点的y坐标值大于等于T_yy2小于T_yy1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0；遍历位于左刀闸臂左中点右下侧的每条倾斜边缘线上的每个边缘点，该边缘点的x坐标值小于等于L_xx2时其贡献权值为Value_W，该边缘点的x坐标值大于L_xx2小于等于L_xx1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0，该边缘点的y坐标值小于等于B_yy2时其贡献权值为Value_W，该边缘点的y坐标值大于B_yy2小于等于B_yy1时其贡献权值为Value_W/2，否则该边缘点的贡献权值为0，所有边缘点的贡献权值的总和为当前倾斜边缘线的权重；
对于右刀闸臂边缘线集合分配权重的方式和左刀闸臂边缘线集合分配权重的方式一样。


3.根据权利要求1所述的基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，“根据模板图像建立该型号刀闸臂的边界线模型并保存为模型文件”的方式为：在计算机上设置一个程序，利用该程序打开模板图像，根据模板图像对刀闸臂上下边界线进行描边，画出左绝缘子中心线和右绝缘子中心线，将描边对应的线段端点坐标和左右绝缘子中心线对应的线段端点坐标保存为模型文件；若模板图像中刀闸为闭合状态，对整体刀闸臂的上下边界进行描边；若模板图像中刀闸为打开或虚合状态，根据实际左右刀闸臂的上下边界进行描边。


4.根据权利要求1所述的基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，“根据模型文件计算刀闸臂中点”的方式为：当模板图像中刀闸是闭合状态，根据模型文件分别获取整体刀闸臂的上下边界线延长线和左绝缘子中心线延长线的两个交点，记为两个左侧端点，获取整体刀闸臂的上下边界线延长线和右绝缘子中心线延长线的两个交点，记为两个右侧端点；两个左侧端点和两个右侧端点形成的闭合框的中点为刀闸臂中点，或左中点和右中点之间的线段的中点为刀闸臂中点；
当模板图像中刀闸是打开或虚合状态，根据模型文件分别获取左刀闸臂的上下边界线延长线和左绝缘子中心线延长线的两个交点，记为两个左侧端点，获取右刀闸臂的上下边界线延长线和右绝缘子中心线延长线的两个交点，记为两个右侧端点；左中点和右中点之间的线段的中点为刀闸臂中点，或两个左侧端点和两个右侧端点形成的闭合框的中点为刀闸臂中点。


5.根据权利要求1所述的基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，通过多种途径获取对开式刀闸的样本图像的方式包括现场采集、软件模拟和实物模型途径，现场采集的具体方式为采集对开式刀闸在不同状态下的样本图像；软件模拟的具体方式为对现场采集的样本图像进行建模，获取对应的三维模型，在三维模型中配置不同的环境条件，设置开合动作并渲染，获取对开式刀闸的开合运动视频，根据运动视频获取不同状态不同环境不同角度下的刀闸样本图像；制作对开式刀闸的实物模型，将实物模型放在不同环境下手动开合刀闸并拍摄视频，根据拍摄视频获取不同状态下的刀闸图像。


6.根据权利要求2所述的基于定位识别的对开式刀闸开合角度的计算方法，其特征在于，利用训练模型对目标图像进行检...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，汪辉，任大明，贾春芳，
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