一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法技术

本发明专利技术专利公开了一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，属于输电线路运行维护技术领域。包括：可进行多倍连续变焦视场自适应调节的图像采集系统；图像预处理方法；覆冰图像边缘提取及拟合；根据输电线路导线直径已知的先验知识可计算得到覆冰的长度和直径。

An image detection method of transmission line icing based on adaptive field of view

【技术实现步骤摘要】
一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法
本专利技术属于输电线路运行维护
，尤其涉及一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法。
技术介绍
架空导线电力输电线路建设在偏远的郊区，尤其在冬季会发生电力输电线路覆冰的情况，而输电线路结冰是影响电力系统安全运行的一个重要因素。电力输电线路在冰荷载、风荷载的共同作用下可能导致单个或级联塔故障、输电线路导线断裂等事故。为保证电力输电线路的安全运行，需要进行覆冰状态监控，在传统覆冰状态监控中，主要使用在线监控的方法进行覆冰状态监控，需提前将相关的测量传感器安装在杆塔上，其存在测量难度大、测量效率低下的特点。
技术实现思路
针对在覆冰状态监控所存在的难点，公开了一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征表现在如下步骤：图像拍摄设备采集输电线路覆冰的覆冰图像，对采集得到的原始覆冰图像进行覆冰定位和自适应调整，对自适应调整后重新采集的图像进行预处理，并对相关覆冰区域轮廓进行提取及拟合，根据图像中输电线缆直径与实际输电线缆实际直径的比例及图像中覆冰区域尺寸，得到覆冰区域长度和覆冰区域厚度并输出结果；通过对获取的覆冰图像进行覆冰定位、自适应调整焦距、对图像进行灰度和滤波处理、对图像中的覆冰轮廓进行提取拟合、根据图片中的输电线缆与实际输电线缆直径比例，最终得到实际的覆冰区域的数据，有助于通过图片测量得到覆冰图像数据，保证电力输电线路安全。进一步地，由于采集的图像要记录覆冰轮廓和利用输电线缆对图像进行修正等，因此所述的图像拍摄设备采集的输电线路的覆冰图像包含全部的覆冰轮廓以及覆冰区域两端的输电线缆。进一步地，图像拍摄设备从一个角度或多个角度采集的输电线路的一张或多张覆冰图像，由于覆冰处的轮廓表现为不规则的曲线，而输电线路导线则表现为两条大致相互平行的直线，将采集得到的覆冰图像进行多方向投影，记录其轮廓，采集得到的图像经过预处理、覆冰轮廓提取，实现定位。进一步地，对采集得到的原始覆冰图像进行覆冰定位，确定覆冰图像中的覆冰区域面积。进一步地，对采集得到的原始覆冰图像进行自适应调整，确定焦距调整倍数，根据工作距离和图像采集系统的最大焦距共同决定，覆冰区域面积在图像中所占的面积和原本设定的阈值进行对比比较，由此计算得出采集图像所需时合适的焦距，实现自适应调整视场；自适应调整确定的焦距倍数Mag具体方法如下：其中，A1H是变焦后覆冰图像成像靶面中心点远端距离，B1H为变焦后覆冰图像成像靶面中心点近端距离，A2H为变焦前覆冰图像成像靶面中心点远端距离，B2H为变焦前覆冰图像成像靶面中心点近端距离；D1，D2是原始目标成像尺寸，f0是变焦前间距，f1是变焦后间距，Se是目标期望尺寸，Scurrent是当下检测出的目标尺寸。进一步地，进行图像预处理包括图像灰度化处理和滤波处理；所述的灰度化处理具体为将图像的灰度化，其灰度值的计算公式如下：其中，(i,j)为图像中的任一坐标，gray(i,j)为在(i,j)处的求和平均值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)分别为图像转换前在(i,j)处的灰度值；根据所述的滤波处理具体采用双边滤波，获取检测目标领域像素值，然后规划图像双边滤波；双边滤波可以更好保留图像边缘信息，是一种基于空间分布的高斯滤波函数，保证了检测目标边缘像素值的保留，从而保证了目标尺寸测量的准确度；空间距离为：指当前点与中心点的欧氏距离。空间域高斯函数其数学形式为：其中(xi,yi)为当前点的位置，(xc,yc)为中心点灰度值，σ为空间域标准差。灰度空间为：指当前点灰度与中心灰度值的差的绝对值。值域高斯函数其数学形式为：其中，gray(xi,yi)为当前点灰度值，gray(xc,yc)为中心点灰度值，σ为值域标准差。进一步地，根据所述的覆冰区域轮廓进行提取和拟合，它包含输电线缆以及覆冰的轮廓的提取，具体采用Canny算子进行边缘检测和最小二乘拟合；所述的边缘检测方法具体为使用Canny算子进行边缘检测，具体由以下5个步骤组成：1)使用高斯滤波器滤除图像中的高斯噪声；2)计算图像中每个像素点的梯度强度和方向；3)应用非极大值抑制，以消除边缘检测带来的杂散响应；4)应用双阈值检测来确定真实和潜在的边缘；5)通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测；所述的最小二乘法进行直线拟合的具体步骤如下：1)拟合点选取；2)建立拟合曲线一般函数形式(直线函数形式：y＝ax+b)；3)联立方程组并进行求解；所建立的平方误差方程为：求解出一组a、b使平方误差和达到最小值。对a、b分别求偏导可联立方程组：由上述的方程组便可求出a、b。进一步地，主要利用输电线缆作为参照物，根据图像中输电线缆直径与实际输电线缆实际直径的比例，得到图像中像素点数量到实际尺寸的转化比例，根据图像中覆冰和输电线缆之间尺寸比例，计算得出实际覆冰区域的长度；具体计算公式如下：其中：R冰是实际覆冰区域长度，R线是输电线缆的实际直径，P冰是图像中的覆冰面积的最小外接矩形框的长度，单位为像素点数，P线是图像中的输电线缆直径，单位为像素点数。进一步地，主要利用输电线缆作为参照物，根据图像中输电线缆直径与实际输电线缆实际直径的比例，得出实际覆冰区域厚度，具体计算公式如下：其中：R1冰是实际覆冰区域厚度，R线是输电线缆的实际直径，P1冰是图像中的覆冰区域的最小外接矩形框的宽度，单位为像素点数，P线是图像中的输电线缆直径，单位为像素点数。进一步地，所述的图像中的覆冰面积的最小外接矩形框的长度P冰、覆冰区域的最小外接矩形框的宽度P1冰和图像中的输电线缆直径P线的获得方式，具体为：根据预处理和覆冰区域轮廓提取及拟合后的图像中的覆冰处和未覆冰输电线缆的灰度值的差异设置阈值，对图像进行二值化处理；由于图像中覆冰处的灰度值较大，设置阈值进行二值化后，得到保留覆冰的图像；利用图像输电线缆未覆冰处和覆冰处灰度值的差异，二值图像和二值化之前的图像分别进行与运算：将二值化处理的图像和二值化之前的图像进行与运算，得到不包含输电线缆未覆冰处，但保留了输电线缆覆冰处的图像；将二值化处理的图像和二值化之前的图像进行异或运算，得到不包含输电线缆覆冰处，但保留了输电线缆未覆冰处的图像；随后进行Canny边缘检测，检测覆冰的轮廓，利用拟合得到的直线轮廓计算直线之间的距离，得到所述的图像中的覆冰面积的最小外接矩形框的长度P冰、覆冰区域的最小外接矩形框的宽度P1冰和图像中的输电线缆直径P线。本专利技术的有益效果：输电线路覆冰会对电力系统的安全运行构成严重威胁。当输电导线覆冰过厚时，容易发生导线短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征表现在如下步骤：/n图像拍摄设备采集输电线路覆冰的覆冰图像，对采集得到的原始覆冰图像进行覆冰定位和自适应调整，对自适应调整后重新采集的图像进行预处理，并对相关覆冰区域轮廓进行提取及拟合，根据图像中输电线缆直径与实际输电线缆实际直径的比例及图像中覆冰区域尺寸，得到覆冰区域长度和覆冰区域厚度并输出结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征表现在如下步骤：
图像拍摄设备采集输电线路覆冰的覆冰图像，对采集得到的原始覆冰图像进行覆冰定位和自适应调整，对自适应调整后重新采集的图像进行预处理，并对相关覆冰区域轮廓进行提取及拟合，根据图像中输电线缆直径与实际输电线缆实际直径的比例及图像中覆冰区域尺寸，得到覆冰区域长度和覆冰区域厚度并输出结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征在于，所述的图像拍摄设备采集的输电线路的覆冰图像包含全部的覆冰轮廓以及覆冰区域两端的输电线缆。


3.根据权利要求1所述的一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征在于，所述的图像拍摄设备从一个角度或多个角度采集的输电线路的一张或多张覆冰图像。


4.根据权利要求1所述的一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征在于，对采集得到的原始覆冰图像进行覆冰定位，确定覆冰图像中的覆冰区域面积。


5.根据权利要求1中所述的一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征在于，对采集得到的原始覆冰图像进行自适应调整，确定焦距调整倍数，自适应调整确定的焦距倍数Mag具体方法如下：



其中，A1H是变焦后覆冰图像成像靶面中心点远端距离，B1H为变焦后覆冰图像成像靶面中心点近端距离，A2H为变焦前覆冰图像成像靶面中心点远端距离，B2H为变焦前覆冰图像成像靶面中心点近端距离。


6.根据权利要求1所述的一种基于视场自适应调节的输电线路覆冰图像检测方法，其特征在于，图像预处理包括图像灰度化处理和滤波处理；所述的灰度化处理具体为将图像的灰度化，其灰度值的计算公式如下：



其中，(i,j)为图像中的任一坐标，gray(i,j)为在(i,j)处的求和平均值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)分别为图像转换前在(i,j)处的灰度值；
所述的滤波处理具体采用双边滤波，获取检测目标领域像素值，然后规划图像双边滤波；
双边滤波可以更好保留图像边缘信息，是一种基于空间分布的高斯滤波函数，保证了检测目标边缘像素值的保留，从而保证了目标尺寸测量的准确度；
空间距离为：指当前点与中心点的欧氏距离。空间域高斯函数其数学形式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：卢泉，刘芃良，徐建立，胡立坤，杨振华，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45