一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法技术

本发明专利技术提出一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，包括：采集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对开式刀闸的目标图像并进行边缘检测，获取边缘线集合；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并进行对称配对，确定最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线；计算左右刀闸臂之间的夹角。本发明专利技术解决了对开式刀闸在实际使用中难以快速准确检测是否开合到位的问题，提高检测精度。

A method of detecting the opening and closing angle of the double opening knife gate based on the central line model

【技术实现步骤摘要】
一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法
本专利技术涉及图像识别
，特别涉及一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法。
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，会出现刀闸开合不到位的情形，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。此外，由于拍摄环境影响，图像中刀闸臂边缘模糊，影响检测效果，无法准确检测左右刀闸臂之间的角度。
技术实现思路
为了解决现有技术中难以快速准确检测对开式刀闸是否开合到位的问题，本专利技术提出一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，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，对目标图像进行边缘检测，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并进行对称配对，确定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。优选的是，“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虚合或打开状态，根据实际左右刀闸臂的上下边界进行描边。优选的是，“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；根据两个左侧端点和两个右侧端点获取左中点和右中点，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；当模板图像中刀闸是虚合或打开状态，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；根据两个左侧端点和两个右侧端点获取左中点和右中点，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。优选的是，“根据模型文件计算刀闸臂中线”的方式为：当模板图像中刀闸是闭合状态，获取采集模板图像的相机的畸变系数，并根据模板图像尺寸计算相机矩阵camera_matrix=[focal_length,0,center.x;0,focal_length,center.y;0,0,1]，其中focal_length为模板图像宽度，center.x和center.y分别为模板图像中点的x坐标和y坐标；根据所述两个左侧端点和两个右侧端点获取设备采集时相对于刀闸的坐标位置，设备的Z轴在模板图像上的投影方向为刀闸臂的中线方向，结合刀闸臂的中点确定刀闸臂的中线；当模板图像中刀闸是虚合或打开状态，根据所述左中点和左刀闸臂上下边界线的平均斜率获取左中心线，根据所述右中点和右刀闸臂上下边界线的平均斜率获取右中心线，左中心线和右中心线延长形成一个交点；通过该交点和所述中点的连线为刀闸臂的中线。优选的是，“当刀闸是虚合或打开状态，根据模型文件计算刀闸臂中线”的另一种方式为：根据所述左中心线和左刀闸臂的右侧边的交点获取左刀闸臂的右侧中点，根据所述右中心线和右刀闸臂的左侧边的交点获取右刀闸臂的左侧中点，根据左侧中点、右侧中点、左中点和右中点获取设备采集时相对于刀闸的坐标位置，设备的Z轴在模板图像上的投影方向为刀闸臂的中线方向，结合刀闸臂的中点确定刀闸臂的中线；左刀闸臂的右侧边为左刀闸臂的上下边界线的两个右侧端点的连线，右刀闸臂的左侧边为右刀闸臂的上下边界线的两个左侧端点的连线。优选的是，所述“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”方式为：计算目标图像的刀闸臂的左中点到每条边缘线的距离，计算目标图像的刀闸臂的右中点到每条边缘线的距离；给定左距离阈值和右距离阈值，获取到左中点的距离在左距离阈值内的边缘线，获取到右中点的距离在右距离阈值内的边缘线，在左距离阈值和右距离阈值内的边缘线为更新边缘线集合。优选的是，“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”的具体方式为：将根据模型文件计算的刀闸臂的中点和中线直接对应到目标图像中，在目标图像上计算以中点为起点的垂直于中线且方向向右或方向向左的单位方向向量遍历更新边缘线集合中的边缘线，对其中任一条边缘线的两个端点记作T1和T2，将T1与中点的向量记作将T2与中点的向量记作计算和对于方向向右的单位方向向量若则T1在中线右侧，否则在中线左侧，若则T2在中线右侧，否则中线左侧；对于方向向左的单位方向向量若则T1在中线左侧，否则在中线右侧，若则T2在中线左侧，否则中线右侧；若T1和T2均在中线左侧，则该边缘线为左刀闸臂边缘线，若T1和T2均在中线右侧，则该边缘线为右刀闸臂边缘线，若T1和T2分别在中线两侧，计算该边缘线以中线为分割线的左右线段长度，该边缘线为左右侧线段较长侧的边缘线；如此获取左刀闸臂边缘线集合和右刀闸臂边缘线集合。优选的是，“将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，确定最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线”的方式为：给定角度阈值，对于左刀闸臂边缘线集合中的任一条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，其特征在于，包括：/n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，对目标图像进行边缘检测，获取边缘线集合；/n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；/n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，确定最终的左刀闸臂边缘线和右刀闸臂边缘线；/n计算左刀闸臂和右刀闸臂之间的夹角；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，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，对目标图像进行边缘检测，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并进行对称配对，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所述的基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，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虚合或打开状态，根据实际左右刀闸臂的上下边界进行描边。


3.根据权利要求1所述的基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，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；根据两个左侧端点和两个右侧端点获取左中点和右中点，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；
当模板图像中刀闸是虚合或打开状态，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；根据两个左侧端点和两个右侧端点获取左中点和右中点，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。


4.根据权利要求3所述的基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，其特征在于，“根据模型文件计算刀闸臂中线”的方式为：当模板图像中刀闸是闭合状态，获取采集模板图像的相机的畸变系数，并根据目标图像尺寸计算相机矩阵camera_matrix=[focal_length,0,center.x;0,focal_length,center.y;0,0,1]，其中focal_length为模板图像宽度，center.x和center.y分别为模板图像中点的x坐标和y坐标；根据所述两个左侧端点和两个右侧端点获取设备采集时相对于刀闸的坐标位置，设备的Z轴在模板图像上的投影方向为刀闸臂的中线方向，结合刀闸臂的中点确定刀闸臂的中线；
当模板图像中刀闸是虚合或打开状态，根据所述左中点和左刀闸臂上下边界线的平均斜率获取左中心线，根据所述右中点和右刀闸臂上下边界线的平均斜率获取右中心线，左中心线和右中心线延长形成一个交点；通过该交点和所述中点的连线为刀闸臂的中线。


5.根据权利要求4所述的基于中线模型的对开式刀闸开合角度检测方法，其特征在于，“当刀闸是虚合或打开状态，根据模型文件计算刀闸臂中线”的另一种方式为：根据所述左中心线和左刀闸臂的右侧边的交点获取左刀闸臂的右侧中点，根据所述右中心线和右刀闸臂的左侧边的交点获取右刀闸臂的左侧中点，根据左侧中点、右侧中点、左中点和右中点获取设备采集时相对于刀闸的坐标位置，设备的Z轴在模板图像上的投影方向为刀闸臂的中线方向，结合刀闸臂的中点确定刀闸臂的中线；左刀闸臂的右侧边为左刀闸臂的上下边...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，任大明，
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