基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法和系统技术方案

本发明专利技术结合视觉处理技术，采用非接触式的快速检测方法，使用摄像机拍摄与高压断路器动触头联动的检测对象的运动过程，对拍摄视频进行修复消除镜头畸变，还原真实坐标，通过计算分析得到高压断路器的分合闸速度。如此，摄像机采用无接触的方式对检测对象进行视频监控，提高试验过程的安全性，实现将检测过程简化，避免了对高压断路器工作的不利影响。通过摄像机镜头畸变参数的纠正，降低了摄像机的精度要求。相对现有的采用图像识别的断路器分合闸速度检测所需要的价值百万以上的高精度高速摄像机，本发明专利技术中可采用价值10万左右的摄像机进行拍摄，大大降低了成本需求。大大降低了成本需求。大大降低了成本需求。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法和系统


[0001]本专利技术涉及电力系统监控领域，尤其涉及一种基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法和系统。

技术介绍

[0002]高压断路器是电力系统中的关键设备之一，具有控制和保护系统的重要作用，其可靠性对电力系统安全稳定运行有重要影响。高压断路器的分合闸速度直接影响断路器开断、关合性能，只有保证适当的分合闸速度才能充分发挥其性能。因此精确测量、计算并分析高压断路器的分合闸速度具有重要意义。
[0003]由于高压断路器的动触头和静触头都封装于灭弧室中，无法直接测量其运动特性，断路器分、合闸速度的测量通常采用间接式测量方法，即通过传感器测量与动触头相连接的运动机构的速度，来间接获得断路器速度特性。目前，用于检测高压断路器分合闸速度的传感器主要为滑阻式位移传感器、光栅传感器和旋转编码器。使用上述传感器测量高压断路器的分合闸速度都有安装固定不便、传感器对断路器速度特性产生影响、大量测量时拆装耗时等缺点。
[0004]针对上述缺点，有些研究机构提出了基于图像识别的高压断路器速度特性检测方法，使用高速摄像机对高压断路器的运动部件进行拍摄，进行图像识别，获得运动部件的位移数据，然后根据位移时间得到速度曲线。
[0005]但是，由于高压断路器的分合闸运动行程较小，为了避免拍摄误差，必须采用高精度摄像机。现有技术中，采用价值百万以上的高精度摄像机对高压断路器的分合闸进行运动监测。由于所需摄像机的成本过高，导致图像识别难以实际应用到高压断路器的分合闸监测领域，限制了图像识别在高压断路器的分合闸监测领域的发展。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中由于摄像机成本过高限制了图像识别在高压断路器的分合闸监测领域的发展的缺陷，本专利技术提出了一种基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法和系统，可通过普通摄像机对高压断路器进行监测，大大降低了监测成本。
[0007]本专利技术的目的之一采用以下技术方案：
[0008]一种基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、在高压断路器分合闸动作时，通过摄像机拍摄检测对象，获得拍摄视频，将拍摄视频中的每一帧图像记作原图像；所述检测对象为与高压断路器的动触头联动的标记特征，所述检测对象设置在高压断路器的动触头上或者与动触头联动的运动部件上，所述检测对象在高压断路器分合闸动作过程中的运动轨迹位于所述摄像机的拍摄范围内；
[0010]步骤2、结合所述摄像机的镜头畸变参数对拍摄视频中的每一帧原图像进行去畸变处理，将去畸变后的原图像记作校正图像；
[0011]步骤3、对校正图像进行图像识别，并结合校正图像对应的原图像在拍摄视频中的
排列顺序获得检测对象的位移数据；
[0012]步骤4、根据检测对象的位移数据获得检测对象的运动速度，并根据检测对象的运动速度获得高压断路器的分合闸速度。
[0013]优选的，步骤2中对拍摄视频的每一帧图像进行去畸变处理的方法包括以下步骤：
[0014]步骤2.1、将拍摄视频分解后的图像记作原图像，将原图像的像素坐标系转换到相机坐标系；
[0015]步骤2.2、在相机坐标系下对原图像进行去畸变处理，对原图像像素点的位置进行校正，将校正后的图像从相机坐标系转回像素坐标系作为新图像；
[0016]步骤2.3、将新图像中的像素点逐一作为目标像素点，根据目标像素点在原图像中的像素值以及原图像中与目标像素点相邻的像素点的像素值对新图像中的目标像素点进行赋值，新图像中的像素点全部完成赋值后记作校正图像。
[0017]优选的，步骤2.3中，对新图像中的目标像素点进行赋值的公式为：
[0018]I2(u，v)＝I
a
+I
b
+I
c
+I
d
[0019]I
a
＝([w+1]‑
w)*([h+1]‑
h)*I1([h]，[w])
[0020]I
b
＝((w+1)
‑
w)*(h
‑
[h])*I1([h+1]，[w])
[0021]I
c
＝(w
‑
[w])*([h+1]‑
h)*I1([h]，[w+1])
[0022]I
d
＝(w
‑
[w])*(h
‑
[h])*I1([h+1]，[w+1])
[0023]y＝(u
‑
u0)/β
[0024]x＝(v
‑
v0)/α
[0025]h＝x*f
x
+u0[0026]w＝y
′
*f
y
+v0[0027]其中，I
a
、I
b
、I
c
、I
d
表示过渡参数，(u，v)表示新图像的像素坐标系，(h，w)表示原图像的像素坐标；I1(h，w)表示原图像I1中像素坐标为(h，w)的像素点的像素值，I2(u，v)表示像素坐标为(u，v)的目标像素点的像素值；
[0028](x，y)表示原图像I1的相机坐标系，(u0，v0)是摄像机的像素坐标系的原点，α、β是摄像机的拍摄图像在像素坐标系下u轴的比例因子，β是摄像机的拍摄图像在像素坐标系下v轴的比例因子；f
x
＝M(1，1)，f
y
＝M(2，2)，M表示摄像机的内部参数矩阵；(x
′
，y
′
)表示原图像I1中相机坐标为(x，y)的像素点去畸变处理后的相机坐标。
[0029]优选的，步骤3中，获得检测对象的位移数据的方法包括以下分步骤：
[0030]步骤3.1、根据拍摄视频中的原图像排列顺序，将校正图像组成高速图像序列，并将高速图像序列中的校正图像转换为灰度图像，将转换为灰度图像的校正图像记作灰度校正图像；
[0031]步骤3.2、通过基于灰度的模板匹配算法对高速图像序列中的灰度校正图像进行逐帧搜索，以获得检测对象的位移数据。
[0032]优选的，步骤1中的标记特征为颜色标记。
[0033]优选的，步骤4包括以下分步骤：
[0034]步骤4.1、获取检测对象在高速图像序列中每一张灰度校正图像中对应的像素点记作标记点；
[0035]步骤4.2、获取高速图像序列中相邻两张灰度校正图像中的标记点的坐标距离记
作图像行程s；
[0036]步骤4.3、将像素坐标系下的图像行程s转换为真实坐标系下的行程S，所述行程S即为时间t内检测对象的位移，t＝T/(N
‑
1)，T为摄像机的拍摄时间，N为拍摄视频中的原图像帧数；
[0037]步骤4.4、计算检测对象的瞬时运动速度v，v＝S/t。
[0038]优选的，步骤2中，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在高压断路器分合闸动作时，通过摄像机拍摄检测对象，获得拍摄视频，将拍摄视频中的每一帧图像记作原图像；所述检测对象为与高压断路器的动触头联动的标记特征，所述检测对象设置在高压断路器的动触头上或者与动触头联动的运动部件上，所述检测对象在高压断路器分合闸动作过程中的运动轨迹位于所述摄像机的拍摄范围内；步骤2、结合所述摄像机的镜头畸变参数对拍摄视频中的每一帧原图像进行去畸变处理，将去畸变后的原图像记作校正图像；步骤3、对校正图像进行图像识别，并结合校正图像对应的原图像在拍摄视频中的排列顺序获得检测对象的位移数据；步骤4、根据检测对象的位移数据获得检测对象的运动速度，并根据检测对象的运动速度获得高压断路器的分合闸速度。2.如权利要求1所述的基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法，其特征在于，步骤2中对拍摄视频的每一帧图像进行去畸变处理的方法包括以下步骤：步骤2.1、将拍摄视频分解后的图像记作原图像，将原图像的像素坐标系转换到相机坐标系；步骤2.2、在相机坐标系下对原图像进行去畸变处理，对原图像像素点的位置进行校正，将校正后的图像从相机坐标系转回像素坐标系作为新图像；步骤2.3、将新图像中的像素点逐一作为目标像素点，根据目标像素点在原图像中的像素值以及原图像中与目标像素点相邻的像素点的像素值对新图像中的目标像素点进行赋值，新图像中的像素点全部完成赋值后记作校正图像。3.如权利要求2所述的基于图像识别的高压断路器分合闸速度检测方法，其特征在于，步骤2.3中，对新图像中的目标像素点进行赋值的公式为：I2(u，v)＝I
a
+I
b
+I
c
+I
d
I
a
＝([w+1]
‑
w)*([h+1]
‑
h)*I1([h]，[w])I
b
＝((w+1)
‑
w)*(h
‑
[h])*I1([h+1]，[w])I
c
＝(w
‑
[w])*([h+1]
‑
h)*I1([h]，[w+1])I
d
＝(w
‑
[w])*(h
‑
[h])*I1([h+1]，[w+1])y＝(u
‑
u0)/βx＝(v
‑
v0)/αh＝x
′
*f
x
+u0w＝y
′
*f
y
+v0其中，I
a
、I
b
、I
c
、I
d
表示过渡参数，(u，v)表示新图像的像素坐标系，(h，w)表示原图像的像素坐标；I1(h，w)表示原图像I1中像素坐标为(h，w)的像素点的像素值，I2(u，v)表示新图像中像素坐标为(u，v)的目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏松，施雯，张晓明，章海斌，张纯，黄道均，马凯，刘鑫，黄伟民，陈旭东，贾凤鸣，李萌萌，张晨晨，张弛，彭翔天，刘锡禹，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：