一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，包含以下步骤：步骤1、图像预处理；步骤2、图像敏感区域的定位：步骤3、敏感区域投影计算；包含投影计算和标准投影数据的提取两步，步骤4、实时图像投影的相似度计算，本设计通过将图像采集设备的位置、角度及距离保持不变，即采集到的图像空间区域保持不变，使得隔离开关分合闸位置识别问题可转为触头在图像中的定位问题，进而通过图像定位技术实现隔离开关位置的准确识别。图像定位技术实现隔离开关位置的准确识别。图像定位技术实现隔离开关位置的准确识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法


[0001]本专利技术涉及电力
，具体是一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法。

技术介绍

[0002]在电力系统中，如果隔离开关分闸不到位，会造成安全事故隐患，如果合闸位置不到位，触头部分接触电阻增大，导致发热故障，若不能及时处理，可能造成严重的事故。传统技术手段需要人员现场目测判别确认，虽然当前图像识别技术也应用于隔离开关的位置判别中，但仍然存在着识别准确度不高的问题。
[0003]在实际工程中，基于图像识别的隔离开关触头状态识别技术已有应用，但是，存在工程实施成本高且图像识别算法的准确度有待提高的问题。
[0004]触头位置状态识别的基本流程如下：首先定位图像中隔离开关三相触头的位置，确定所要研究的A、B、C三相对应的三个敏感区域的位置；然后，分别计算标准分合闸图像中三个敏感区域的特征参量，作为标准特征参考；最后，计算实时图像中三个敏感区域的特征参量并与标准特征参量进行相似度运算，通过特征参量的相似度判断隔离开关触头状态。
[0005]在工程应用中，如果单台图像采集设备画面能够同时包含隔离开关的三相触头，则相比于单台设备只能采集一相触头，可有效节省材料费用。但是，如何通过算法在一幅画面中自动识别出三相触头的活动区域(即所关注的敏感区域)并定位敏感区域的位置，成为实现触头分合闸状态识别的首要问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，包含以下步骤：
[0009]步骤1、图像预处理：在图像采集设备安装完成后，分别采集隔离开关的标准分闸状态图像Io和标准合闸状态图像Ic。通过这两幅图像的差分运算，可以除去两幅图中相似的背景，从而得到相应的敏感区域；具体算法步骤是：(1)分别对Ic和Io进行灰度变换，得到灰度图像Ic1和Io1；(2)灰度图像Ic1和Io1分别相减，得到初步去除背景的图像Ic2、Io2(其中Ic2＝Ic1
‑
Io1，Io2＝Io1
‑
Ic1)；(3)采用二值化算法进一步去除背景信息，得到图像Ic3、Io3；
[0010]步骤2、图像敏感区域的定位：在图像处理中，图像的边缘是图像局部特征不连续性的反映，通过轮廓提取，能够对图像进行分割，轮廓面积可以作为轮廓识别的重要特征，所谓轮廓面积，即二值化图像中封闭轮廓坐标区域内像素点灰度值为255或0的像素点个数；具体算法步骤是：首先计算二值化图像Ic3中的所有轮廓，并对面积前3的轮廓进行排序，其对应的面积大小分别为：a1、a2、a3，即是对应的A、B、C三相的合闸轮廓面积，同时，还
可以得到对应的3个区域位置数据，这3个轮廓分别求其外接矩形，即可定位所关注的3个敏感区域；
[0011]步骤3、敏感区域投影计算；包含投影计算和标准投影数据的提取两步，
[0012]步骤4、实时图像投影的相似度计算：得到标准分、合闸状态敏感区域的水平、垂直投影，将其作为一组标准比对数据。在隔离开关的分合闸过程中，循环提取实时图像相应区域的投影，计算实时图像投影与标准比对投影的相似度，根据相似度，实现对触头位置的识别定位。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案，所述图像局部特征不连续性具体是灰度突变和颜色突变。
[0014]作为本专利技术的进一步技术方案，所述投影计算的步骤具体是：首先将图像二值化，使物体为白色，即像素点灰度值255，背景为黑色，即像素点灰度值0，然后，循环各行，依次判断每一列的像素值是否为白，统计该行所有的白像素的个数，即可得到一组个数为敏感区域行数的数列，则可得到水平投影，如果循环各列，依次判断每一行的像素值是否为白，统计该列所有白像素的个数，即可得到一组个数为敏感区域列出的数列，则可得到垂直投影。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案，所述标准投影数据的提取具体是：将A相合闸敏感区域的高度，即像素行数计为ha、宽度，即像素列数计为Wa，B相合闸敏感区域的高度计为hb、宽度计为Wb，C相合闸敏感区域的高度计为hc、宽度计为Wc，根据上述条件可以计算标准合闸图像中3个敏感区域的水平投影，3个数组分别记作：Pcha[na]、Pchb[nb]、Pchc[nc]，其中na、nb、nc是自变量，分别代表三个数组元素的顺序，即各区域对应的像素行序号，例如，Pcha[1]代表A相合闸区域第1行的白色的像素点的个数，1≤na≤ha，1≤nb≤hb，1≤nc≤hc。这3个数组作为水平投影的标准对比参量，计算标准合闸图像中3个敏感区域的垂直投影，3个数组分别记作：Pcva[ra]、Pcvb[rb]、Pcvc[rc]，其中ra、rb、rc是自变量，分别代表三个数组元素的顺序，即各区域对应的像素列序号。1≤ra≤wa，1≤rb≤wb，1≤rc≤wc。这3个数组作为垂直投影的标准对比参量，采用同样的方法，计算标准分闸状态下3个敏感区域的水平投影Poha[na]、Pohb[nb]、Pohc[nc]和垂直投影Pova[ra]、Povb[rb]、Povc[rc]，经过上述步骤，分别得到3个敏感区域各自在标准合闸状态和标准分闸状态的水平投影和垂直投影。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案，所述步骤4具体包括欧式距离计算、投影相似度计算、投影相似度的归一化、投影综合相似度的计算和触头运动方向的判别五个步骤。
[0017]作为本专利技术的进一步技术方案，所述欧式距离计算采用下述表达式：算式中，xi和yi分别表示两组n维向量数据中的第i个元素，即两组向量中的对应元素。
[0018]作为本专利技术的进一步技术方案，所述投影相似度计算具体步骤如下，首先对实时图像进行预处理，然后提取出对应敏感区域的水平投影数组P
’
cha[na]、P
’
chb[nb]、P
’
chc[nc]和垂直投影数组P
’
cva[ra]、P
’
cvb[rb]、P
’
cvc[rc]，以下以A相为例介绍，B、C两相的算法与A相一致：上式中，ha为A相敏感图像区域的高度。
[0019]作为本专利技术的进一步技术方案，所述投影相似度的归一化是对公式(2)的改进，改
进后的公式为：将Scha作为A合闸状态判别中水平投影的相似度，理想条件下上，当实时图像达到合闸状态时Scha为1，根据同样的方法，可以得到A相合闸状态垂直投影的相似度计算公式如下：上式中，wa为A相敏感图像区域的宽度。
[0020]作为本专利技术的进一步技术方案，所述投影综合相似度的计算具体是：通过公式3和公式4可以分别计算出实时图像与标准合闸图像的水平投影相似度和垂直投影相似度，可以将这2个相似度共同作为A相触头合闸状态判断的参量，采用A相合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、图像预处理：在图像采集设备安装完成后，分别采集隔离开关的标准分闸状态图像Io和标准合闸状态图像Ic。通过这两幅图像的差分运算，可以除去两幅图中相似的背景，从而得到相应的敏感区域；具体算法步骤是：(1)分别对Ic和Io进行灰度变换，得到灰度图像Ic1和Io1；(2)灰度图像Ic1和Io1分别相减，得到初步去除背景的图像Ic2、Io2(其中Ic2＝Ic1
‑
Io1，Io2＝Io1
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Ic1)；(3)采用二值化算法进一步去除背景信息，得到图像Ic3、Io3；步骤2、图像敏感区域的定位：在图像处理中，图像的边缘是图像局部特征不连续性的反映，通过轮廓提取，能够对图像进行分割，轮廓面积可以作为轮廓识别的重要特征，所谓轮廓面积，即二值化图像中封闭轮廓坐标区域内像素点灰度值为255或0的像素点个数；具体算法步骤是：首先计算二值化图像Ic3中的所有轮廓，并对面积前3的轮廓进行排序，其对应的面积大小分别为：a1、a2、a3，即是对应的A、B、C三相的合闸轮廓面积，同时，还可以得到对应的3个区域位置数据，这3个轮廓分别求其外接矩形，即可定位所关注的3个敏感区域；步骤3、敏感区域投影计算；包含投影计算和标准投影数据的提取两步，步骤4、实时图像投影的相似度计算：得到标准分、合闸状态敏感区域的水平、垂直投影，将其作为一组标准比对数据。在隔离开关的分合闸过程中，循环提取实时图像相应区域的投影，计算实时图像投影与标准比对投影的相似度，根据相似度，实现对触头位置的识别定位。2.根据权利要求1所述的一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，其特征在于，所述图像局部特征不连续性具体是灰度突变和颜色突变。3.根据权利要求1所述的一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，其特征在于，所述投影计算的步骤具体是：首先将图像二值化，使物体为白色，即像素点灰度值255，背景为黑色，即像素点灰度值0，然后，循环各行，依次判断每一列的像素值是否为白，统计该行所有的白像素的个数，即可得到一组个数为敏感区域行数的数列，则可得到水平投影，如果循环各列，依次判断每一行的像素值是否为白，统计该列所有白像素的个数，即可得到一组个数为敏感区域列出的数列，则可得到垂直投影。4.根据权利要求3所述的一种基于投影欧式距离的隔离开关分合闸位置图像识别方法，其特征在于，所述标准投影数据的提取具体是：将A相合闸敏感区域的高度，即像素行数计为ha、宽度，即像素列数计为Wa，B相合闸敏感区域的高度计为hb、宽度计为Wb，C相合闸敏感区域的高度计为hc、宽度计为Wc，根据上述条件可以计算标准合闸图像中3个敏感区域的水平投影，3个数组分别记作：Pcha[na]、Pchb[nb]、Pchc[nc]，其中na、nb、nc是自变量，分别代表三个数组元素的顺序，即各区域对应的像素行序号，例如，Pcha[1]代表A相合闸区域第1行的白色的像素点的个数，1≤na≤ha，1≤nb≤hb，1≤nc≤hc。这3个数组作为水平投影的标准对比参量，计算标准合闸图像中3个敏感区域的垂直投影，3个数组分别记作：Pcva[ra]、Pcvb[rb]、Pcvc[rc]，其中ra、rb、rc是自变量，分别代表三个数组元素的顺序，即各区域对应的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋亚凯，何国锋，刘豪，李佳佳，李明昊，段一，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：