一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法，包括：基于航拍图像中输电线路特征，对采集到的输电线航拍图像进行处理，从复杂多样的背景中快速有效地提取出完整的输电线路。主要步骤包括对航拍图像进行预处理，利用LSD算法初步提取图像的直线信息；随后利用二维EMD分解得到线路特征最明显、背景信息最简单的IMF，Canny边缘检测时在梯度方向上进行时插值，确定真正的边缘点，进一步滤除背景；最后利用Hough变换提取出电力线。本方法大幅度缩减了资源和时间的消耗，解决了传统人工巡检方法耗时耗力的问题，具有较高的工程应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉与输电线路巡检
，具体涉及一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法。

技术介绍

[0002]随着智能电网建设的高速发展，输电线路规模逐渐增大，给电网的安全运行带来了新的挑战，需要新型、高效的管理手段来保证电网输电线路安全。输电线路的巡检业务是电网设施运行保障的重要一环，主要是为了掌握输电线路的运行状况、能够及时发现电网相关设备缺陷和威胁线路安全的问题。
[0003]传统的人工巡线受地形地貌限制，效率低、成本较高且具有一定危险性。随着电网规模增大，人工测量方式已经无法满足输电线路巡检的覆盖面与即时性要求。随着小型无人机和高分辨率可见光相机的快速发展，通过无人机搭载可见光相机获取输电线路图像实现输电线通道环境巡检成为新的研究思路。这种方法兼顾了高效率、低成本、高自动化程度的优势。由于图像数据易受到拍摄环境、拍摄角度等多种因素影响，所获取的图像不是单纯的输电线路，大多含有复杂的背景。因此如何完整、有效地从航拍图像中提取输电线对于输电线路巡检领域具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法，实现输电线路的准确提取，降低巡检人员工作强度与危险系数，提高工作效率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术具体提供下述技术方案：
[0006]一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：利用无人机巡检采集输电线路图像；
[0008]步骤S2：对所述输电线路巡检图像进行预处理；
[0009]步骤S3：利用LSD算法对预处理后的所述输电线路巡检图像进行直线粗提取，以得到输电线路特征；
[0010]步骤S4：二维EMD算法提取所述输电线路特征最明显的分量图；
[0011]步骤S5：改进的Canny边缘检测算法提取所述分量图边缘特征；
[0012]步骤S6：基于形态学的Hough变换提取所述边缘特征中的电力线。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述对输电线路巡检图像进行预处理，包括：
[0014]步骤S201、灰度化处理：对输电线路巡检图像的RGB中R、G、B分量进行Gamma校正灰度化，具体计算公式为：
[0015][0016]灰度化后的图片记为img1
[0017]步骤S202、图像增强：对img1利用直方图均衡方法增强图像亮度和对比度，增强后
的图片记为img2
[0018]步骤S203、滤波去噪：利用线性滤波算法对img2进行去噪处理，处理后的图片记为img3
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，所述利用LSD算法对输电线路巡检图像进行直线粗提取，包括：
[0020]步骤S301、对图像img3进行高斯降采样，降采样比例S＝0.8。用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向。
[0021]步骤S303、进行梯度伪排序：在0和图像最大梯度幅值之间等间隔的、均匀的设置1024个桶，像素则根据其对应的梯度幅值分类到1024个桶当中。LSD首先将最大梯度的像素作为种子点，然后，从第二个bin当中选择种子点，如此依次进行直到耗尽所有的bin。
[0022]步骤S304、设置梯度阈值ρ＝5.23，梯度值小于ρ的点设置为USED，大于ρ的点设置为UNUSED。取出所有状态为UNUSED的点。
[0023]步骤S305、将排序列表中梯度幅值大的点作为种子点，以该点的水平线角度作为区域的初始角度θ
region
，然后在八邻域中寻找与θ
region
的偏差小于容忍值τ的点，然后将该点加入到区域中并更新θ
region
，更新方式为：
[0024][0025]上式中j遍历区域中的所有点。当区域中所有点的八邻域中都不满足与θ
region
的偏差小于容忍值τ时，此时停止生长。容忍值
[0026]粗提取后的图片记为img4。
[0027]作为本专利技术的一种优选方案，所述利用二维EMD算法提取所述输电线路特征分量图，包括：
[0028]步骤S401、设图像img4为f(x,y)，使得r
i
(x,y)＝f(x,y)。令j＝1，h
ij
(x,y)＝f(x,y)。
[0029]步骤S402、计算h
ij
(x,y)的极大值谱P
ij
和极小值谱Q
ij
,并绘制h
ij
(x,y)的上包络面U
max
(x,y)和下包络面L
min
(x,y)。
[0030]步骤S403、计算h
ij
(x,y)的均值包络面M
ij
(x,y)：
[0031]步骤S404、计算得到源图像的局部信息h
i(j+1)
(x,y)：h
i(j+1)
(x,y)＝h
ij
(x,y)
‑
M
ij
(x,y)
[0032]步骤S405、检查h
i(j+1)
(x,y)是否满足BIMF属性，通过停止条件SD来确定其是否满足BIFM的性质，根据经验，SD取0.24。
[0033]步骤S406、若h
i(j+1)
(x,y)不满足停止条件，则令j＝j+1，重新返回步骤S402进行操作，直到满足条件为止。
[0034]步骤S407、若h
i(j+1)
(x,y)满足要求，则令c
i
(x,y)＝h
i(j+1)
(x,y)，r
(i+1)
＝r
i
‑
h
i(j+1)
，i＝i+1。则c
i
(x,y)即为分解得到的第i个分量。
[0035]人工选择所有分量中输电线路特征最明显、背景信息最简单的分量图，记为img5
[0036]作为本专利技术的一种优选方案，所述利用改进Canny边缘检测算法提取所述分量图边缘特征，包括：
[0037]步骤S501、选用x方向，y方向，45
°
方向，13
°
方向的3*3Sobel算子计算图像梯度。
[0038]步骤S502、如图2所示，计算跨越梯度方向的两个相邻像素之间的梯度线性插值，如下式：
[0039]tan(θ)＝G
y
/G
x
[0040]G
I1
＝(1
‑
tan(θ))
×
I(i,j+1)+tan(θ)
×
I(i
‑
1,j+1)
[0041]G
I2
＝(1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Hough变换的快速提取输电线路的方法，其特征在于，包括：步骤S1：利用无人机巡检采集输电线路图像；步骤S2：对所述输电线路巡检图像进行预处理；步骤S3：利用LSD算法对预处理后的所述输电线路巡检图像进行直线粗提取，以得到输电线路特征；步骤S4：二维EMD算法提取所述输电线路特征的分量图；步骤S5：改进Canny边缘检测算法提取所述分量图边缘特征；步骤S6：基于形态学的Hough变换提取所述边缘特征中的电力线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述输电线路巡检图像进行预处理，包括：步骤S201、灰度化处理：对输电线路巡检图像的RGB中R、G、B分量进行Gamma校正灰度化，具体计算公式为：灰度化后的图片记为img1步骤S202、图像增强：对img1利用直方图均衡方法增强图像亮度和对比度，增强后的图片记为img2步骤S203、滤波去噪：利用联合双边滤波算法对img2进行去噪处理，处理后的图片记为img3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用LSD算法对预处理后的所述输电线路巡检图像进行直线粗提取，以得到输电线路特征，包括：步骤S301、对图像img3进行高斯降采样，降采样比例S＝0.8。用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向。步骤S303、进行梯度伪排序：在0和图像最大梯度幅值之间等间隔的、均匀的设置1024个桶，像素则根据其对应的梯度幅值分类到1024个桶当中。LSD首先将最大梯度的像素作为种子点，然后，从第二个bin当中选择种子点，如此依次进行直到耗尽所有的bin。步骤S304、设置梯度阈值ρ＝5.23，梯度值小于ρ的点设置为USED，大于ρ的点设置为UNUSED。取出所有状态为UNUSED的点。步骤S305、将排序列表中梯度幅值大的点作为种子点，以该点的水平线角度作为区域的初始角度θ
region
，然后在八邻域中寻找与θ
region
的偏差小于容忍值τ的点，然后将该点加入到区域中并更新θ
region
，更新方式为：上式中j遍历区域中的所有点。当区域中所有点的八邻域中都不满足与θ
region
的偏差小于容忍值τ时，此时停止生长。容忍值粗提取后的图片记为img4。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维EMD算法提取所述输电线路特征的分量图，包括：步骤S401、设图像img4为f(x,y)，使得r
i
(x,y)＝f(x,y)。令j＝1，h
ij
(x,y)＝f(x,y)。步骤S402、计算h
ij
(x,y)的极大值谱P
ij
和极小值谱Q
ij
,并绘制h
ij
(x,y)的上包络面U
max
(x,y)和下包络面L
min
(x,y)。步骤S403、计算h
ij
(x,y)的均值包络面M
ij
(x,y)：步骤S404、计算得到源图像的局部信息h
i(j+1)
(x,y)：h
i(j+1)
(x,y)＝h
ij
(x,y)
‑
M
ij
(x,y)步骤S405、检查h
i(j+1)
(x,y)是否满足BIMF属性，通过停止条件SD来确定其是否满足BIFM的性质，根据经验，SD取0.24。步骤S406、若h
i(j+1)
(x,y)不满足停止条件，则令j＝j+1，重新返回步骤S402进行操作，直到满足条件为止。步骤S407、若h
i(j+1)
(x,y)满足要求，则令c
i
(x,y)＝h
i(j+1)
(x,y)，r
(i+1)
＝r
i
‑
h
i(j+1)
，i＝i+1。则c
i
(x,y)即为分解得到的第i个分量。人工选择所有分量中输电线路特征最明显、背景信息最简单的分量图，记为img5。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改进Canny边缘检测算法提取所述分量图边缘特征，包括：步骤S501、选用x方向，y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奎，李广，徐必强，王林林，刘晓，贾立娇，方永丽，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：