[發(fā)明專利]一種基于圖像的輸電線覆冰狀態(tài)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010145761.8
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN101793501A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹治國;肖陽;馬舒慶;卓問;段西堯;鄢睿丞;熊嶷
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G06K9/54
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

1.一種基于圖像的輸電線覆冰狀態(tài)檢測方法，包括如下步驟：

(1)圖像獲取步驟，從成像設(shè)備中分別獲取尺寸大小一致的待處理輸電線覆冰圖像及其所對應(yīng)的輸電線未覆冰圖像；

(2)圖像預(yù)處理步驟，分別對待處理的輸電線覆冰與未覆冰圖像進(jìn)行各向異性擴(kuò)散平滑濾波；

(3)輸電線線體識別步驟，分別識別待處理輸電線覆冰與未覆冰圖像中的輸電線線體，具體過程如下：

(3.1)提取經(jīng)各項(xiàng)異性擴(kuò)散平滑濾波后的待處理輸電線圖像I(x，y)所對應(yīng)的邊緣梯度圖像E(x，y)；

其中，所述的邊緣梯度圖像E(x，y)通過索貝爾算子(Sobel)提取：

E(x,y)=((I(x,y)⊗ESV)2+(I(x,y)⊗ESH)2)]]>

其中表示卷積操作，ES_H與ES_V分別是Sobel算子的橫向與縱向模板；

(3.2)以閾值Ethd對上述邊緣梯度圖像E(x，y)進(jìn)行二值化操作，獲取二值化的邊緣梯度圖像T(x，y)：

其中，Ethd取[15，30]之間的整數(shù)；

(3.3)將T(x，y)中面積小于預(yù)定值MinArea且灰度值為255的連通域的灰度值置為0，其中預(yù)定值MinArea的取值范圍為[0.14，0.24]，單位為平方毫米；

(3.4)去除經(jīng)步驟(3.3)處理后的T(x，y)中長度不滿足要求的虛假輸電線目標(biāo)，即將經(jīng)步驟(3.3)處理后的T(x，y)中最小外接橢圓長軸長度小于寬度Width與預(yù)設(shè)比率Ratio的乘積Width×Ratio、且灰度值為255的連通域的灰度值置為0，其中，輸電線在圖像中沿水平方向分布，Width為輸電線圖像的寬度，其中預(yù)設(shè)比率Ratio的取值范圍為[0.5，0.8]；

(3.5)擴(kuò)張經(jīng)步驟(3.4)處理后的T(x，y)中灰度值為255的連通域所屬的最小外接矩形區(qū)域，獲取擴(kuò)張區(qū)域?qū)?yīng)于I(x，y)中的局部圖像Sub_i(x，y)，并對其進(jìn)行圖像分割：

設(shè)局部圖像Sub_i(x，y)的分割閾值為Thd_i，則Sub_i(x，y)的分割圖像Seg_i(x，y)為

其中，Thd_i由Otsu算法確定；

(3.6)將各分割圖像按照對應(yīng)像素點(diǎn)灰度值相加的方式疊加到經(jīng)步驟(3.4)處理后的T(x，y)中所對應(yīng)的區(qū)域上，并對疊加后的T(x，y)進(jìn)行二值化操作：

(3.7)按與步驟(3.3)相同的方法，去除經(jīng)步驟(3.6)處理后的T(x，y)中的小連通域，即將T(x，y)中面積小于預(yù)定值MinArea且灰度值為255的連通域的灰度值置為0；

(3.8)按與步驟(3.4)相同的方法，去除經(jīng)步驟(3.7)處理后的T(x，y)中長度不滿足要求的虛假輸電線目標(biāo)，即將T(x，y)中最小外接橢圓長軸長度小于寬度Width與預(yù)設(shè)比率Ratio的乘積Width×Ratio，且灰度值為255的連通域的灰度值置為0；

(3.9)對經(jīng)上述處理后的T(x，y)中灰度值為255的連通域進(jìn)行內(nèi)部孔洞填充，得到T(x，y)中灰度值為255的連通域，即為識別出的待處理輸電線覆冰與未覆冰圖像中的輸電線線體；

(4)輸電線覆冰厚度計(jì)算步驟，即根據(jù)上述識別結(jié)果，計(jì)算輸電線的覆冰厚度；

(4.1)利用質(zhì)心間的位置距離確定輸電線覆冰與未覆冰圖像中相匹配的輸電線，即對于輸電線覆冰圖像中的任一條輸電線WE_i，輸電線未覆冰圖像中與其質(zhì)心間距離最短的輸電線W_i即為其在未覆冰時的匹配輸電線；

(4.2)計(jì)算輸電線未覆冰圖像中各條輸電線與水平方向的夾角，且輸電線覆冰圖像中輸電線與水平方向的夾角與其匹配輸電線取相同的值；

(4.3)分別計(jì)算輸電線覆冰與未覆冰圖像中各條輸電線的平均徑向厚度；其中，輸電線的平均徑向厚度計(jì)算過程為：對于輸電線W_i或WE_i，首先利用步驟(4.2)的計(jì)算結(jié)果對T(x，y)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將輸電線調(diào)整到水平方向，接下來在垂直方向上計(jì)算輸電線在圖像各列上的厚度，最后將各列厚度值加權(quán)求平均，即得到輸電線的平均徑向厚度；

(4.4)利用(4.3)的計(jì)算結(jié)果，求取輸電線覆冰圖像中各條輸電線的覆冰厚度：

設(shè)任一覆冰輸電線WE_i的平均徑向厚度為TE_i，與之匹配的未覆冰輸電線W_i的平均徑向厚度為T_i，WE_i的覆冰厚度為PT_i，則PT_i＝TE_i-T_i；

(5)輸電線覆冰超限告警步驟，即根據(jù)上述計(jì)算出的輸電線覆冰厚度以及覆冰承載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，決定是否發(fā)出輸電線覆冰超限告警信號以及發(fā)出何種類型的告警信號。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像的輸電線覆冰狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述步驟(5)具體過程為：

a)如果0≤PT_i≤Ratio1*SPT_i，此時覆冰情況不嚴(yán)重，可不發(fā)出告警信號；

b)如果Ratio1*SPT_i＜PT_i≤Ratio2*SPT_i，此時覆冰情況較為嚴(yán)重，需對覆冰情況進(jìn)行密切的監(jiān)視，發(fā)出三級告警信號；

c)如果Ratio2*SPT_i＜PT_i≤Ratio3*SPT_i，此時覆冰情況已很嚴(yán)重，需對輸電線進(jìn)行除冰操作，發(fā)出二級告警信號；

d)如果PT_i＞Ratio3*SPT_i，此時覆冰情況非常嚴(yán)重，需立即對輸電線進(jìn)行除冰操作，發(fā)出一級告警信號，

其中，SPT_i為覆冰承載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)厚度，Ratio1，Ratio2和Ratio3分別為預(yù)定的覆冰程度判定參數(shù)。