[發明專利]利用視頻圖像處理技術定位輸電線路間隔棒的方法

有效

• 申請號: 201310048522.4
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103177241A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 孫鳳杰;趙孟丹;范杰清
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于數字視頻圖像處理及輸電線路在線監測技術領域。特別涉及一種利用視頻圖像處理技術定位輸電線路間隔棒的方法，具體說是對輸電線路進行在線監測時的遠程數字視頻圖像的識別和定位，包括對輸電線路間隔棒圖像的規格化、方向場求取、模板匹配等一系列圖像處理技術，能夠對輸電線路間隔棒圖像進行自動處理和識別，提取輸電線路中間隔棒的位置信息。

背景技術

輸電線路間隔棒是分裂導線間的支撐設備，使分裂導線的子導線間保持一定的間隔距離。作為輸電線路的重要設備之一，間隔棒是獲取導線弧垂、舞動以及線下生長物等狀態參數的可靠參照物。

目前對輸電線路間隔棒位置信息進行提取所采用的技術手段，主要是采用經緯儀或是地面激光雷達技術。而現有監測手段需要工作人員深入實地作業，在作業人員難以到達的坎坷路段難以準確完成監測工作，而且測試時間長。采用圖像處理技術對輸電線路間隔棒進行識別定位是一種非常直觀、簡便的方法，國內外學者已經開始了相關研究。其中，Wai?Ho?Li等人以普通照相機從輸電線路側面拍攝的輸電線路圖像為研究目標，將輸電導線視為直線并采用模板匹配方法對其進行定位，結合圖像中間隔棒和導線間粘連接觸點的特點，采用Gabor濾波實現間隔棒定位，該算法針對小視野、背景簡單的圖像能夠得到理想的定位結果，但在輸電線路弧垂大和背景復雜時效果不佳。李俊芳等人提出以安裝在桿塔上的攝像機拍攝的視頻圖像為研究對象，采用歸一化相關匹配的算法，結合金字塔分層搜索進行間隔棒的匹配定位，該方法采用全像素歸一化匹配計算，算法計算量大、耗時較高，導致匹配算法時效性差。

本發明基于遠程數字視頻圖像技術，采用安裝在桿塔上的攝像機拍攝輸電線路現場視頻，以傳送到監控中心的輸電線路視頻流中截取的數字圖像為研究對象，采用一種新的算法實現對輸電線路間隔棒的自動識別和定位，該方法通過方向場定位輸電線路目標區域，并將直方圖和歸一化相關匹配算法相結合，用于間隔棒中心定位。該算法能夠更加實時、準確的定位輸電線路中的間隔棒，為保證電力生產安全提供了一種更準確高效的手段，有著非常重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用視頻圖像處理技術定位輸電線路間隔棒的方法，其特征在于，該方法為一種基于遠程數字視頻圖像處理技術的輸電線路間隔棒識別和定位方法；通過架設在桿塔上的攝像頭采集輸電線路視頻信號、經過視頻服務器將其通過傳輸通道以視頻流的方式實時傳送回監控中心，從傳送到監控中心的輸電線路視頻流中截取含有間隔棒的數字圖像，采用基于方向場的快速模板匹配算法進行輸電線路圖像目標區域定位和間隔棒匹配定位，以簡化定位算法的復雜度，提高定位的準確性和實時性，為輸電線路狀態信息的提取提供參考信息；具體步驟如下：

1)?通過架設在桿塔上的攝像頭采集輸電線路視頻信號，從輸電線路視頻信號中截取含有間隔棒的原始圖像；

2)從原始圖像中截取待定位的間隔棒模板圖像；

3)對原始圖像依次進行規格化、方向場求取、各向一致性計算和區域標記的圖像處理，獲取區域標記中圖像各向一致性值大于等于最大值96%的區域；

4)對標記區域進行按行列掃描的方式進行間隔棒的模板匹配，以第2步截取得到的間隔棒圖像為模板，匹配系數以匹配子圖左上角像素坐標為索引，選取最大匹配系數所在的像素坐標為最佳匹配位置，以最佳匹配位置所在子圖像的中心坐標作為間隔棒的中心定位點；

5)重復進行第3、4步，經多次處理、匹配后，選取匹配結果中出現概率最大的坐標為間隔棒定位點。

所述規格化是對原始圖像進行常規的像素規格處理，消除圖像灰度差異的影響，是為后續方向場求取進行的預處理過程。

所述方向場求取是采用平方梯度算法，采用圖像分塊方法計算圖像子塊的梯度向量和方向角，進而求取圖像整體平方梯度方向場。

所述各向一致性計算和區域標記，是對圖像方向場的各向一致性數值進行計算，以圖像各向一致性最大值的96%為閾值，?選取各向一致性值大于等于該閾值的區域進行鎖定，并標記為目標區域。

所述模板匹配是采用基于直方圖和歸一化相關的快速模板匹配算法，將直方圖聯合閾值匹配和歸一化相關匹配相結合，減少匹配計算的復雜度。直方圖聯合閾值匹配算法是采用歐式距離和相交函數將模板直方圖與匹配子區域的直方圖進行相似度計算，以提高算法的實時性和準確性。