[發明專利]一種基于紅外圖像溫度分布規律和BP神經網絡的絕緣子串故障檢測方法

有效

• 申請號: 201710667411.X
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107507194B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 肖立軍;鄒國惠;裴星宇;李翔;莫玲;毛強;尹永利;李晨熙;韓玉龍;馬清
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司珠海供電局
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06K9/62;G06N3/04;G06T7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于紅外圖像溫度分布規律和BP神經網絡的絕緣子串故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.通過手動取點和顏色空間轉換提取紅外圖像中絕緣子串所在矩形目標區域；

S2.基于Otsu’s算法對目標區域進行二值化，分割目標區域；并基于中心線隨機選取若干絕緣子盤面和鋼帽的交點確定特征點，將圖像坐標系的計算中心從圖像左上角移動至圖像矩陣中心，進行Hough變換，確定傾斜角，將絕緣子旋轉至豎直方向；

S3.將絕緣子豎直旋轉后，統計圖像像素值信息，利用鋼帽和盤面的長度關系，并考慮紅外圖像存在邊緣性模糊問題，獲取部件特征信息，提取絕緣子串中所有鋼帽和盤面所在區域；

S4.根據分割結果和圖像溫度矩陣獲取分割區域所包含像素的溫度值；

S5.利用K-means聚類算法剔除分割結果中的背景像素溫度數據；

S6.計算每個區域溫度平均值，形成溫度特征向量；

S7.建立以溫度特征向量為輸入、以運行狀態為輸出的基于BP神經網絡的絕緣子串故障診斷模型；

所述步驟S1中，目標區域選取通過手動取點和顏色空間轉換實現，具體步驟如下：

(1)在絕緣子串矩形目標區域四個頂點處分別用紅色圓點標記，標記完成后用紅色實線順次連接四個頂點，形成一個包圍絕緣子串的矩形區域；

(2)將原圖像由RGB顏色空間轉換為HSV顏色空間，HSV顏色空間中，矩形區域邊界的飽和度S維度值為1，利用此特點提取邊界；

(3)利用Otsu’s法對圖像進行二值化處理，并用像素值1填充邊界所形成的矩形孔洞；

(4)將填充處理后的圖像與原圖像作點乘，得到絕緣子串矩形目標區域；

所述步驟S2中，對目標區域進行二值化與Hough變換處理，具體步驟如下：

(1)基于Otsu’s算法對經提取處理后的圖像二值化處理，并使用數學形態學方法進行骨骼化處理，分割目標區域；

(2)基于中心線隨機選取絕緣子盤面與中軸線相交的點作為特征點，并對特征點進行Hough變換；

(3)Hough變換后，檢測特征點構成的直線即絕緣子串的中軸線，并求出該直線與豎直方向的夾角即為θ，將絕緣子旋轉至豎直方向；

所述步驟S2中，旋轉處理將絕緣子串旋轉至圖像中的豎直方向，具體步驟如下：

(1)將圖像矩陣坐標原點有左上角移動至中心位置，公式如下：

其中h為紅外圖像豎直方向像素數，w為水平方向像素數；

(2)以原點為中心對圖像進行旋轉，旋轉角度為絕緣子串與豎直方向之間的夾角θ，公式如下：

(3)將圖像矩陣原點由中心重新移動至左上角位置；

(4)原圖像坐標經旋轉處理后，將其對應的新坐標保存于矩陣pix-i和pix-j，其中pix-i中保存行坐標，pix-j中保存列坐標；

(5)判斷坐標矩陣中的值是否屬于原圖像的坐標，即pix-i中的行坐標值是否屬于區間[1,h]，pix-j中的列坐標值是否屬于區間[1,w]，若屬于，則利用該坐標對與其對應的灰度值形成旋轉后的目標區域圖像；

(6)對旋轉后的圖像使用形態學閉操作，以消除旋轉過程中因坐標取整形成的細小孔洞；

所述步驟S3中，統計旋轉處理后圖像的像素值特征信息，具體步驟如下：

(1)逐行掃描旋轉后的圖像，統計每行中像素值連續為1的長度d，并將該長度值保存于矩陣D(i,j)，其位置為連續終止對應的坐標，矩陣中其它值均為0；

(2)統計D(i,j)中每個長度d出現的次數，并按從小到大的順序保存于行向量P(n)，n為長度d的最大值；

(3)根據絕緣子串的特點，矩形目標區域中，P(n)出現次數最多的即為絕緣子鋼帽和盤面的特征長度，d-mao和d-pan

所述步驟S3中，提取絕緣子串中所有鋼帽和盤面所在區域，具體步驟為，尋找矩陣D(i,j)中長度值等于鋼帽與盤面的長度極值d-mao和d-pan的位置，并將從該位置處開始向左延伸至長度極值處的像素值賦為1，從而分別獲得絕緣子鋼帽和盤面所在區域二值圖像；

所述步驟S4中，分割區域所包含像素的溫度值的獲取，具體步驟如下：

(1)分別標記鋼帽和盤面的每個連通區域，其個數為絕緣子串中所包含絕緣子片的個數；

(2)每個連通區域所包含的坐標為旋轉處理后的坐標，利用矩陣pix-i和pix-j求得原始圖像中對應的坐標，分別保存于原始坐標矩陣mao-org-i、mao-org-j、pan-org-i和pan-org-j中，其中i,j分別代表行坐標、列坐標，每個連通區域所包含的像素個數不同，因此其對應的矩陣維數也不同；

(3)通過紅外熱像儀分析軟件輸出原始紅外圖像的溫度矩陣T；

(4)利用原始坐標矩陣和溫度矩陣獲得原始圖像中每個鋼帽和盤面區域所包含像素的溫度值。