[發明專利]基于灰度方差歸一化的輸電導線斷股檢測方法

有效

• 申請號: 201810428081.3
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108734704B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 黃新波;章小玲;劉新慧;劉成
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

1.一種基于灰度方差歸一化的輸電導線斷股檢測方法，其特征在于，按照以下步驟具體實施：

步驟1、順應太陽光照射方向獲取輸電線路導線的俯拍視頻圖像I1；對獲取的輸電導線俯拍視頻圖像I1進行灰度化處理；再對灰度化圖像進行中值濾波與直方圖均衡化處理，得到去噪增強后的灰度圖像I2，獲取圖像灰度分散度分布特征；

步驟2、對灰度圖像I2進行灰度方差歸一化處理，突出輸電導線圖像中的導線區域，灰度方差歸一化處理的具體步驟如下：

以尺寸為3*3的模板中心點為導向，依次遍歷整幅圖像各像素點，根據公式(1)計算遍歷模板內各像素點的灰度值均值、各遍歷點的方差及歸一化值：

其中，為模板內各像素點灰度值均值，Q_i為模版內第i個像素點的灰度值，根據公式(2)計算各處理單元灰度值方差：

其中，q₅為一個處理單元模板中重陰影像素點的灰度值方差，遍歷整幅圖像獲取原圖對應的完整灰度方差圖，通過公式(3)計算各坐標歸一化后的像素值：

其中，m_(x,y)為坐標(x,y)處歸一化后的像素值，設圖像尺寸為N×M，則x＝1,2,3,...,N，y＝1,2,3,...,M；q_max為灰度方差圖像灰度值的最大值；q_min為灰度方差圖像灰度值的最小值；q_(x,y)為像素點(x,y)處灰度方差圖像的灰度值，得到處理后的圖像I3；

步驟3、采用自適應閾值分割方法對圖像I3進行分割處理及形態學處理，通過圖像映射實現導線區域的準確獲取，并擬合輸電導線區域中軸線、1/4和3/4厚度軸線；

步驟4、根據擬合輸電導線區域中心軸、1/4和3/4厚度軸線從灰度圖像I2中獲取三條軸線的灰度值方波圖，具體步驟是：

4.1)沿著輸電導線的中軸線的方向逐點獲得灰度圖像I2對應位置的灰度值，得到輸電導線中軸線的灰度值分布圖，并同時記錄該軸線的對應灰度值最大點和最小點，分別記作n_max和n_min；

4.2)采用灰度值的最大值與最小值的均值(n_max+n_min)/2作為二值化的閾值，進行二值化處理，具體如下：

當灰度值大于該閾值時置1；灰度值小于等于該閾值時置0，具體判斷方式見公式(4)：

其中，圖像p表示最終獲取的二值化方波處理結果，其中單個Z字波形寬度用以表征單股導線的寬度；

4.3)對1/4和3/4厚度軸線重復步驟4.1)和步驟4.2)的操作，得到1/4和3/4厚度軸線處的二值化方波；

步驟5，為清晰表示圖像p中導線各軸線區域Z字波形寬度的整體分布，對導線各軸線方波的完整Z字波形寬度進行統計分析，得到導線單股導線寬度圖；當檢測寬度超過攝像機標定標準計算檢測精度，標識為非完好單股導線波形；若出現斷股，將中軸線、1/4和3/4厚度軸線中連續非完好單股導線波形檢測出的導線斷股根數的最大值作為輸電導線的實際斷股根數的檢測結果；

具體過程是：

以輸電導線完好導線外層單股導線橫向長度所占像素點個數round(w/sinα)為參考對象，按照攝像機標定標準計算檢測精度在圖像中占據像素點個數v，w表示攝像機標定獲取單股導線直徑長度在圖像中占像素點個數；α表示某個確定型號的輸電線路導線的外層單股導線具有的纏繞角度；

若Z字波形的寬度|P_i-round(w/sinα)|≤v，則將該Z字波形標識為完好單股導線波形；

若Z字波形的寬度|P_i-round(w/sinα)|＞v，則將該Z字波形標識為非完好單股導線波形即斷股，其中i為Z字波形個數的標識，假設整個波形中包含的Z字波形有k個；

為清晰表示輸電導線的整體斷股情況，分別計算所有連續的非完好單股導線波形的波形疊加寬度和H_f，其中f用以表示各導線軸線中連續非完好單股導線波形個數；

斷股輸電線路導線的Z字波形疊加結果在各相應的導線斷股區域出現明顯波峰，相應的斷股根數越多，其峰值越大，各連續非完好單股導線波形表征的斷股導線根數l_f，記為：l_f＝round[H_f/(round(w/sinα))]，

得到所有連續非完好單股導線波形表征的導線斷股根數的最大值，記三者中的斷股根數最大值為導線的實際斷股根數l_max，做為輸電導線的實際斷股根數的檢測結果。