本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的覆冰災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用Hough變換與函數(shù)擬合的導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

國民經(jīng)濟(jì)增長對(duì)電力具有高度的依賴性，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)增長也會(huì)促進(jìn)用電量需求的增大。電力行業(yè)是氣象高敏感性和高需求性行業(yè)，其生產(chǎn)、建設(shè)、運(yùn)營受環(huán)境氣象因素影響極大。隨著電網(wǎng)大規(guī)模的建設(shè)與發(fā)展，遠(yuǎn)距離、大容量的輸電線路不可避免的要經(jīng)過高寒、高海拔、高濕度、強(qiáng)降水地區(qū)或盆地、分水嶺等特殊微地形造成的微氣象地區(qū)，極易引發(fā)輸電線路覆冰災(zāi)害，且全球氣候變暖導(dǎo)致的極端異常氣候頻發(fā)，更加重了線路覆冰災(zāi)害，人們對(duì)線路覆冰問題的關(guān)注也越來越多。

目前，國內(nèi)多已開展了導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法的相關(guān)研究，但是，由于覆冰圖像對(duì)比度低、灰度級(jí)變化復(fù)雜且受各種背景噪聲的影響，使導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法研究存在覆冰導(dǎo)線邊緣識(shí)別不精確、獲取覆冰厚度精度差、計(jì)算量大等問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)覆冰導(dǎo)線邊緣識(shí)別不精確，輸電線路所經(jīng)區(qū)域多為山地、丘陵等人跡罕至的地區(qū)，成像背景復(fù)雜，導(dǎo)致圖像灰度級(jí)變化復(fù)雜且受圖像背景噪聲的影響，導(dǎo)致讀取導(dǎo)線邊緣像素差困難。

(2)獲取覆冰厚度精度差，覆冰受風(fēng)速、風(fēng)向、降水等微氣象的影響，導(dǎo)致覆冰導(dǎo)線表面形狀變化復(fù)雜，覆冰導(dǎo)線成像后并不是規(guī)則的直線輪廓，且受圖像星點(diǎn)噪聲的影響，使識(shí)別的覆冰厚度精度較差。

(3)計(jì)算量大，覆冰導(dǎo)線表面不規(guī)則，通過讀取不同部位的像素差求平均值、獲取像素差再進(jìn)行加權(quán)平均等方法計(jì)算覆冰厚度，為了提高識(shí)別導(dǎo)線邊緣精度需要提高圖像分辨率，必然導(dǎo)致計(jì)算量大。

(4)缺乏專業(yè)、可自動(dòng)提取覆冰厚度的圖像識(shí)別方法，現(xiàn)有的圖像識(shí)別方法有待修正，且無法支持更深層次的開發(fā)和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于Hough變換與函數(shù)擬合的導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種利用Hough變換與函數(shù)擬合的導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取裸導(dǎo)線彩色圖像，并對(duì)所述彩色圖像進(jìn)行處理，得到裸導(dǎo)線像素直徑；

步驟2：獲取覆冰導(dǎo)線彩色圖像，并對(duì)所述彩色圖像進(jìn)行處理，得到覆冰導(dǎo)線像素直徑；

步驟3：基于裸導(dǎo)線像素直徑與裸導(dǎo)線直徑計(jì)算像素長度比，結(jié)合覆冰導(dǎo)線像素直徑，計(jì)算覆冰導(dǎo)線直徑，最后得到覆冰厚度。

作為優(yōu)選，步驟1中所述對(duì)所述彩色圖像進(jìn)行處理，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟1.1：將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；

步驟1.2：將灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，得到灰度圖像邊緣；

步驟1.3：通過Hough變換粗略識(shí)別灰度圖像邊緣中的導(dǎo)線邊緣，得到裸導(dǎo)線邊緣；

步驟1.4：根據(jù)一次線性函數(shù)y＝kx+b，分別對(duì)裸導(dǎo)線邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘擬合，得到裸導(dǎo)線邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)坐標(biāo)方程，進(jìn)而提取精確的裸導(dǎo)線邊緣；其中，(x,y)表示圖像的像素坐標(biāo)，k為斜率，b為截距；

步驟1.5：根據(jù)裸導(dǎo)線邊緣像素坐標(biāo)方程，計(jì)算裸導(dǎo)線像素直徑。

作為優(yōu)選，步驟2中所述對(duì)所述彩色圖像進(jìn)行處理，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟2.1：將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；

步驟2.2：將灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，得到灰度圖像邊緣；

步驟2.3：通過Hough變換粗略識(shí)別灰度圖像邊緣中的導(dǎo)線邊緣，得到覆冰導(dǎo)線邊緣；

步驟2.4：根據(jù)一次線性函數(shù)y＝kx+b，分別對(duì)覆冰導(dǎo)線邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘擬合，得到覆冰導(dǎo)線邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)坐標(biāo)方程，進(jìn)而提取精確的覆冰導(dǎo)線邊緣；其中，(x,y)表示圖像的像素坐標(biāo)，k為斜率，b為截距；

步驟2.5：根據(jù)覆冰導(dǎo)線邊緣像素坐標(biāo)方程，計(jì)算覆冰導(dǎo)線像素直徑。

作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟3.1：基于裸導(dǎo)線像素直徑與裸導(dǎo)線直徑計(jì)算像素長度比，其計(jì)算公式為：

其中，p為像素長度比，D₀為裸導(dǎo)線直徑，I₀為裸導(dǎo)線像素直徑。

步驟3.2：結(jié)合覆冰導(dǎo)線像素直徑，計(jì)算覆冰導(dǎo)線直徑；其計(jì)算公式為：

D₁＝p·I₁

其中，D₁為覆冰導(dǎo)線直徑，I₁為覆冰導(dǎo)線像素直徑。

步驟3.3：計(jì)算覆冰厚度，其計(jì)算公式為：

其中，d為覆冰厚度。

本發(fā)明受圖像背景與噪聲影響小，可極大提高圖像識(shí)別覆冰厚度的精度，降低覆冰災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)造成的損失。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例的流程圖；

圖2：本發(fā)明實(shí)施例的覆冰厚度計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)見圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種利用Hough變換與函數(shù)擬合的導(dǎo)線覆冰厚度圖像識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟1：通過固定位置、固定角度的相機(jī)先后拍攝裸導(dǎo)線與覆冰導(dǎo)線，得到裸導(dǎo)線彩色圖像與覆冰導(dǎo)線彩色圖像。

步驟2：將裸導(dǎo)線彩色圖像與覆冰導(dǎo)線彩色圖像分別進(jìn)行灰度處理，得到裸導(dǎo)線灰度圖像與覆冰導(dǎo)線灰度圖像，即將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，降低了圖像灰度級(jí)變化種類，進(jìn)而簡化了圖像計(jì)算量。

步驟3：根據(jù)Canny算子邊緣檢測算法，將灰度處理后得到的灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，得到灰度圖像的邊緣。

步驟4：通過Hough變換粗略識(shí)別圖像邊緣中的導(dǎo)線邊緣，分別得到裸導(dǎo)線圖像與覆冰導(dǎo)線圖像的導(dǎo)線邊緣。

步驟5：根據(jù)一次線性函數(shù)，對(duì)導(dǎo)線邊緣像素點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘擬合，分別得到裸導(dǎo)線與覆冰導(dǎo)線邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)坐標(biāo)方程，進(jìn)而提取精確的導(dǎo)線邊緣。

步驟6：根據(jù)導(dǎo)線邊緣像素坐標(biāo)方程，計(jì)算裸導(dǎo)線像素直徑與覆冰導(dǎo)線像素直徑，然后基于裸導(dǎo)線像素直徑與裸導(dǎo)線直徑計(jì)算像素長度比，結(jié)合覆冰導(dǎo)線像素直徑，計(jì)算覆冰導(dǎo)線直徑，最后得到覆冰厚度。

本實(shí)施例的裸導(dǎo)線圖像與覆冰導(dǎo)線圖像為同一相機(jī)固定位置、固定角度拍攝，保證相片中導(dǎo)線位置的變形量相同，確定導(dǎo)線像素直徑與導(dǎo)線直徑的確定性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

本實(shí)施例的灰度圖像是對(duì)彩色圖像(裸導(dǎo)線圖像與覆冰導(dǎo)線圖像)進(jìn)行灰度處理后得到的圖像，其灰度變化種類得到了簡化，降低了圖像處理的計(jì)算量。

本實(shí)施例的二值化圖像邊緣，是對(duì)灰度圖像使用Canny算子邊緣檢測的結(jié)果，將灰度圖像中的圖像邊緣像素與非圖像邊緣像素的顏色分別設(shè)被為白色與黑色，即設(shè)置為圖像的前景與背景，用來表達(dá)圖像中的邊緣像素。

本實(shí)施例的導(dǎo)線邊緣，是對(duì)二值化圖像邊緣使用Hough變換提取后得到的，識(shí)別圖像中的導(dǎo)線邊緣，這是一個(gè)粗略的導(dǎo)線邊緣，包括一些圖像噪聲等非邊緣像素。

本實(shí)施例的導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程分為裸導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程與覆冰導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程。裸導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程是對(duì)裸導(dǎo)線圖像進(jìn)行上述圖像處理后得到的導(dǎo)線邊緣像素點(diǎn)，結(jié)合一次線性函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到的最優(yōu)導(dǎo)線邊緣像素坐標(biāo)方程。覆冰導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程是對(duì)覆冰導(dǎo)線圖像進(jìn)行上述圖像處理后得到的覆冰導(dǎo)線邊緣像素點(diǎn)，結(jié)合一次線性函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到的最優(yōu)覆冰導(dǎo)線邊緣像素坐標(biāo)方程。利用導(dǎo)線像素坐標(biāo)方程，可分別計(jì)算裸導(dǎo)線與覆冰導(dǎo)線的像素直徑。

本發(fā)明將Hough變換與函數(shù)擬合應(yīng)用于導(dǎo)線邊緣檢測，實(shí)現(xiàn)了覆冰圖像中導(dǎo)線邊緣的精確定位，為電網(wǎng)覆冰災(zāi)害監(jiān)測提供了新方法。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。