一種多分裂導(dǎo)線間隔棒斷裂的機(jī)器視覺檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字圖像識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種多分裂導(dǎo)線間隔棒斷裂的機(jī)器視覺 檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大電流傳輸時(shí)，受到表面效應(yīng)的影響，線路的電力運(yùn)輸能力并不跟線路橫截面 成正比，而是跟線路線性尺寸成正比，線路的電阻隨著橫截面增大也僅僅緩慢下降?？紤]到 線路重量與花費(fèi)，鋪設(shè)多分裂導(dǎo)線用于電力傳輸更為經(jīng)濟(jì)。輸電線間隔棒能夠保持多分裂 子導(dǎo)線間距，保證線路的電力運(yùn)輸能力，防止導(dǎo)線間的鞭擊，抑制微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振蕩等， 是輸電線重要金具。間隔棒的完好直接決定了線路能否正常運(yùn)行。
[0003] 現(xiàn)階段，輸電線路間隔棒斷裂檢測(cè)的主要手段是通過巡檢人員在地面進(jìn)行目測(cè)觀 察，必要時(shí)工人還要登塔走線進(jìn)行近距離檢測(cè)。進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，工人的勞動(dòng)大，高空強(qiáng)電磁的 工作環(huán)境增加了工作的危險(xiǎn)性。同時(shí)，在人工檢測(cè)時(shí)，觀察視角與距離受限。有些時(shí)候受到 地理環(huán)境限制，人員甚至很難靠近線路進(jìn)行觀測(cè)，從而大大降低了檢測(cè)的準(zhǔn)確率。
[0004] 考慮到人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作量大、作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)，包括在線監(jiān)控設(shè)備、巡檢 機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備逐漸被引入電力巡檢。工作人員可以在地面基站對(duì)設(shè)備發(fā)送的線路信 息進(jìn)行檢測(cè)，并在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。但這種檢測(cè)方式需要工作人員長(zhǎng)期監(jiān)視圖 像，造成人力資源的浪費(fèi)，工作人員也會(huì)因工作疲勞做出誤判。因此需要提出一種自動(dòng)化程 度較高的間隔棒斷裂故障檢測(cè)方法。
[0005]目前的研究主要集中于線路上金具等目標(biāo)的識(shí)別。目前已有針對(duì)絕緣子、防振 錘、四分裂導(dǎo)線等目標(biāo)檢測(cè)的研究[譚磊，王耀南，沈春生等.輸電線路除冰機(jī)器人障 礙視覺檢測(cè)識(shí)別算法.儀器儀表學(xué)報(bào)，2011，32(11) :2564-2571. ]，Li Wai-Ho等人采 用導(dǎo)線的連續(xù)性作為判別標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種線路間隔棒的識(shí)別方法[Li W H，Tajbakhsh A，Rathbone C，et al. Image processing to automate condition assessment of overhead line components[C]//Int. Conf. on. Applied Robotics for the Power Industry，IEEE，2010:1-6.]。從調(diào)研的文獻(xiàn)來看，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)間隔棒斷裂缺陷檢測(cè)的研 究還很少，尤其是采用機(jī)器視覺方法進(jìn)行間隔棒斷裂檢測(cè)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有檢測(cè)方法的問題，提高輸電線路間隔棒斷裂檢測(cè)的自動(dòng)化程度與準(zhǔn) 確性，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多分裂導(dǎo)線間隔棒斷裂的機(jī)器視覺檢測(cè)方法， 用于對(duì)輸電線斷間隔棒斷裂進(jìn)行自主檢測(cè)。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種多分裂導(dǎo)線間隔棒斷裂的機(jī)器 視覺檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] (1)圖像的預(yù)處理：對(duì)智能檢測(cè)設(shè)備采集的圖像進(jìn)行灰度化處理得到灰度圖像， 再對(duì)灰度圖像進(jìn)行去噪處理得到去噪后的灰度圖像，最后對(duì)去噪后的灰度圖像進(jìn)行二值化 處理得到二值圖像；
[0009] (2)感興趣區(qū)域獲?。涸诙祱D像中建立搜索窗口，所述搜索窗口的寬度根據(jù)去 噪后的灰度圖像得到，搜索窗口沿指定方向進(jìn)行間隔棒的檢測(cè)，以檢測(cè)到間隔棒的搜索窗 口作為感興趣區(qū)域；
[0010] (3)圖像形態(tài)學(xué)處理：對(duì)獲取的感興趣區(qū)域進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算和開運(yùn)算，提取感 興趣區(qū)域的圖像特征；
[0011] (4)圖像的特征判別：對(duì)形態(tài)學(xué)處理后的圖像進(jìn)行連通域計(jì)算，判定是否存在單 一連通域，根據(jù)判定結(jié)果判斷間隔棒是否損壞。
[0012] 所述圖像預(yù)處理包括以下步驟：
[0013] (2. 1)通過平均值法進(jìn)行灰度化處理，將彩色的輸電線圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；
[0014] (2. 2)采用中值濾波法對(duì)灰度圖像進(jìn)行濾波，去除灰度圖像中的噪聲；
[0015] (2. 3)對(duì)去噪后的灰度圖像進(jìn)行二值化轉(zhuǎn)換，得到二值圖像。
[0016] 所述搜索窗口的寬度由以下步驟獲得：
[0017] (3. 1)采用Canny算子檢測(cè)去噪后的灰度圖像的邊緣，得到邊緣圖像；
[0018] (3. 2)在邊緣圖像中采用Hough變換進(jìn)行直線提取，選取Hough空間中強(qiáng)度最大的 2n條直線進(jìn)行提取，其中η為單相輸電線多分裂導(dǎo)線所包含的導(dǎo)線個(gè)數(shù)，對(duì)提取出的2n條 直線進(jìn)行兩兩匹配，得到η條導(dǎo)線特征，計(jì)算得到導(dǎo)線的平均像素寬度w d;
[0019] (3. 3)以導(dǎo)線的平均像素寬度^為基準(zhǔn)建立搜索窗口，在二值圖像中進(jìn)行搜索。
[0020] 所述導(dǎo)線的平均像素寬度由以下步驟獲得：
[0021] 所述Hough空間中強(qiáng)度最大的2n條直線為：
[0022] ucos β i+vsin β ；= p ；
[0023] 其中i = 1，2, . . .，2n，u為圖像坐標(biāo)系的水平坐標(biāo)，v為圖像坐標(biāo)系的豎直坐標(biāo)， P i為圖像坐標(biāo)系原點(diǎn)到直線i的距離，β i為圖像坐標(biāo)系原點(diǎn)到直線i最短的線段與圖像 坐標(biāo)系的水平坐標(biāo)軸的夾角；
[0024] 對(duì)于其中任意一條直線u cosPsinP ,= p y計(jì)算該直線與其余所有直線的 距離：
[0025]
[0026]
[0027] 求出兩條間距最小的直線作為同一導(dǎo)線的兩條邊緣，同時(shí)得到該導(dǎo)線的寬度：
[0028] 〇d= Μ?η{ω jk}, j, k = 1, 2, . . . , 2n ； j ^ k ；
[0029] 重復(fù)以上步驟得到n條導(dǎo)線及相應(yīng)的導(dǎo)線寬度ω/，1 = 1，2，...，n。
[0030] 所述搜索窗口建立方法為：首先確定一條導(dǎo)線作為搜索路徑，按照以前的計(jì)算，線 路的寬度及方向分別為^與β，而后在二值圖像中建立一個(gè)矩形窗口，窗口的長(zhǎng)寬分別為 K lWd，Kwwd，Kp Kw是根據(jù)實(shí)際線路寬度與間隔棒大小設(shè)定的比例系數(shù)；將矩形搜索窗口的左 下角點(diǎn)置于圖像底端的導(dǎo)線中點(diǎn)，按照給定步長(zhǎng)S沿導(dǎo)線方向β進(jìn)行搜索，當(dāng)搜索窗口的 上邊界超出導(dǎo)線范圍時(shí)結(jié)束搜索。
[0031] 所述間隔棒的檢測(cè)具體為：
[0032] 在起始的搜索窗口中，采用函數(shù)f(t)計(jì)算二值化圖像的黑色像素個(gè)數(shù)：
[0033]
[0034] 其中，t為搜索窗口移動(dòng)的步長(zhǎng)數(shù)，tstap為當(dāng)前移動(dòng)的步長(zhǎng)數(shù)，起始狀態(tài)為1 ;1&為 搜索窗口內(nèi)二值化圖像第a行第b列像素的值，黑色像素為0,白色像素為1 ;
[0035] 按照給定步長(zhǎng)δ沿導(dǎo)線方向β移動(dòng)搜索窗口，重復(fù)以上計(jì)算過程，直至搜索完 成；
[0036] 由于在二值圖像中，黑色像素主要為導(dǎo)線與間隔棒，當(dāng)黑色像素個(gè)數(shù)f(ts_)將出 現(xiàn)極大值時(shí)，認(rèn)為檢測(cè)到間隔棒，保留該搜索窗口內(nèi)的二值圖像作為感興趣區(qū)域。
[0037] 所述圖像形態(tài)學(xué)處理具體為：
[0038] 將裁剪后感興趣的區(qū)域進(jìn)行圖像反轉(zhuǎn)處理作為區(qū)域A，建立一個(gè)邊長(zhǎng)為ψ的正方 形作為區(qū)域B，依次開展如下形態(tài)學(xué)運(yùn)算：
[0039]
[0040]
[0041] 其中閉運(yùn)算用于填充間隔棒內(nèi)部的小孔，而開運(yùn)算用于斷開細(xì)微的連接和消除細(xì) 的突出物。
[0042] 所述根據(jù)連通域判定結(jié)果判斷間隔棒是否損壞具體為：
[0043] 當(dāng)圖像中出現(xiàn)多個(gè)連通域時(shí)，判定間隔棒發(fā)生斷裂；
[0044] 當(dāng)圖像中只有1個(gè)連通域時(shí)，判定間隔棒沒有斷裂。
[0045] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0046] 1.本發(fā)明提供的多分裂導(dǎo)線間隔棒斷裂檢測(cè)方法可以取代人工完成間隔棒斷裂 檢測(cè)，改變了人工檢測(cè)的方式，降低了檢測(cè)的安全風(fēng)險(xiǎn)與勞動(dòng)強(qiáng)度，保證檢測(cè)人員的安全， 為輸電線路自動(dòng)化化檢測(cè)提供了途徑。
[0047] 2.本發(fā)明以提取的線路像素寬度為基準(zhǔn)，結(jié)合間隔棒與線路的實(shí)際尺寸比例設(shè)置 搜索窗口的長(zhǎng)寬比例系數(shù)，以上方法使得搜索窗口在包容間隔棒目標(biāo)的基礎(chǔ)上尺度最小， 保證了所獲取的感興趣區(qū)域的質(zhì)量。
[0048] 3.本發(fā)明利用圖像形態(tài)學(xué)操作進(jìn)行處理，有效的完成了間隔棒內(nèi)部小孔的填充和 細(xì)微的連接的消除，通過以上操作可以連接間隔棒內(nèi)部的孤立區(qū)域和切斷間隔棒未完全斷 裂的虛連，有利于圖像特征的提取，以上處理過程降低了誤報(bào)和漏報(bào)的可能，提高了檢測(cè)的 準(zhǔn)確性。
[0049] 4.本發(fā)明已經(jīng)采用現(xiàn)場(chǎng)圖片進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明可以準(zhǔn)確完 成輸電線路斷裂間隔棒的檢測(cè)，利用檢測(cè)結(jié)果可以記錄故障信息，指導(dǎo)故障修復(fù)。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0051] 圖2是采集的待處理的間隔棒斷裂圖像；
[0052] 圖3是轉(zhuǎn)化后的灰度圖像；
[0053] 圖4是中值濾波后的灰度圖像；
[0054] 圖5是二值化轉(zhuǎn)換后的二值圖像；
[0055] 圖6是采用Canny算子提取的邊緣圖像；
[0056] 圖7是通過Hough變換提取的線路直線特征圖像；
[0057] 圖8是窗口搜索示意圖；
[0058] 圖9是裁剪后的感興趣區(qū)域圖像；
[0059] 圖10是反轉(zhuǎn)后的感興趣區(qū)域圖像；
[0060] 圖11是感興趣