CN102621419A - 基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法，其步骤为：电气设备图像的获取，电气设备图像的预处理，电气设备的识别：在电气设备的边缘图像中，选取直线、圆、圆弧、和椭圆图形基元，在电气设备的边缘图像中呈棒状从图像平面上边框倾斜向下的图形即表示为导线1，在电气设备的边缘图像中呈圆弧的图形即表示为防震,2，在电气设备的边缘图像中呈现被导线1左、右分开的两个圆的图形即表示为耐张线夹3，在电气设备的边缘图像中呈在导线1两侧呈对称分布的角点的图形即表示为悬垂线夹4，（角点的术语？）通过电气设备的边缘图像中棒状图形、圆弧的图形、圆的图形和角点的图形之间的位置关系判定导线1、防震锤2、耐张线夹3和悬垂线夹4之间的联接关系，因此提高了线路巡查效率。
Description
一、 技术领域
本发明涉及一种基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法，尤其是一种适应用于对导线、防震锤、耐张线夹和悬垂线夹的自动识别和监测方法。
二、 背景技术
保持线路的电气设备的齐全性，对线路的运行安全起到重要的作用，因此需要对线路进行周期性地巡检，随着直升机巡线的应用，现在还没有一种通过图像对线路电气设备自动识别和监测方法。
无人直升机巡线是用直升机作为运载工具, 装载检测设备进行检测, 发现存在于高压输电线路上其他仪器难以发现的热致故障隐患和外部缺陷,提高巡线效率和可靠性。我国电力部门已对此进行了大量试验研究, 一些部门还进行了直升机巡线的应用，并且制定了一系列技术规范, 开发了相应软硬件。在我国的巡线试验中, 多采用红外线摄影仪、数码摄像机、高分辨望远镜、可见光录像机等设备对途经线路进行观测。当前的直升机巡线无论是多光谱还是热红外技术, 空间定位的量测精度均不高, 而且获得的多源数据大多分开处理, 没有集成为一个整体, 处理起来也比较麻烦。目前大多数的无人机巡线系统主要都是针对丘陵和山区沟壑等恶劣环境下的巡线，来提高巡线效率。然而在实际运行时，直升机的对地高度往往是固定的，这样就带来两大弊端：一是220Kv及以上电压等级的高压输电线路，相邻两铁塔间的档距较大，尤其是山岭地区，导线的弧垂往往能达到几十米甚至更大，当直升机等高飞行时，在弧垂较大处摄像机无法拍摄到所需的设备图像和视频。二是在山区沟壑等环境下，相邻两铁塔的海拔高度往往相差较大，这样输电线路和设备基本按照折线形式分布，等高飞行的无人机更难拍摄到被监测的导线和电气设备，巡线效果很差。
三、 发明内容
为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法，因此提高了线路巡查效率。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：其步骤为：
一、电气设备图像的获取
通过在直升机平台的云台上的图像获取装置，进行双目视频数据的采集,拾取电气设备的图像。
二、电气设备图像的预处理
把获取的电气设备的图像拷贝到计算机中，通过拉普拉斯高斯即LOG算法进行预处理，消除图像噪声，并得到电气设备的边缘图像。
三、电气设备的识别
在电气设备的边缘图像中，选取直线、圆、圆弧、和椭圆图形基元，在电气设备的边缘图像中呈棒状从图像平面上边框倾斜向下的图形即表示为导线1，在电气设备的边缘图像中呈圆弧的图形即表示为防震,2，在电气设备的边缘图像中呈现被导线1左、右分开的两个圆的图形即表示为耐张线夹3，在电气设备的边缘图像中呈在导线1两侧呈对称分布的角点的图形即表示为悬垂线夹4，通过电气设备的边缘图像中棒状图形、圆弧的图形、圆的图形和角点的图形之间的位置关系判定导线1、防震锤2、耐张线夹3和悬垂线夹4之间的联接关系。
本发明设计了，电气设备图像的获取：将两个云台以适当的相隔距离固定在直升机平台支架上，每个云台安装一台图像获取装置，在两云台的中间位置安装第三个云台，并在第三个云台上安装激光测距雷达,通过两个云台的调节，使两台图像获取装置对准同一电气设备，进行双目视频数据的采集,拾取电气设备的图像，通过激光测距雷达,测量直升机与被测电宝设备间的距离，使直升机沿导线1的走向飞行；通过在直升机平台的云台上的图像获取装置，进行双目视频数据的采集, 采用图像配准技术即图像配准技术就是将不同时间、不同传感器或成像设备或不同条件下即天候、照度、摄像位置和角度等获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程，来提取电气设备的图像。
本技术方案中，边缘图像是指其周围像素灰度后阶变化或屋顶状变化的那些像素的集合,它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域,基元与基元之间。边缘图像是图象匹配的基础，通过位置确定图像中各种事物的关系。
本发明的技术效果在于提出了一种线路电气设备的识别方法,利用双目视觉传感器采集图像,提取电气设备和导线的边缘信息,在边缘图像中运用霍夫变换等方法分别检测直线、圆和角点等图形基元,并利用导线与设备的位置关系以及设备本身的特点来进行结构约束,识别出各电气设备，通过对图像中几何图形的判定，可以监测电气设备的状况，因此提高了线路巡查效率。
四、 附图说明
附图为本发明的线路示意图。
五、 具体实施方式
附图为本发明的线路示意图，结合附图具体说明本实施例，其中：1-导线、2-防震锤、3-耐张线夹、4-悬垂线夹，其步骤为：
一、电气设备图像的获取
将两个云台以适当的相隔距离固定在直升机平台支架上，每个云台安装一台图像获取装置，在两云台的中间位置安装第三个云台，并在第三个云台上安装激光测距雷达,通过两个云台的调节，使两台图像获取装置对准同一电气设备，进行双目视频数据的采集, 采用图像配准技术来提取电气设备的图像，通过激光测距雷达, 测量直升机与被测电气设备间的距离D2，判断D2是否与事先设定的距离D0相等,如若不相等则控制直升机飞行方向，调整直升机直升机与被测电气设备间的距离达到D0，使直升机沿导线1的走向飞行。
二、电气设备图像的预处理
把获取的电气设备的图像通过拉普拉斯高斯(LOG)算法进行预处理，消除图像噪声，并得到电气设备的边缘图像﹛边缘图像是指其周围像素灰度后阶变化或屋顶状变化的那些像素的集合,它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域,基元与基元之间。边缘图像是图象匹配的基础，通过位置确定图像中各种事物的关系﹜。
三、电气设备的识别
在电气设备的边缘图像中，选取直线、圆、圆弧、和椭圆图形基元，在电气设备的边缘图像中呈棒状从图像平面上边框倾斜向下的图形即表示为导线1，在电气设备的边缘图像中呈圆弧的图形即表示为防震,2，在电气设备的边缘图像中呈现被导线1左、右分开的两个圆的图形即表示为耐张线夹3，在电气设备的边缘图像中呈在导线1两侧呈对称分布的角点的图形即表示为悬垂线夹4，通过电气设备的边缘图像中棒状图形、圆弧的图形、圆的图形和角点的图形之间的位置关系判定导线1、防震锤2、耐张线夹3和悬垂线夹4之间的联接关系。
在本实施例中，图像获取装置设置为摄像机。
在本实施例中，图像获取装置设置为CCD相机。
在本实施例中，其技术方案重点在于：
将两个云台以适当的相隔距离固定在直升机平台支架上，每个云台安装一台摄像机，调节云台角度使两台摄像机对准同一电气设备（导线、防震锤等），同时进行双目视频数据的采集,以便取得该设备的图像信息。在两云台的中间位置安装第三个云台，下挂激光测距雷达,用来测量直升机与被测设备间的距离。对视觉传感器(摄像机)采集到的图像进行拉普拉斯高斯LOG算法（现有技术）进行预处理，消除图像噪声并提取设备的图像边缘。在边缘图像中分别检测直线、圆和角点等图形基元，并利用导线与各电气设备的位置关系以及设备本身的特点来进行结构约束，识别出电气设备。激光测距雷达发射激光束，经过导线和电气设备反射后被接收系统收集，精确计算出直升机平台与导线和电气设备的距离。锁定导线和相邻电气设备的位置，自动调整无人机与被监测线路的实际距离达到预先设定的理想监测距离D0。保持无人机与被测线路的距离为D0，根据路径规划飞控系统自动控制无人机沿线路方向飞行，监测该线路所有电气设备状态，并将监测视频经无线传输模块实时传回地面站接收并存储。巡线直升机拍摄到的导线和典型电气设备有防震锤、悬垂线夹、耐张线夹等。由于防震锤、悬垂线夹、耐张线夹和绝缘子串既无丰富的表面纹理，也无鲜明的颜色特征，且相互铰接，因而难以分割成单独的区域。针对设备的外观、形状和结构特点，我们选择相对简单的直线、圆(圆弧)、椭圆等几何图形基元作为电气设备存在的线索，结合输电线路结构对上述图形基元位置的约束来识别不同类型的设备。识别的两个关键问题是：从边缘图像中快速可靠地抽取直线、圆（圆弧）和椭圆等图形基元。拉普拉斯高斯(LOG)算法的应用（现有技术）可解决该问题；在结构约束下判断检测到的图形基元源自于何种设备。
1、导线检测识别
检测识别导线是用来约束防震锤以及悬垂线夹上方绝缘子串的位置，并实现对直升机飞行方向的引导。巡线直升机沿导线飞行时, 导线在图像平面中的投影呈棒状从图像平面上边框倾斜向下。利用(LOG)算法抽取直线,并对这些直线进行角度和位置约束，得到导线的两条边缘直线，从而完成导线的识别和定位。
2、防震锤检测识别
防震锤安装在导线下方，它由两个中空圆筒连接而成，投影到摄像机后,在边缘图像中其端面呈圆弧，可以检圆弧来验证防震锤的存在。单纯的检圆弧算法比较复杂，可以通过检圆弧所在圆来代替。
3、耐张线夹检测识别
耐张线夹本身很小，特征难以提取，而支撑耐张线夹的两串绝缘子在图像中呈现被导线左、右分开的两个圆，耐张线夹识别问题可转化为圆的检测，通过检测绝缘子的两个圆可判断耐张线夹的存在。仍然利用(LOG)算法的圆检测原理来实现。
4、悬垂线夹检测识别
悬垂线夹用来把导线夹紧，其本身体积比较小，特征难以提取。悬垂线夹正上方的绝缘子串在摄像机图像中投影呈现子串式结构。对图像进行分析,发现每两个绝缘子的边缘图像相交处，都有一个角点，且在导线两侧呈对称分布。因此，选择角点检测的方法进行悬垂线夹得识别。
本发明具有下特点：
1、由于设计了通过几何图形进行电气设备的识别，通过计算机系统，因此提高了巡线监测的效率。
2、由于设计了激光测距雷达，使直升机与导线1的距离保持一定，获取的图像更清晰。
3、由于设计了通过几何图形进行电气设备的识别，通过计算机系统，识别的准确性更高，提高了线路的安全性能。
在基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法技术领域内；上述实施例只是本发明所提供的一种实现形式，根据本发明所提供的方案的其他变形，增加或者减少其中的步骤，或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域，均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法；其特征是：其步骤为：
一、电气设备图像的获取
通过在直升机平台的云台上的图像获取装置，进行双目视频数据的采集,拾取电气设备的图像；
二、电气设备图像的预处理
把获取的电气设备的图像拷贝到计算机中，通过拉普拉斯高斯即LOG算法进行预处理，消除图像噪声，并得到电气设备的边缘图像；
三、电气设备的识别
在电气设备的边缘图像中，选取直线、圆、圆弧、和椭圆图形基元，在电气设备的边缘图像中呈棒状从图像平面上边框倾斜向下的图形即表示为导线1，在电气设备的边缘图像中呈圆弧的图形即表示为防震,2，在电气设备的边缘图像中呈现被导线1左、右分开的两个圆的图形即表示为耐张线夹3，在电气设备的边缘图像中呈在导线1两侧呈对称分布的角点的图形即表示为悬垂线夹4，通过电气设备的边缘图像中棒状图形、圆弧的图形、圆的图形和角点的图形之间的位置关系判定导线1、防震锤2、耐张线夹3和悬垂线夹4之间的联接关系。
2.根据权利要求1所述的基于激光和双目视觉图像对线路电气设备自动识别和监测方法；其特征是：电气设备图像的获取：将两个云台以适当的相隔距离固定在直升机平台支架上，每个云台安装一台图像获取装置，在两云台的中间位置安装第三个云台，并在第三个云台上安装激光测距雷达,通过两个云台的调节，使两台图像获取装置对准同一电气设备，进行双目视频数据的采集,拾取电气设备的图像，通过激光测距雷达,测量直升机与被测电宝设备间的距离，使直升机沿导线1的走向飞行。
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Application publication date: 20120801 |