CN103196372B - 一种电气化铁路接触网支持装置的光学成像检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电气化铁路接触网支持装置的光学成像检测方法，属于电气化铁路安全检测技术领域，其特征在于，把接触网支持装置的全局图像经过均值滤波、二值化后，从中提取支持装置的整体结构，并按其形状特征及其坐标位置等识别出上、下方绝缘子，以及横腕臂、斜腕臂、斜撑、定位管、定位器。并用直线拟合算法拟合得到其所在的直线方程，并求出各杆件之间的夹角，及各杆件两两之间的交点，然后计算上述各个交点到上下方绝缘子中心的距离，并以距离和夹角作为参数，将前后两次成像处理后的数据进行比对，以比对后的值是否超出一定的阈值作为判定是否存在故障缺陷的条件，实现了接触网支持装置中由于预张力和冲击力综合作用而造成的故障的自动检测。

Description

一种电气化铁路接触网支持装置的光学成像检测方法

技术领域

本发明属于电气化铁路接触网的安全检测技术领域，尤其涉及支持装置中各零部件的计算机检测技术。

背景技术

随着高速铁路运输技术的进一步发展及其广泛应用，高铁接触网作为向机车提供电能的重要设施，其是否处于安全的工作状态也越来越受到关注。为保证接触网处于良好工作状态，以利于电气化铁道的安全运营，应尽早发现并处理接触网故障。实际中接触网故障主要由零部件的松、脱、缺、裂等造成，而目前，一般的处理模式是在天窗作业时人工上线巡检，但由于现场条件有限，以及职工的业务素质不均等因素，及有可能会出现漏检的情况，从而造成隐患。

本发明通过安装在列车车顶的室外图像采集设备实时采集所运行线路中的每杆的接触支持定位装置的高清图像，并对这些获取的图像进行实时在线分析处理，从而获得各定位装置的状态参数，并通过与历史图像的参数对比实现对接触网支持定位装置的变化状态的检测。本发明主要包括通过图像处理技术对于接触网定位装置的定位状态的检测以及各零部件之间的距离参数的检测、各杆件之间的相对角度参数，并通过与历史图像参数的对比从而检测得到支持定位装置是否由于其上的各零部件的“松、脱、断、裂、缺”等原因而引起杆结构参数变化，若分析得到的参数与历史图像参数相差超出一定的范围，则给出预警信息，从而方便高铁接触网的维护，可减小维护周期，提高维护效率，随着中国高铁建设里程的迅速发展，该发明对保证高铁线路供电安全具有重要作用。

本发明是通过非接触式成像检测系统对接触网支持定位装置的成像图片进行分析，从而获得接触网支持定位装置的定位方式及状态参数，并提出了利用图像检测出来的参数与历史参数的对比而发现所检装置的缺陷的接触网支持定位装置图像检测方法。目前，国内外，利用成像方式抓拍接触网支持装置的检测系统有多种，但都是利用人工查看的方式进行故障查询，由于支持定位装置本身的复杂性，利用图像检测实现故障检测的方法还尚未成熟，本发明提出的方法填补了国内在电气化铁路接触网支持定位装置缺陷的成像检测方法的空白。

发明内容

本发明首先通过均值滤波等图像预处理突出感兴趣区域的特征，进而利用直线检测算法检测接触网的主体结构，并依据先验的几何拓扑关系来确定和识别各支持装置。其中绝缘子的识别是基础，由于其特有的材料反射特性及形状特征，很容易将其从全局图像中分割并提取出来，继而应用各个杆装置与横、斜腕臂绝缘子之间的相对关系准确识别出横腕臂、斜腕臂、斜撑、定位器、定位管。

其次，通过各个支撑杆装置所在直线分别求出横腕臂与斜撑的交点、横腕臂与斜腕臂的交点、斜腕臂与斜撑的交点、斜腕臂与定位管的交点。以及各个杆件之间的夹角，包括：横腕臂与斜腕臂之间的夹角、横腕臂与斜撑之间的夹角、斜腕臂与定位管之间的夹角。

再次，求出上、下方腕臂绝缘子中心点的坐标，然后计算上述各个交点到上、下方绝缘子中心的距离，包括：横腕臂与斜撑交点到上方绝缘子中心的距离、横腕臂与斜腕臂交点到上方绝缘子中心的距离、斜撑与斜腕臂交点到下方绝缘子中心的距离，横腕臂与斜腕臂交点到下方绝缘子中心的距离，斜腕臂与定位管交点到下方绝缘子中心的距离。并将上述距离、以及上述夹角作为此支持装置的几何参数，并将此参数保存，再次成像后将两次成像计算得到的几何参数进行比对，如若变化范围超出一定的门限值，则说明此支持装置存在缺陷，具有安全隐患，需要进一步确认。

本发明的特征在于，一种电气化铁路接触网支持装置的光学成像检测方法，其特征在于，是在计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)输入一个电气化铁路接触网支持装置的全局图像，用像素表示的图像大小为2448*2048，其中图像左上角为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，图像视野所包含的实际范围为6m*5m；

步骤(2)依次按以下步骤对所述电气化铁路接触网支持装置的全局图像进行均值滤波：

步骤(2.1)新建一个滤波模板：

所述滤波模板的高为MaskHeight＝50，宽为MaskWidth＝50，单位是像素；

步骤(2.2)将所述大小为2448*2048图像逐像素点的对准所述滤波模板的几何中心，所述模板大小为50*50，并求模板中所有像素的均值，g(x，y)＝1/Num∑f(x，y)，其中Num为该模板中包含当前像素在内的像素总个数，即Num＝MaskHeight*MaskWidth，再把该均值赋予当前像素点(x，y)作为处理后图像在该点上的灰度值，用g(x，y)表示；

步骤(3)用Bernsen算法对步骤(2)得到的均值滤波后的图像进行二值化处理：

构造一个以像素点(x，y)为中心的(2w+1)*(2w+1)窗口，2w+1为窗口的边长，w＝3，单位为像素，按下式计算步骤(2)得到的均值滤波图像中各个像素点(x，y)的阈值T(x，y)：

$T(x,y)=\frac{1}{2}*\left(\underset{-w\≤n\≤w}{\underset{-w\≤m\≤w}{\max }}g\right(x+m,y+n)+\underset{-w\≤n\≤w}{\underset{-w\≤m\≤w}{\min }}g(x+m,y+n))$

再对(2w+1)*(2w+1)窗口的中心像素点用下式中的b(x,y)的值逐点进行二值化：

$b(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}0& g(x,y)<T(x,y)\\ 1& g(x,y)\&GreaterEqual;T(x,y)\end{array}\right.$

步骤(4)设步骤(2)得到的二值图像为A，用一个全为1的3*3的结构元素C，对步骤(3)中二值化后的图像进行腐蚀运算：

Erosion(A,C)＝{a|(a+b)∈A,a∈A,c∈C}

对腐蚀运算的结果再按下式进行膨胀运算：

Dilation(B,C)＝{b+c|b∈B,c∈C}

由此得到的二值图记为P(x,y)；

步骤(5)按下式计算所述二值图P(x,y)中像素的连通性：

$C(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1& P(x,y)=Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\\ 0& P(x,y)\&NotEqual;Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\end{array}\right.$

也就是说，如果该像素灰度值与这m(m≤8)个相邻像素中某一个点Q(x',y')的灰度值相等，即为1，那么点P(x,y)与点Q(x',y')具有连通性；由于连通性具有传递性，从而得到具有相同连通性的像素点连通，但又与不同连通性的像素点分开的二值图；

此时的二值图中包含有：绝缘子(1)，上方绝缘子(101)，下方绝缘子(102)，斜撑(2)；横腕臂(3)，斜腕臂(4)，定位器(5)，定位管(6)，

步骤(6)按以下公式计算上述步骤(5)中各个连通域的面积和其最小外接椭圆长轴的值、以及区域的方向角：

步骤(6.1)计算面积：

$S=\underset{(x,y)\&Element;R}{\underset{f(x,y)=1}{\mathrm{\&Sigma;}}}f(x,y)$

其中R为C(x,y)中具有相同连通性的各个区域，即R∈C；

步骤(6.2)计算长轴：

区域的面积的归一化的矩：

其中p∈[0,+∞],q∈[0,+∞]；

其中心矩的计算公式为：

$u_{p,q}=\frac{1}{S}\underset{(x,y)\&Element;R}{\&Sigma;}{(x-n_{1,0})}^p{(y-n_{0,1})}^q,$ 其中p+q∈[2,+∞]；

长轴的计算公式为：

$Ra=\sqrt{2(u_{2,0}+u_{0,2}+\sqrt{{(u_{2,0}-u_{0,2})}^2+4u_{1,1}^2})}$

步骤(6.3)计算区域方向角：

$\mathrm{\&theta;}=-\frac{1}{2}arctan\frac{2u_{1,1}}{u_{0,2}-u_{2,0}}$

步骤(7)按以下步骤对步骤(5)中的二值图进行绝缘子特征提取，并识别上下方绝缘子：

步骤(7.1)根据绝缘子的特征提取绝缘子：

步骤(7.1.1)首先进行粗提取：

$S_{\min }^{jue}=450,S_{\max }^{jue}=3000,{\mathrm{Ra}}_{\min }^{jue}=50,{\mathrm{Ra}}_{\max }^{jue}=100;$

步骤(7.1.2)按步骤(4)所述的方法对二值图Rjue进行先膨胀后腐蚀运算；

步骤(7.1.3)进一步精细提取：

$R_{jue}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}1& S_{\min }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\&le;S\&le;S_{\max }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\\ 0& else\end{array}\right.$

此时，R'_jue为存在有上下方绝缘子的二值图；

步骤(7.2)识别上下方绝缘子：

按以下公式计算步骤(7.1.3)中提取出来的两个绝缘子区域的中心点坐标：

$x_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i\right)/n$

$y_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{y}_i\right)/n$

其中，n为连通域中像素点的个数，(x_center,y_center)为连通域的中心点坐标；

那么，上方绝缘子区域为：

$R_{up\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;y\&le;min\left(y_{center}\right)\\ 0& else\end{array}\right.$

下方绝缘子区域为：

$R_{down\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& min\left(y_{center}\right)<y\&le;2048\\ 0& else\end{array}\right.$

步骤(8)支撑杆特征提取及识别：

步骤(8.1)按以下公式对步骤(5)中的二值图进行支撑杆粗提取：

其中： $S_{min}^{Gan}=3300,S_{max}^{Gan}=99999,{\mathrm{Ra}}_{min}^{Gan}=60,{\mathrm{Ra}}_{max}^{Gan}=100;$

R_Gan区域中包含有：斜撑(2)，,横腕臂(3)，,斜腕臂(4)，,定位器(5)，,定位管(6)，步骤(8.2)利用步骤(7.2)中的区域中心点坐标计算公式得到步骤(8.1)中所得R_Gan区域中各个连通域所在区域的中心坐标，以及上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别为：(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})；并利用步骤(6)中的公式得出的上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的方向角θ_{up_Jue}和θ_{down_Jue}；

步骤(8.3)按下式提取横腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}-0.15,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}+0.15;$

$y_{center\_\min }^{XieWB}=y_{center\_upJue}-45,y_{center\_max}^{HengWB}=y_{center\_upJue}+45;$

其中θ_{up_Jue}和y_{center_upJue}是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值；

步骤(8.4)按下式提取斜腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}-0.2,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}+0.2;$

$y_{center\_\min }^{XieWB}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieWB}=y_{center\_downJue};$

$S_{\min }^{XieWB}=15000,S_{\max }^{XieWB}=999999;$

其中y_{center_upJue}是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的中心点坐标的竖坐标值；θ_{up_Jue}、y_{center_downJue}分别是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值；

步骤(8.4)按下式提取斜撑：

其中： $y_{center\_\min }^{XieCh}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieCh}=y_{center\_upJue}+380;$

$x_{center\_\min }^{XieCh}=x_{center\_upJue},x_{center\_max}^{XieCh}=x_{center\_HengWB};$

$S_{min}^{XieCh}=10000,S_{\max }^{XieCh}=99999;$

其中x_{center_upJue}、y_{center_upJue}分别是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的中心点坐标的横坐标和竖坐标值；x_{center_HengWB}是根据步骤(7.2)中的方法求得的步骤(8.3)中识别出的横腕臂区域的中心点坐标的横坐标值；

步骤(9)按下式分别对,斜撑(2)，横腕臂(3)，斜腕臂(4)进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并计算其两两之间的交点和角度；

步骤(9.1)横腕臂(3)的直线方程为：f_HengWB(x,y)＝a_HengWBx+b_HengWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{HengWB}\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{H}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…H为步骤(8.3)提取出来的横腕臂(3)上的所有点的坐标；斜腕臂(4)的直线方程为：f_XieWB(x,y)＝a_XieWBx+b_XieWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{XieWB}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{M}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…M为步骤(8.3)提取出来的斜腕臂(4)上的所有点的坐标；斜撑(2)的直线方程为：f_XieCh(x,y)＝a_XieChx+b_XieCh；

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…N为步骤(8.3)提取出来的斜撑(2)上的所有点的坐标；

步骤(9.2)按下式计算横腕臂(3)，斜腕臂(4)与斜撑(2)两两之间的夹角：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieWB}=arctan\left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieWB}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieWB}}\right|$

横腕臂(3)与斜撑(2)的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieCh}=arctan\left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieCh}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieCh}}\right|$

斜腕臂(4)与斜撑(2)的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{XieWBCh}=arctan\left|\frac{a_{XieWB}-a_{XieCh}}{1+a_{XieWB}{a}_{XieCh}}\right|$

步骤(9.3)判断安装方式：

若β_HengXieCh≥65°则为正定位安装方式；

β_HengXieCh＜65°则为反定位安装方式；

步骤(9.4)按下式计算步骤(9.1)中各杆件的交点：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_HengXieWB,y_HengXieWB)

其中： $x_{HengXieWB}=\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}},y_{HengXieWB}=a_{HengWB}\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}}+b_{HengWB}$

横腕臂(3)与斜撑(2)的交点坐标：(x_HengXieCh,y_HengXieCh)

其中：

斜腕臂(4)与斜撑(2)的交点坐标：(x_XieWBCh,y_XieWBCh)

其中： $x_{XieWBCh}=\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}},y_{XieWBCh}=a_{XieWB}\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}}+b_{XieWB}$

步骤(9.5)提取定位器(5)和定位管(6)，

步骤(9.5.1)在β_HengXieCh≥65°，即正定位安装方式下：

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位器(5)，

其中：y_{center_min}＝y_{center_downJue}-300，y_{center_max}＝y_{center_downJue}+200；

θ_min＝-0.1，θ_max＝0.1；

S_min＝10000,S_max＝99999；

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位管(6)，

其中：y_{center_min}＝y_{center_downJue}-560，y_{center_max}＝y_{center_downJue}；

θ_min＝-0.08，θ_max＝0.3；

S_min＝4500,S_max＝99999；

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

步骤(9.5.2)在β_HengXieCh＜65°，即反定位安装方式下：

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位器(5)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWQ}=y_{center\_downJue}-380,y_{center\_max}^{DingWQ}=y_{center\_downJue}+100;$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWQ}=0.08,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWQ}=0.21;$

$S_{\min }^{DingWQ}=6000,S_{max}^{DingWQ}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位管(6)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWG}=y_{center\_downJue}-500,y_{center\_max}^{DingWG}=y_{center\_downJue};$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWG}=-0.1,{\mathrm{\&theta;}}_{\max }^{DingWG}=0.1;$

$S_{\min }^{DingWG}=4500,S_{max}^{DingWG}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

步骤(10)按下式分别对定位器(5)，定位管(6)进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并分别计算定位器(5)，定位管(6)与斜腕臂(4)之间的交点和角度；

定位器(5)的直线方程为：f_DingWQ(x,y)＝a_DingWQx+b_DingWQ；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{DingWQ}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{Q}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…Q为步骤(9.5)提取出来的定位器(5)上的所有点的坐标；

定位管(6)的直线方程为：f_DingWG(x,y)＝a_DingWGx+b_DingWG；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{DingWG}\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{G}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…G为步骤(9.5)提取出来的定位器(5)上的所有点的坐标；

按下式分别计算定位器(5)，定位管(6)与斜腕臂(4)之间的夹角：

定位器(5)与斜腕臂(4)的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{DingWQXieWB}=arctan\left|\frac{a_{DingWQ}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWQ}{a}_{XieWB}}\right|$

定位管(6)与斜腕臂(4)的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{DingWGXieWB}=arctan\left|\frac{a_{DingWG}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWG}{a}_{XieWB}}\right|$

定位器(5)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_DingWQXieWB,y_DingWQXieWB)；

其中： $x_{DingWQXieWB}=\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}},y_{DingWQXieWB}=a_{DingWQ}=\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}}+b_{DingWQ}$

定位管(6)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_DingWGXieWB,y_DingWGXieWB)；

其中： $x_{DingWGXieWB}=\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}},y_{DingWGXieWB}=a_{DingWG}\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}}+b_{DingWG}$

步骤(11)按下述步骤分别计算横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点、横腕臂(3)与斜撑(2)所在直线交点到上方绝缘子(101)中心点坐标的距离，横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点、斜腕臂(4)与定位管(6)所在直线交点、斜腕臂(4)与定位器(5)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离；

利用步骤(8.2)中所得上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})，则有：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点到上方绝缘子(101)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_upJue})}^2}$

横腕臂(3)与斜撑(2)交点到上方绝缘子(101)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieCh}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieCh}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieCh}-y_{center\_upJue})}^2};$

横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂(4)与定位管(6)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{DingWG\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWGXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWGXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂(4)与定位器(5)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{DingWQXie\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWQXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWQXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

步骤(12)将步骤(9.2)所得夹角β_HengXieWB、β_HengXieCh、β_XieWBCh及步骤(10)所得夹角β_DingWQXieWB、β_DingWGXieWB，以及步骤(11)所得距离值 作为参数，将前后两次成像处理后将所述参数进行比对，距离值D若超出5个像素、夹角β超过5°则判断对应杆件存在故障。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明能够检测接触网支持装置的定位方式；

2.本发明实现了各个杆件的识别，并提出了一种接触网支持装置的检测方法，能够给接触网维护提供方便；

附图说明

图1、本发明用机械图形式给出的全局图像

1、绝缘子：上方绝缘子(101)，下方绝缘子(102)

2、斜撑

3、横腕臂

4、斜腕臂

5、定位器

6、定位管

图2、本发明的计算机程序执行流程框图

图3、正定位安装方式下接触网支持装置全局示意图

图4、反定位安装方式下接触网支持装置全局示意图

具体实施方式

对于全局参数的检测，首先需要对图像进行预处理，然后进行特征提取。本发明中首先提取绝缘子，然后再根据绝缘子与各杆之间的约束关系进行各杆的识别检测，最后计算得出各杆件之间的相对角度，以及各交点相对于绝缘子的距离，并通过前后两次摄像得出的距离值与角度值来判断杆结构是否发生变化。通过试验发现达到同样结果，区域提取算法搭配直线检测算法速度比单纯的直线检测算法的速度要快很多，本发明只对第一种方法做详细说明。

步骤一：图像预处理：

考虑到对于接触网支撑装置的杆结构检测图像预处理方法具有一定的特殊性，首先接触网支撑杆上各杆粗细不均，其中斜拉线和防风拉线在有的图像里只是一条细线，因此在进行图像预处理的时候应做出权衡，既要保证斜拉线和防风拉线能够被分割到，也要使得通过阈值后不能有过多的干扰因素。

1、载入接触网支持装置的全局图像，图像大小为2448*2048。图像视野所包含的实际范围为6米*5米。

2、首先，对接触网支持装置的全局图像中的每个像素点做如下操作：设目标像素点为(x，y)，首先对其进行均值滤波，在图像上对目标像素给一个模板，该模板包括了其周围的临近像素(以目标象素为中心的周围MaskHeight*MaskWidth个像素，其中MaskHeight＝50、MaskWidth＝50，构成一个滤波模板，并求模板中所有像素的均值，再把该均值赋予当前像素点(x，y)，作为处理后图像在该点上的灰度值g(x，y)，即g(x，y)＝1/Num∑f(x，y)，从而代替目标像素本身，其中Num为该模板中包含当前像素在内的像素总个数，即Num＝MaskHeight*MaskWidth，f(x，y)为像素点(x，y)的灰度值，g(x，y)为滤波该点的像素值。

3、接下来对滤波后的图像进行阈值分割，这里需要注意的是由于各支撑杆由于光照及位置具有相对变化的特征，故而要用自适应的局部阈值分割。本设计应用Bernsen算法，即在一个固定大小的窗口中将各个像素灰度级最大值和最小值的平均值作为一个窗口的中心像素的阈值。即：以像素点(x，y)为中心的(2w+1)*(2w+1)窗口，其中2w+1表示窗口的边长，w＝3，计算图像中各个像素点(x，y)的阈值T(x，y)：

$T(x,y)=\frac{1}{2}*\left(\underset{-w\&le;n\&le;w}{\underset{-w\&le;m\&le;w}{\max }}g\right(x+m,y+n)+\underset{-w\&le;n\&le;w}{\underset{-w\&le;m\&le;w}{\min }}g(x+m,y+n))---\left(1\right)$

再对图像中各个像素点(x,y)用b(x,y)的值逐点进行二值化：

$b(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}0& g(x,y)<T(x,y)\\ 1& g(x,y)\&GreaterEqual;T(x,y)\end{array}\right.---\left(2\right)$

4、在图像分割完成之后将会出现一些问题，比如斜撑与横腕臂等相连杆件之间连在一起的问题，解决此问题的方法是对所得二值图进行形态学腐蚀运算，即用3*3的结构元素，扫描图像的每一个像素用结构元素与其覆盖的二值图像做“与”操作，如果都为1，结果图像的该像素为1，否则为0。结果使得二值图像减小一圈。设A为上述所得二值图像，3*3的结构元素为C，那么腐蚀操作可用公式表示为：Erosion(A,C)＝{a|(a+b)∈A,a∈A,c∈C}。

5、当然，在进行区域腐蚀时应当考虑腐蚀的结构元素对于处理结果的影响。最后利用膨胀算子进行图像恢复。用3*3的结构元素，扫描图像的每一个像素用结构元素与其覆盖的二值图像做“或”操作，如果都为0，结果图像的该像素为0，否则为1。结果使得二值图像扩大一圈。设B为上述所得二值图像，3*3的结构元素为B，那么膨胀操作可用公式表示为：Dilation(B,C)＝{b+c|b∈B,c∈C}。膨胀后的二值图记为P(x,y)。

6、接下来计算区域的连通性，因为像素间的连通性是确定区域的一个重要步骤，即目标像素P(x,y)周围有m(m≤8)个相邻像素，如果该像素灰度值与这m个像素中某一个点Q(x',y')的灰度值相等，即为1，那么就说点P(x,y)与点Q(x',y')具有连通性。本发明应用8连通区域即目标像素在二维空间中所有的相邻像素来计算区域的连通性。

$C(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1& P(x,y)=Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\\ 0& P(x,y)\&NotEqual;Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\end{array}\right.---\left(3\right)$

由于连通性具有传递性，从而得到具有相同连通性的像素点连通，但又与不同连通性的像素点分开的二值图。

步骤二：特征提取：

杆结构检测过程中的特征提取主要包括绝缘子和接触网支撑杆的特征提取：

(1)绝缘子特征提取

绝缘子的特征提取主要根据其自身的形状、以及结构特点进行。即在图像预处理完成后，根据绝缘子区域的面积S和长轴Ra两个特征来检索和选择绝缘子区域。

首先计算各连通域的面积S和长轴Ra；

公式表示为：

$S=\underset{(x,y)\&Element;R}{\underset{f(x,y)=1}{\mathrm{\&Sigma;}}}f(x,y)---\left(1\right)$

其中R为C(x,y)中具有相同连通性的各个区域，即R∈C。

计算长轴：

区域的面积的归一化的矩：

其中p∈[0,+∞],q∈[0,+∞]。(2)

其中心矩的计算公式为：

$u_{p,q}=\frac{1}{S}\underset{(x,y)\&Element;R}{\&Sigma;}{(x-n_{1,0})}^p{(y-n_{0,1})}^q,$ 其中p+q∈[2,+∞]。(3)

长轴的计算公式为：

$Ra=\sqrt{2(u_{2,0}+u_{0,2}+\sqrt{{(u_{2,0}-u_{0,2})}^2+4u_{1,1}^2})}---\left(4\right)$

计算区域方向角：

$\mathrm{\&theta;}=-\frac{1}{2}arctan\frac{2u_{1,1}}{u_{0,2}-u_{2,0}}---\left(5\right)$

紧接着对二值图进行绝缘子特征提取，并识别上下方绝缘子：

首先进行粗提取：

$S_{\min }^{jue}=450,S_{\max }^{jue}=3000,{\mathrm{Ra}}_{\min }^{jue}=50,{\mathrm{Ra}}_{\max }^{jue}=100;$

再对二值图R_jue用前述方法进行先膨胀后腐蚀运算；

进一步精细提取：

$R_{jue}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}1& S_{\min }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\&le;S\&le;S_{\max }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\\ 0& else\end{array}\right.$

此时，R'_jue为存在有上下方绝缘子的二值图；

识别上下方绝缘子：

按以下公式计算绝缘子区域的中心点坐标：

$x_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i\right)/n$

$y_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{y}_i\right)/n$

其中，n为连通域中像素点的个数，(x_center,y_center)为连通域的中心点坐标；

那么，上方绝缘子区域为：

$R_{up\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;y\&le;min\left(y_{center}\right)\\ 0& else\end{array}\right.$

下方绝缘子区域为：

$R_{down\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& min\left(y_{center}\right)<y\&le;2048\\ 0& else\end{array}\right.$

支撑杆特征提取及识别：

其中： $S_{min}^{Gan}=3300,S_{max}^{Gan}=99999,{\mathrm{Ra}}_{\min }^{Gan}=60,{\mathrm{Ra}}_{max}^{Gan}=100.$

R_Gan区域中包含有：斜撑；横腕臂；斜腕臂；定位器；定位管；

从而得到R_Gan区域中各个连通域所在区域的中心坐标，以及上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别为：(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})。并依据求得上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的方向角θ_{up_Jue}和θ_{down_Jue}；

按下式提取横腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}-0.15,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}+0.15;$

$y_{center\_\min }^{HengWB}=y_{center\_upJue}-45,y_{center\_max}^{HengWB}=y_{center\_upJue}+45;$

其中θ_{up_Jue}和y_{center_upJue}是上方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值。

按下式提取斜腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}-0.2,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}+0.2;$

$y_{center\_\min }^{XieWB}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieWB}=y_{center\_downJue};$

$S_{min}^{XieWB}=15000,S_{\max }^{XieWB}=999999;$

其中y_{center_upJue}是上方绝缘子区域的中心点坐标的竖坐标值；θ_{up_Jue}、y_{center_downJue}分别是下方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值。

按下式提取斜撑：

其中： $y_{center\_\min }^{XieCh}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieCh}=y_{center\_upJue}+380;$

$x_{center\_\min }^{XieCh}=x_{center\_upJue},x_{center\_max}^{XieCh}=x_{center\_HengWB};$

$S_{min}^{XieCh}=10000,S_{\max }^{XieCh}=99999;$

其中x_{center_upJue}、y_{center_upJue}分别是上方绝缘子区域的中心点坐标的横坐标和竖坐标值；x_{center_HengWB}是横腕臂区域的中心点坐标的横坐标值。

按下式分别对斜撑、横腕臂、斜腕臂进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并计算其两两之间的交点和角度。

横腕臂的直线方程为：f_HengWB(x,y)＝a_HengWBx+b_HengWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{HengWB}\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{H}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…H为提取到的横腕臂上的所有点的坐标。

斜腕臂的直线方程为：f_XieWB(x,y)＝a_XieWBx+b_XieWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{XieWB}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{M}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…M为提取到的斜腕臂上的所有点的坐标。

斜撑的直线方程为：f_XieCh(x,y)＝a_XieChx+b_XieCh；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{XieCh}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-N\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-N\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{XieCh}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{XieCh}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{N}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…N为斜撑上的所有点的坐标。

按下式计算横腕臂、斜腕臂与斜撑两两之间的夹角：

横腕臂与斜腕臂的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieWB}=arctan\left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieWB}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieWB}}\right|$

横腕臂与斜撑的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieCh}=arctan\left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieCh}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieCh}}\right|$

斜腕臂与斜撑的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{XieWBCh}=arctan\left|\frac{a_{XieWB}-a_{XieCh}}{1+a_{XieWB}{a}_{XieCh}}\right|$

判断安装方式：

若β_HengXieCh≥65°则为正定位安装方式；

β_HengXieCh＜65°则为反定位安装方式；

按下式计算中各杆件的交点：

横腕臂与斜腕臂的交点坐标：(x_HengXieWB,y_HengXieWB)

其中： $x_{HengXieWB}=\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}},y_{HengXieWB}=a_{HengWB}\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}}+b_{HengWB}$

横腕臂与斜撑的交点坐标：(x_HengXieCh,y_HengXieCh)

其中： $x_{HengXieCh}=\frac{b_{HengWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{HengWB}},y_{HengXieCh}=a_{HengWB}\frac{b_{HengWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{HengWB}}+b_{HengWB}$

斜腕臂与斜撑的交点坐标：(x_XieWBCh,y_XieWBCh)

其中： $x_{XieWBCh}=\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}},y_{XieWBCh}=a_{XieWB}\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}}+b_{XieWB}$

提取定位器和定位管：

在β_HengXieCh≥65°，即正定位安装方式下：

按下式从R_Gan区域中提取出定位器：

其中： $y_{center\_\min }^{DingWQ}=y_{center\_downJue}-300,y_{center\_max}^{DingWQ}=y_{center\_downJue}+200;$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWQ}=-0.1,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWQ}=0.1;$

$S_{\min }^{DingWQ}=10000,S_{max}^{DingWQ}=99999;$

y_{center_downJue}是下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值。

按下式从R_Gan区域中提取出定位管：

其中： $y_{center\_\min }^{DingWG}=y_{center\_downJue}-560,y_{center\_max}^{DingWG}=y_{center\_downJue};$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWG}=-0.08,{\mathrm{\&theta;}}_{\max }^{DingWG}=0.3;$

$S_{\min }^{DingWG}=4500,S_{max}^{DingWG}=99999;$

y_{center_downJue}是下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值。

在β_HengXieCh＜65°，即反定位安装方式下：

按下式从R_Gan区域中提取出定位器：

其中： $y_{center\_\min }^{DingWQ}=y_{center\_downJue}-380,y_{center\_max}^{DingWQ}=y_{center\_downJue}+100;$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWQ}=0.08,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWQ}=0.21;$

$S_{\min }^{DingWQ}=6000,S_{max}^{DingWQ}=99999;$

y_{center_downJue}是求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式从R_Gan区域中提取出定位管：

其中： $y_{center\_\min }^{DingWG}=y_{center\_downJue}-500,y_{center\_max}^{DingWG}=y_{center\_downJue};$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWG}=-0.1,{\mathrm{\&theta;}}_{\max }^{DingWG}=0.1;$

$S_{\min }^{DingWG}=4500,S_{max}^{DingWG}=99999;$

y_{center_downJue}是下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式分别对定位器、定位管进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并分别计算定位器、定位管与斜腕臂之间的交点和角度。

定位器的直线方程为：f_DingWQ(x,y)＝a_DingWQx+b_DingWQ；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{DingWQ}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{Q}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…Q为提取出来的定位器上的所有点的坐标；

定位管的直线方程为：f_DingWG(x,y)＝a_DingWGx+b_DingWG；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i-a_{DingWG}\underset{i=1}{\overset{G}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{G}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1…G为提取出来的定位器上的所有点的坐标。

按下式分别计算定位器、定位管与斜腕臂之间的夹角：

定位器与斜腕臂的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{DingWQXieWB}=arctan\left|\frac{a_{DingWQ}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWQ}{a}_{XieWB}}\right|$

定位管与斜腕臂的夹角： ${\mathrm{\&beta;}}_{DingWGXieWB}=arctan\left|\frac{a_{DingWG}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWG}{a}_{XieWB}}\right|$

定位器与斜腕臂的交点坐标：(x_DingWQXieWB,y_DingWQXieWB)

其中： $x_{DingWQXieWB}=\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}},y_{DingWQXieWB}=a_{DingWQ}=\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}}+b_{DingWQ}$

定位管与斜腕臂的交点坐标：(x_DingWGXieWB,y_DingWGXieWB)

其中： $x_{DingWGXieWB}=\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}},y_{DingWGXieWB}=a_{DingWG}\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}}+b_{DingWG}$

按下述步骤分别计算横腕臂与斜腕臂所在直线交点、横腕臂与斜撑所在直线交点到上方绝缘子中心点坐标的距离，横腕臂与斜腕臂所在直线交点、斜腕臂与定位管所在直线交点、斜腕臂与定位器所在直线交点到下方绝缘子中心的距离；

利用上述步骤中所得上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})，则有：

横腕臂与斜腕臂所在直线交点到上方绝缘子中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_upJue})}^2}$

横腕臂与斜撑交点到上方绝缘子中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieCh}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieCh}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieCh}-y_{center\_upJue})}^2}$

横腕臂与斜腕臂所在直线交点到下方绝缘子中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂与定位管所在直线交点到下方绝缘子中心的距离：

$D_{DingWG\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWGXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWGXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂与定位所在直线交点到下方绝缘子中心的距离：

$D_{DingWQXie\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWQXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWQXieWB}-y_{center\_downJue})}^2}$

所得夹角β_HengXieWB、β_HengXieCh、β_XieWBCh、β_DingWQXieWB、β_DingWGXieWB，以及距离值 作为参数，将前后两次成像处理后将所述参数进行比对，距离值D若超出5个像素、夹角β超过5°则判断对应杆件存在故障。

Claims (1)

1.一种电气化铁路接触网支持装置的光学成像检测方法，其特征在于，是在计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，输入一个电气化铁路接触网支持装置的全局图像，用像素表示的图像大小为2448*2048，其中图像左上角为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，图像视野所包含的实际范围为6m*5m；

步骤(2)，依次按以下步骤对所述电气化铁路接触网支持装置的全局图像进行均值滤波：

步骤(2.1)，新建一个滤波模板：

所述滤波模板的高为MaskHeight＝50，宽为MaskWidth＝50，单位是像素；

步骤(2.2)，将所述大小为2448*2048图像逐像素点的对准所述滤波模板的几何中心，所述滤波模板大小为50*50，并求滤波模板中所有像素的均值，g(x，y)＝1/Num∑f(x，y)，其中Num为该滤波模板中包含当前像素在内的像素总个数，即Num＝MaskHeight*MaskWidth，再把该均值赋予当前像素点(x，y)作为处理后图像在该点上的灰度值，用g(x，y)表示；

步骤(3)，用Bernsen算法对步骤(2)得到的均值滤波后的图像进行二值化处理：

构造一个以像素点(x，y)为中心的(2w+1)*(2w+1)窗口，2w+1为窗口的边长，w＝3，单位为像素，按下式计算步骤(2)得到的均值滤波图像中各个像素点(x，y)的阈值T(x，y)：

$T(x,y)=\frac{1}{2}*\left(\underset{-w\&le;n\&le;w}{\underset{-w\&le;m\&le;w}{max}}g\right(x+m,y+n)+\underset{-w\&le;n\&le;w}{\underset{-w\&le;m\&le;w}{\min }}g(x+m,y+n\left)\right)$

再对(2w+1)*(2w+1)窗口的中心像素点用下式中的b(x,y)的值逐点进行二值化：

$b(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}0& g(x,y)<T(x,y)\\ 1& g(x,y)\&GreaterEqual;T(x,y)\end{array}\right.$

步骤(4)，设步骤(3)得到的二值图像为A，用一个全为1的3*3的结构元素C，对步骤(3)中二值化后的图像进行腐蚀运算：

Erosion(A,C)＝{a|(a+b)∈A,a∈A,c∈C}

对腐蚀运算的结果B再按下式进行膨胀运算：

Dilation(B,C)＝{b+c|b∈B,c∈C}

由此得到的二值图记为P(x,y)；

步骤(5)，按下式计算所述二值图P(x,y)中像素的连通性：

$C(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1& P(x,y)=Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\\ 0& P(x,y)\&NotEqual;Q(x^{\&prime;},y^{\&prime;})\end{array}\right.$

也就是说，如果该像素灰度值与m个相邻像素中某一个点Q(x',y')的灰度值相等，即为1，其中m≤8，那么点P(x,y)与点Q(x',y')具有连通性；由于连通性具有传递性，从而得到具有相同连通性的像素点连通，但又与不同连通性的像素点分开的二值图；

此时的二值图中包含有：绝缘子(1)，上方绝缘子(101)，下方绝缘子(102)，斜撑(2)，横腕臂(3)，斜腕臂(4)，定位器(5)，定位管(6)，

步骤(6)，按以下公式计算上述步骤(5)中各个连通域的面积和其最小外接椭圆长轴的值、以及区域的方向角：

步骤(6.1)，计算面积：

$S=\underset{\begin{array}{c}f(x,y)=1\\ (x,y)\&Element;R\end{array}}{\&Sigma;}f(x,y)$

其中R为C(x,y)中具有相同连通性的各个区域，即R∈C；

步骤(6.2)，计算长轴：

区域的面积的归一化的矩：

$n_{p,q}=\frac{1}{S}\underset{(x,y)\&Element;R}{\&Sigma;}{x}^p{y}^q,$ 其中p∈[0,+∞],q∈[0,+∞]；

其中心矩的计算公式为：

$u_{p,q}=\frac{1}{S}\underset{(x,y)\&Element;R}{\&Sigma;}{(x-n_{1,0})}^p{(y-n_{0,1})}^q,$ 其中p+q∈[2,+∞]；

长轴的计算公式为：

$Ra=\sqrt{2(u_{2,0}+u_{0,2}+\sqrt{{(u_{2,0}-u_{0,2})}^2+4u_{1,1}^2})}$

步骤(6.3)，计算区域方向角：

$\mathrm{\&theta;}=-\frac{1}{2}\arctan \frac{2u_{1,1}}{u_{0,2}-u_{2,0}}$

步骤(7)，按以下步骤对步骤(5)中的二值图进行绝缘子特征提取，并识别上下方绝缘子：

步骤(7.1)，根据绝缘子的特征提取绝缘子：

步骤(7.1.1)，首先进行粗提取：

$S_{min}^{jue}=450,S_{\max }^{jue}=3000,{\mathrm{Ra}}_{\min }^{jue}=50,{\mathrm{Ra}}_{\max }^{jue}=100;$

步骤(7.1.2)，按步骤(4)所述的方法对二值图R_jue进行先膨胀后腐蚀运算；

步骤(7.1.3)，进一步精细提取：

$R_{jue}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}1& S_{\min }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\&le;S\&le;S_{\max }^{{\mathrm{jue}}^{\&prime;}}\\ 0& else\end{array}\right.$

此时，R'_jue为存在有上下方绝缘子的二值图；

步骤(7.2)，识别上下方绝缘子：

按以下公式计算步骤(7.1.3)中提取出来的两个绝缘子区域的中心点坐标：

$x_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_i\right)/n$

$y_{center}=\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{y}_i\right)/n$

其中，n为连通域中像素点的个数，(x_center,y_center)为连通域的中心点坐标；

那么，上方绝缘子区域为：

$R_{up\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;y\&le;min\left(y_{center}\right)\\ 0& else\end{array}\right.$

下方绝缘子区域为：

$R_{down\_jue}=\left\{\begin{array}{cc}1& min\left(y_{center}\right)<y\&le;2048\\ 0& else\end{array}\right.$

步骤(8)，支撑杆特征提取及识别：

步骤(8.1)，按以下公式对步骤(5)中的二值图进行支撑杆粗提取：

其中： $S_{\min }^{Gan}=3300,S_{max}^{Gan}=99999,{\mathrm{Ra}}_{\min }^{Gan}=60,{\mathrm{Ra}}_{max}^{Gan}=100;$

R_Gan区域中包含有：斜撑(2)，横腕臂(3)，斜腕臂(4)，定位器(5)，定位管(6)，

步骤(8.2)，利用步骤(7.2)中的区域中心点坐标计算公式得到步骤(8.1)中所得R_Gan区域中各个连通域所在区域的中心坐标，以及上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别为：(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})；并利用步骤(6)中的公式得出的上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的方向角θ_{up_Jue}和θ_{down_Jue}；

步骤(8.3)，按下式提取横腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{min}^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}-0.15,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{HengWB}={\mathrm{\&theta;}}_{up\_Jue}+0.15;$

$y_{center\_min}^{HengWB}=y_{center\_upJue}-45,y_{center\_\max }^{HengWB}=y_{center\_upJue}+45;$

其中θ_{up_Jue}和y_{center_upJue}是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值；

步骤(8.4)，按下式提取斜腕臂：

其中： ${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}-0.2,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{XieWB}={\mathrm{\&theta;}}_{down\_jue}+0.2;$

$y_{center\_min}^{XieWB}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieWB}=y_{center\_downJue};$

$S_{\min }^{XieWB}=15000,S_{\max }^{XieWB}=999999;$

其中y_{center_upJue}是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的中心点坐标的竖坐标值；θ_{up_Jue}、y_{center_downJue}分别是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域的方向角和中心点坐标的竖坐标值；

步骤(8.4)，按下式提取斜撑：

其中： $y_{center\_\min }^{XieCh}=y_{center\_upJue},y_{center\_max}^{XieCh}=y_{center\_upJue}+380;$

$x_{center\_\min }^{XieCh}=x_{center\_upJue},x_{center\_max}^{XieCh}=x_{center\_HengWB};$

$S_{\min }^{XieCh}=10000,S_{\max }^{XieCh}=99999;$

其中x_{center_upJue}、y_{center_upJue}分别是步骤(8.2)中求得的上方绝缘子区域的中心点坐标的横坐标和竖坐标值；x_{center_HengWB}是根据步骤(7.2)中的方法求得的步骤(8.3)中识别出的横腕臂区域的中心点坐标的横坐标值；

步骤(9)，按下式分别对斜撑(2)，横腕臂(3)，斜腕臂(4)进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并计算其两两之间的交点和角度；

步骤(9.1)，横腕臂(3)的直线方程为：f_HengWB(x,y)＝a_HengWBx+b_HengWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{y}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i-H\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i{x}_i}\\ b_{HengWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{y}_i-a_{HengWB}\underset{i=1}{\overset{H}{\&Sigma;}}{x}_i}{H}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1···H为步骤(8.3)提取出来的横腕臂(3)上的所有点的坐标；

斜腕臂(4)的直线方程为：f_XieWB(x,y)＝a_XieWBx+b_XieWB；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{y}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i-M\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i{x}_i}\\ b_{XieWB}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{y}_i-a_{XieWB}\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_i}{M}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1···M为步骤(8.3)提取出来的斜腕臂(4)上的所有点的坐标；斜撑(2)的直线方程为：f_XieCh(x,y)＝a_XieChx+b_XieCh；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{XieCh}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{y}_i-N\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i-N\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i{x}_i}\\ b_{XieCh}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{y}_i-a_{XieCh}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1···N为步骤(8.3)提取出来的斜撑(2)上的所有点的坐标；

步骤(9.2)，按下式计算横腕臂(3)、斜腕臂(4)与斜撑|(2)两两之间的夹角：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)的夹角：

${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieWB}=\arctan \left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieWB}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieWB}}\right|$

横腕臂(3)与斜撑(2)的夹角：

${\mathrm{\&beta;}}_{HengXieCh}=\arctan \left|\frac{a_{HengWB}-a_{XieCh}}{1+a_{HengWB}{a}_{XieCh}}\right|$

斜腕臂(4)与斜撑(2)的夹角：

${\mathrm{\&beta;}}_{XieWBCh}=\arctan \left|\frac{a_{XieWB}-a_{XieCh}}{1+a_{XieWB}{a}_{XieCh}}\right|$

步骤(9.3)，判断安装方式：

若β_HengXieCh≥65°则为正定位安装方式；

β_HengXieCh＜65°则为反定位安装方式；

步骤(9.4)，按下式计算步骤(9.1)中各杆件的交点：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_HengXieWB,y_HengXieWB)

其中： $x_{HengXieWB}=\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}},y_{HengXieWB}=a_{HengWB}\frac{b_{HengWB}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{HengWB}}+b_{HengWB}$

横腕臂(3)与斜撑(2)的交点坐标：(x_HengXieCh,y_HengXieCh)

其中： $x_{HengXieCh}=\frac{b_{HengWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{HengWB}},y_{HengXieCh}=a_{HengWB}\frac{b_{HengWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{HengWB}}+b_{HengWB}$

斜腕臂(4)与斜撑(2)的交点坐标：(x_XieWBCh,y_XieWBCh)

其中： $x_{XieWBCh}=\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}},y_{XieWBCh}=a_{XieWB}\frac{b_{XieWB}-b_{XieCh}}{a_{XieCh}-a_{XieWB}}+b_{XieWB}$

步骤(9.5)，提取定位器(5)和定位管(6)，

步骤(9.5.1)，在β_HengXieCh≥65°，即正定位安装方式下，

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位器(5)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWQ}=y_{center\_downJue}-300,y_{center\_max}^{DingWQ}=y_{center\_downJue}+200;$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWQ}=-0.1,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWQ}=0.1;$

$S_{\min }^{DingWQ}=10000,S_{max}^{DingWQ}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位管(6)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWG}=y_{center\_downJue}-560,y_{center\_max}^{DingWG}=y_{center\_downJue};$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWG}=-0.08,{\mathrm{\&theta;}}_{\max }^{DingWG}=0.3;$

$S_{\min }^{DingWG}=4500,S_{\max }^{DingWG}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

步骤(9.5.2)，在β_HengXieCh＜65°，即反定位安装方式下：

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位器(5)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWQ}=y_{center\_downJue}-380,y_{center\_max}^{DingWQ}=y_{center\_downJue}+100;$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWQ}=0.08,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWQ}=0.21;$

$S_{\min }^{DingWQ}=6000,S_{max}^{DingWQ}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

按下式从步骤(8.1)提取到的R_Gan区域中提取出定位管(6)，

其中： $y_{center\_\min }^{DingWG}=y_{center\_downJue}-500,y_{center\_max}^{DingWG}=y_{center\_downJue};$

${\mathrm{\&theta;}}_{\min }^{DingWG}=-0.1,{\mathrm{\&theta;}}_{max}^{DingWG}=0.1;$

$S_{\min }^{DingWG}=4500,S_{\max }^{DingWG}=99999;$

y_{center_downJue}是步骤(8.2)中求得的下方绝缘子区域中心点坐标的竖坐标值；

步骤(10)，按下式分别对定位器(5)、定位管(6)进行基于最小二乘法的直线拟合算法，并分别计算定位器(5)、定位管(6)与斜腕臂(4)之间的交点和角度；

定位器(5)的直线方程为：f_DingWQ(x,y)＝a_DingWQx+b_DingWQ；

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{y}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i-Q\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWQ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{y}_i-a_{DingWQ}\underset{i=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{x}_i}{Q}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1···Q为步骤(9.5)提取出来的定位器(5)上的所有点的坐标；

定位管(6)的直线方程为：f_DingWG(x,y)＝a_DingWGx+b_DingWG，

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{y}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i-G\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i{x}_i}\\ b_{DingWG}=\frac{\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{y}_i-a_{DingWG}\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{x}_i}{G}\end{array}\right.$

其中，点(x_i,y_i)，i＝1···G为步骤(9.5)提取出来的定位管(6)上的所有点的坐标；

按下式分别计算定位器(5)、定位管(6)与斜腕臂(4)之间的夹角：

定位器(5)与斜腕臂(4)的夹角：

${\mathrm{\&beta;}}_{DingWQXieWB}=\arctan \left|\frac{a_{DingWQ}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWQ}{a}_{XieWB}}\right|$

定位管(6)与斜腕臂(4)的夹角：

${\mathrm{\&beta;}}_{DingWGXieWB}=\arctan \left|\frac{a_{DingWG}-a_{XieWB}}{1+a_{DingWG}{a}_{XieWB}}\right|$

定位器(5)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_DingWQXieWB,y_DingWQXieWB)；

其中： $x_{DingWQXieWB}=\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}},y_{DingWQXieWB}=a_{DingWQ}\frac{b_{DingWQ}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWQ}}+b_{DingWQ}$

定位管(6)与斜腕臂(4)的交点坐标：(x_DingWGXieWB,y_DingWGXieWB)；

其中： $x_{DingWGXieWB}=\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}},y_{DingWGXieWB}=a_{DingWG}\frac{b_{DingWG}-b_{XieWB}}{a_{XieWB}-a_{DingWG}}+b_{DingWG}$

步骤(11)，按下述步骤分别计算横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点、横腕臂(3)与斜撑(2)所在直线交点到上方绝缘子(101)中心点坐标的距离，横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点、斜腕臂(4)与定位管(6)所在直线交点、斜腕臂(4)与定位器(5)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离；

利用步骤(8.2)中所得上方绝缘子R_{up_jue}区域和下方绝缘子R_{down_jue}区域的中心点坐标分别(x_{center_upJue},y_{center_upJue})、(x_{center_downJue},y_{center_downJue})，则有：

横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点到上方绝缘子(101)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_upJue})}^2}$

横腕臂(3)与斜撑(2)交点到上方绝缘子(101)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieCh}^{101}=\sqrt{{(x_{HengXieCh}-x_{center\_upJue})}^2+{(y_{HengXieCh}-y_{center\_upJue})}^2};$

横腕臂(3)与斜腕臂(4)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{HengWB\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{HengXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{HengXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂(4)与定位管(6)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{DingWG\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWGXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWGXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

斜腕臂(4)与定位器(5)所在直线交点到下方绝缘子(102)中心的距离：

$D_{DingWQXie\&CenterDot;XieWB}^{102}=\sqrt{{(x_{DingWQXieWB}-x_{center\_downJue})}^2+{(y_{DingWQXieWB}-y_{center\_downJue})}^2};$

步骤(12)，将步骤(9.2)所得夹角β_HengXieWB、β_HengXieCh、β_XieWBCh及步骤(10)所得夹角β_DingWQXieWB、β_DingWGXieWB，以及步骤(11)所得距离值 作为参数，将前后两次成像处理后的所述参数进行比对，距离值D若超出5个像素、夹角β超过5°则判断对应杆件存在故障。