CN103528534B - 一种基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法，具体步骤是：A、对输电线路图像进行预处理；B、使用边缘检测算子进行边缘检测；C、对边缘直线进行分类；D、利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤；G、根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度。由于输电线路的边缘直线具有方向性，对边缘直线进行分类，利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤，根据提取未覆冰和覆冰输电导线图像的边缘轮廓，从而确定未覆冰和覆冰输电导线的宽度，输电导线的覆冰厚度即为覆冰的输电导线宽度与未覆冰的输电导线宽度的差值的一半。本发明具有通过分类算法对边缘进行过滤、提高检测输电线路覆冰厚度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力监测技术领域，尤其是涉及一种电力系统中输电线路中基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法。
背景技术
在一定的地理气象环境条件下，输电线路的导线上常常会出现覆冰现象。全世界每年都会发生多起因输电线路覆冰而导致的倒杆断线等事故，给社会生产和生活带来极大不便，同时也造成了巨大的经济损失。通过输电线路在线监测系统，工作人员能够及时了解输电线路的现场状况，以便在输电线路上覆冰过厚时，及时采取除冰措施，防止电网大面积瘫痪对国民经济造成重大损失。
现有技术中，通过图像法检测输电线路导线覆冰厚度的方案大多数采用阈值方法提取轮廓，或采用传统的边缘提取方法。公开号为CN101556142A的中国专利“架空线路覆冰厚度的视觉检测方法”公开了通过区域分割获得图像架空线的所在区域，根据统计单根架空线对应于图像中单行所占的像素数的比例关系换算成覆冰的厚度的方法。公开号为CN101430195的中国专利“一种利用视频图像处理技术计算输电线路覆冰厚度的方法”公开了以传送到监控中心的输电线路视频流中截取的数字图像为研究对象，通过图像灰度化、二维图像分割、滤波、区域标记等方法对图像进行预处理，对各条输电导线覆冰前后图像像素的对比计算，得出一个平均比值，进而计算出其覆冰厚度。上述发明专利均对提取的边缘没有进行过滤，容易把噪声当作导线边缘，导致对提取的导线覆冰不精确。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法，它通过对检测到的导线边缘进行分类过滤，从而提高导线覆冰厚度的精度。
一种基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法，特征是：
A、对输电线路图像进行预处理；
B、使用边缘检测算子进行边缘检测；
C、对边缘直线进行分类；
D、利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤；
G、根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度。
本发明中，采用中值滤波方法对对采集到的输电线路图像进行处理，去除了噪声又避免了边界的模糊；采用canny算子进行边缘检测，能够尽可能多的标识出图像中的实际边缘；由于输电线路的边缘直线具有方向性，对边缘直线进行分类，利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤，根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度。因此，本发明具有通过分类算法对边缘进行过滤、从而提高检测输电线路的覆冰厚度的优点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的图像预处理流程示意图；
图3为根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度流程示意图；
图4为输电线路覆冰后的结构示意图，A表示上结冰层，B表示导线的宽度，C表示下结冰层。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明用于检测输电线路上的覆冰厚度。图1为本发明实施例的流程示意图。由图1可知，本发明包括对输电线路图像进行预处理100、使用边缘检测算子进行边缘检测200、对边缘直线进行分类300、利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤400、对比提取的未覆冰和覆冰的边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度500。
其中：
1、输电线路图像包括未覆冰的输电线路图像和覆冰的输电线路图像；
2、对输电线路图像进行预处理100是用于对输电线路图像进行灰度化和滤波处理，它包括未覆冰的输电线路图像进行预处理和覆冰的输电线路图像进行预处理；
A、对未覆冰输电线路图像进行预处理包括：
（1）灰度化模块是用于对所述的未覆冰输电线路图像进行灰度化，得到未覆冰的灰度图像；
（2）滤波处理模块是用于对所述的未覆冰的灰度图像进行滤波，得到未覆冰的滤波图像；
B、对覆冰的输电线路图像进行预处理包括：
（1）灰度化模块是用于对所述的覆冰的输电线路图像进行灰度化，得到覆冰的灰度图像；
（2）、滤波处理模块是用于对所述的覆冰的灰度图像进行滤波，得到覆冰的滤波图像；
3、使用边缘检测算子进行边缘检测200是用于提取输电线路图像中的直线，边缘检测算子使用Canny算子，能够检测到输电线路图像的边缘点；
A、对未覆冰的滤波图像使用边缘检测算子进行边缘检测，得到未覆冰的边缘检测图像；
B、对覆冰的滤波图像使用边缘检测算子进行边缘检测，得到覆冰的边缘检测图像。
4、对边缘直线进行分类300是用于对输电线路导线按照水平、垂直、正斜率45、负斜率45四类分类器进行分类。使用分类器对未覆冰的边缘检测图像中的直线和覆冰的边缘检测图像中的直线均进行分类。
水平、垂直、正斜率45、负斜率45四类分类器的梯度模板分别为：{-1，-2，-1；0，0，0；1，1，1}、{1，0，-1；2，0，-2；1，0，-1}、{-2，-1，0；-1，0，1；0，1，2}、{0，1，2；-1，0，1；-2，-1，0}。
5、利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤400是用于确定输电线路直线；
利用hough变换算法对未覆冰的分类器的边缘直线和覆冰的分类器的边缘直线均进行边缘过滤。
6、根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度500是用于根据计算得到的覆冰的输电线路导线宽度和未覆冰的输电线路导线宽度，确定输电线路导线的覆冰厚度，即输电导线的覆冰厚度为未覆冰的输电线路导线宽度和覆冰的输电导线宽度差值的一半。
图2为本发明实施例的图像预处理流程示意图。由图2可知，图像预处理包括图像灰度化模块101、图像滤波处理模块102。
其中：图像灰度化模块101是用于对所述的输电线路图像进行灰度化，得到输电线路灰度图像。灰度图像与彩色图像一样，反映了整幅图像的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征。图像的灰度化处理可通过如下两种方法来实现。
1、求出每个像素点的R、G、B三个分量的平均值，然后将这个平均值赋予给这个像素的三个分量。
2、根据YUV的颜色空间中，Y的分量的物理意义是点的亮度，由该值反映亮度等级，根据RGB和YUV颜色空间的变化关系可建立亮度Y与R、G、B三个颜色分量的对应：Y=0.3R+0.59G+0.11B，以这个亮度值表达图像的灰度值。
由于本实施例的图像背景单一，目标和背景在色调上区分鲜明，因此本实施例采用上述第二种方法进行灰度处理。
图像滤波处理模块102是用于对所述的输电线路灰度图像进行滤波，得到输电线路滤波图像。在本实施例中，由于噪声较小且孤立，采用3*3的中值滤波。中值滤波输出的像素是由邻域像素的中间值决定的，这使得在去除图像的同时，避免图像边缘的模糊，从而更有利于图像边缘的检测和提取。
图3为本发明实施例的根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度流程示意图。由图3可知，根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度包括计算导线间的垂直距离501、确定每条导线的宽度502、计算每条导线的覆冰厚度503。
其中，导线间的垂直距离501是用于确定直线间的垂直距离。在本发明实施例中，确定直线间的垂直距离的方法为：
在直线Line1附近或线上查找第一个黑点p1，并在以此点为中心的一定区域内查找在与直线Line1近似平行的直线Line2附近或线上的另一黑点p2，并计算p1和p2的垂直距离；
沿直线Line1逐点扫描，统计直线Line1点和直线Line2的点的垂直距离，并计算垂直距离平均值；
根据提取的导线边缘数目，计算导线的条数，每条导线的宽度为两条近线平行直线的垂直距离。
确定每条导线的宽度502是用于确定每条导线的宽度。根据每条导线均有2条边且2条边平行这一特征，确定导线的条数，导线的宽度为导线2条边的垂直距离。
计算每条导线的覆冰厚度503是用于确定导线的覆冰厚度。覆冰厚度为覆冰后的输电线路图像的导线宽度与未覆冰后的输电线路图像的导线宽度差值的一半。
Claims (7)
1.一种基于图像监测的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：具体步骤如下：
A、对输电线路图像进行预处理；
B、使用边缘检测算子进行边缘检测；
C、使用分类器对未覆冰的边缘检测图像中的直线和覆冰的边缘检测图像中的直线均进行分类；所述的分类器为水平、垂直、正斜率45、负斜率45四类分类器，四类分类器的梯度模板分别为：{-1，-2，-1；0，0，0；1，1，1}、{1，0，-1；2，0，-2；1，0，-1}、{-2，-1，0；-1，0，1；0，1，2}、{0，1，2；-1，0，1；-2，-1，0}；
D、利用hough变换算法对分类的边缘直线进行边缘过滤；
G、根据提取边缘轮廓测量输电导线的覆冰厚度。
2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：输电导线图像包括未覆冰的输电线路图像和覆冰的输电线路图像；对输电线路图像进行预处理100是用于对输电线路图像进行灰度化和滤波处理，它包括未覆冰的输电线路图像进行预处理和覆冰的输电线路图像进行预处理；
A、对未覆冰输电线路图像进行预处理包括：
（1）灰度化模块是用于对所述的未覆冰输电线路图像进行灰度化，得到未覆冰的灰度图像；
（2）滤波处理模块是用于对所述的未覆冰的灰度图像进行滤波，得到未覆冰的滤波图像；
B、对覆冰的输电线路图像进行预处理包括：
（1）灰度化模块是用于对所述的覆冰的输电线路图像进行灰度化，得到覆冰的灰度图像；
（2）、滤波处理模块是用于对所述的覆冰的灰度图像进行滤波，得到覆冰的滤波图像。
3.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：使用边缘检测算子进行边缘检测200是用于提取输电线路图像中的直线，边缘检测算子使用Canny算子，能够检测到输电线路图像的边缘点；
A、对未覆冰的滤波图像使用边缘检测算子进行边缘检测，得到未覆冰的边缘检测图像；
B、对覆冰的滤波图像使用边缘检测算子进行边缘检测，得到覆冰的边缘检测图像。
4.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：利用hough变换算法对未覆冰的分类器的边缘直线和覆冰的分类器的边缘直线均进行边缘过滤。
5.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：确定每条未覆冰的输电导线宽度和覆冰的输电导线宽度。
6.根据权利要求5所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：确定导线直径的方法具体包括：
在直线Line1附近或线上查找第一个黑点p1，并在以此点为中心的一定区域内查找在与直线Line1近似平行的直线Line2附近或线上的另一黑点p2，并计算p1和p2的垂直距离；
沿直线Line1逐点扫描，统计直线Line1点和直线Line2的点的垂直距离，并计算垂直距离平均值；
根据提取的导线边缘数目，计算导线的条数，每条导线的宽度为两条近线平行直线的垂直距离。
7.根据权利要求5所述的输电线路覆冰厚度检测方法，其特征在于：覆冰的输电导线宽度与未覆冰的输电导线宽度的差值的一半即为覆冰的厚度。
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