CN104952066A - 基于hsv色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，包括以下步骤：步骤一、图像读入和色彩空间变化，将RGB彩色图像转换为HSV图像；步骤二、针对输电线路相位标志牌分为A,B,C三相且每一相具有固定颜色，采用阈值分割法对图像的H,S,V三通道分别进行阈值分割得到二值化的图像；步骤三、对阀值分割后的图像进行处理得到相位标志牌的前景图和轮廓图；步骤四、相位标志牌轮廓图的标定和输出。通过基于计算机视觉技术的识别方法，解决了对相位标志牌的准确提取，为电网设施的缺陷定位提供依据，具有重要的实际应用意义。

Description

基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法

技术领域

本发明属于电力系统直升机巡检或机器人巡检技术领域，涉及基于计算机视觉技术开发的模式识别方法，具体涉及一种基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法。

背景技术

电网设施存在人为或自然的破坏以及老化问题，会影响电网的安全运行和电力系统稳定。输电线路的运行维护是电力管理部门日常工作中重要的一部分，旨在发现并解决可能影响输电线路设施安全运行的问题。长期以来，我国输电线路运行维护的大部分工作主要靠人力操作，机械化水平与国际先进水平差距甚大。随着输电线路里程数的增加的出现，输电线路受到人们生产生活的干涉越来越多，又由于这些隐患的存在和发生具有经常性、隐蔽性、突发性的特点，使供电部门日常巡视难以达到理想的管理效果。近年来，基于机器视觉的输电线路本体及通道的智能影像检测成为研究的热点，能自动识别诊通道和部件中存在的各种缺陷和隐患。

相位标志牌是电网设施中的重要组成部分，按照国家电网公司规定，相位标志牌采用搪瓷、金属或塑料制作，安装在导线挂点附近的醒目位置。由于自身材质和制作工艺影响，以及强电场和风吹日晒等自然因素共同作用，相位标志牌经常出现字迹不清、腐蚀和锈蚀现象，给电力施工和检修带来极大不便甚至造成安全隐患。准确识别相位标志牌，一方面为及时发现相位标志牌腐蚀、锈蚀奠定基础，另一方面，也为电网设施的缺陷定位提供依据，具有重要的实际应用意义。

目前国内外对于相位标志牌图像识别方法的研究很少见。因此，本项发明技术是将计算机视觉、模式识别领域的研究成果引入输电线路本体及通道的影像检测工作中，实现对相位标志牌的准确提取，体现了多学科与多领域的交叉性。本项发明将为输电线路部件识别与检测奠定理论与应用基础，具有非常好的应用前景。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，通过基于计算机视觉技术的识别方法，解决了对相位标志牌的准确提取，为电网设施的缺陷定位提供依据，具有重要的实际应用意义。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，包括以下步骤：步骤一、图像读入和色彩空间变化，将RGB彩色图像转换为HSV图像；步骤二、针对输电线路相位标志牌分为A,B,C三相且每一相具有固定颜色，采用阈值分割法对图像的H,S,V三通道分别进行阈值分割得到二值化的图像；步骤三、对阀值分割后的图像进行处理得到相位标志牌的前景图和轮廓图；步骤四、相位标志牌轮廓图的标定和输出。

所述步骤一RGB彩色图像转换为HSV图像通过以下公式计算：

V←max(R,G,B)

$S\←\left\{\begin{array}{ccc}\frac{V-\min (R,G,B)}{V}& \mathrm{if}& V\≠0\\ 0& & \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$H\←\left\{\begin{array}{ccc}60(G-B)/S& \mathrm{if}& V=R\\ 120+60(B-R)/S& \mathrm{if}& V=G\\ 240+60(R-G)/S& \mathrm{if}& V=B\end{array}\right..$

if H＜0then H←H+360

输出H,S,V值范围：0≤V≤1，0≤S≤1，0≤H≤360

将对应的H,S,V值线性拉伸得到：V←255V,S←255S,H←H/2

所述步骤二通过以下公式进行计算：

$\mathrm{dst}(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}{v}_1& \mathrm{if}& \mathrm{src}(x,y)>T\\ v_2& & \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

其中T为阈值。

所述步骤三包括以下步骤：步骤a、对于H通道和S通道分别进行形态学腐蚀操作后求交集，得到初步的相位标志牌前景图。步骤b、对于V通道形态学膨胀操作后与步骤一得到的初步相位标志牌前景图的交集操作，得到最终的相位标志牌轮廓图。

所述步骤a的H通道通过以下公式计算：

H_e＝H_tΘB,其中H_t为H通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，H_e为H_t与B腐蚀后的图像。

所述步骤a的S通道通过以下公式计算：

S_e＝S_tΘB,其中S_t为S通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，S_e为S_t与B腐蚀后的图像。

所述步骤a的V通道通过以下公式计算：

其中V_t为V通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，V_d为V_t与B膨胀后的图像。

所述步骤b通过以下公式计算：

$F=((H_e\∩S_e)\⊕B)\∩V_d.$

所述步骤一，图像的读入及处理基于Qt+OpenCV平台开发，其中图像的封装基类为CvImage，图像的读入及处理利用CvImage中封装的函数实现。

所述步骤四的相位标志牌轮廓像素将以极坐标或直角坐标方式存储并显示，存储类型为CvContour类型的点阵序列

本发明有益效果是:本发明综合使用了多种图像处理基本方法，通过对输电线路通道影像中相位标志牌固有色彩及形状特征的详细分析，设计了一种可以识别相位标志牌的快速算法，可以应用于输电线路智能巡检中。本项发明技术是将目前计算机视觉、模式识别领域的研究成果引入输电线路相位标志牌的智能影像检测中，利用实时航拍视频中的视觉信息实现输电线路相位标志牌的智能识别，体现了多学科与多领域的交叉性。本项发明将为输电线路航拍巡检重要部件识别与检测奠定关键性的理论与应用基础，具有非常好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的相位标志牌图像识别方法流程图。

图2是本发明的具体实施方式的HSV三通道图像。

图3是本发明的具体实施方式的HSV阈值分割图像。

图4是本发明的具体实施方式的前景图像。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

输电线路相位标志牌主要图像特征有：

●相位标志牌分为A、B、C三相；

●每一相颜色固定，其中A相—红色，B相—黄色，C相—蓝色或绿色， 且颜色分量的特征值明显，表现为H和S值范围大致确定

●相位标志牌都有白色边框、纯色背景以及白色字母；

●相位标志牌在图像中整体呈现为矩形或平行四边形。

依据上述相位标志牌在图像中的主要特征，本发明设计了如图1流程所示的相位标志牌图像识别算法，本发明方法基于Qt+OpenCV平台下开发，可以直接提供给输电线路本体及通道的智能影像检测系统调用，通过在后台执行程序，将输电线路相位标志牌在图像中的具体位置大致轮廓标出并返回给主系统。具体步骤如下：

(1)图像的读入及色彩空间转换

输电线路相位标志牌识别方法基于Qt+OpenCV平台开发，其中图像的封装基类为CvImage。图像的读入及处理利用CvImage中封装的函数实现。

对于一个三分量为R、G、B的彩色图像像素，该像素对应的H、S、V值按公式(1)计算。

V←max(R,G,B)

$S\←\left\{\begin{array}{ccc}\frac{V-\min (R,G,B)}{V}& \mathrm{if}& V\≠0\\ 0& & \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$H\←\left\{\begin{array}{ccc}60(G-B)/S& \mathrm{if}& V=R\\ 120+60(B-R)/S& \mathrm{if}& V=G\\ 240+60(R-G)/S& \mathrm{if}& V=B\end{array}\right.---\left(1\right)$

if H＜0then H←H+360

输出H,S,V值范围：0≤V≤1，0≤S≤1，0≤H≤360

将对应的H,S,V值线性拉伸得到：V←255V,S←255S,H←H/2式(1)将RGB图像转换为HSV图像。

(2)分别对HSV图像的H、S和V通道进行阈值分割以及形态学操作得到相位标志牌前景图

输电线路相位标志牌分别为A、B、C三相，每一相颜色特征固定，对本发明采用的实验标志牌的HSV通道数值进行采样，得到表1所示相位标志牌HSV单通道数值分布。

表1矩形相位标志牌HSV单通道数值分布

根据表1，选取合适的阈值T，对H、S和V通道图像的阈值分割按照公式(2)计算。

$\mathrm{dst}(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}{v}_1& \mathrm{if}& \mathrm{src}(x,y)>T\\ v_2& & \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

其中T为阈值。

分别得到H、S和V通道图像阈值分割后的图像H_t、S_t和V_t。

对于H_t、S_t和V_t按照公式(3)-(6)计算，得到相位标志牌前景图图4。

H_e＝H_tΘB,其中H_t为H通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，H_e为H_t与B腐蚀后的图像。      (3) 

S_e＝S_tΘB,其中S_t为S通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，S_e为S_t与B腐蚀后的图像。        (4) 

其中V_t为V通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，B为结构元素，V_d为V_t与B膨胀后的图像。       (5) 

$F=((H_e\∩S_e)\⊕B)\∩V_d.---\left(6\right)$

(3)相位标志牌的标定及输出

最终检测到的相位标志牌轮廓像素将以极坐标或直角坐标方式存储并显示，存储类型为CvContour类型的点阵序列。

算法本身封装为Win32平台下的动态链接库(DLL)形式，可在后台运行，返回值供主程序调用

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于,该方法包括以下步骤：

步骤一、图像读入和色彩空间变化，将RGB彩色图像转换为HSV图像；

步骤二、针对输电线路相位标志牌分为A,B,C三相且每一相具有固定颜色，采用阈值分割法对图像的H,S,V三通道分别进行阈值分割得到二值化的图像；

步骤三、对阀值分割后的图像进行处理得到相位标志牌的前景图和轮廓图；

步骤四、相位标志牌轮廓图的标定和输出。

2.根据权利要求1所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤一RGB彩色图像转换为HSV图像通过以下公式计算：V←max(R,G,B)

$S\←\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{ccc}\frac{V-\min (R,G,B)}{V}& \mathrm{if}& V\≠0\end{array}\\ \begin{array}{cc}0& \mathrm{otherwise}\end{array}\end{array}\right.$

$H\←\left\{\begin{array}{ccc}60(G-B)/S& \mathrm{if}& V=R\\ 120+60(B-R)/S& \mathrm{if}& V=G\\ 240+60(R-G)/S& \mathrm{if}& V=B\end{array}\right.$

ifH＜0thenH←H+360

输出H,S,V值范围：0≤V≤1，0≤S≤1，0≤H≤360

将对应的H,S,V值线性拉伸得到：V←255V,S←255S,H←H/2。

3.根据权利要求1所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤二通过以下公式进行计算：

$\mathrm{dst}(x,y)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{ccc}{v}_1& \mathrm{if}& \mathrm{src}(x,y)>T\end{array}\\ \begin{array}{cc}{v}_2& \mathrm{otherwise}\end{array}\end{array}\right.$

其中T为阈值。

4.根据权利要求1所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：

步骤a、对于H通道和S通道分别进行形态学腐蚀操作后求交集，得到初步的相位标志牌前景图。

步骤b、对于V通道形态学膨胀操作后与步骤一得到的初步相位标志牌前景图的交集操作，得到最终的相位标志牌轮廓图。

5.根据权利要求4所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤a的H通道通过以下公式计算：

H_e＝H_tΘB,其中H_t为H通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，

B为结构元素，H_e为H_t与B腐蚀后的图像。

6.根据权利要求4所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤a的S通道通过以下公式计算：

S_e＝S_tΘB,其中S_t为S通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，

B为结构元素，S_e为S_t与B腐蚀后的图像。

7.根据权利要求4所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤a的V通道通过以下公式计算：

其中V_t为V通道图像按公式(2)获得的阈值分割后的图像，

B为结构元素，V_d为V_t与B膨胀后的图像。

8.根据权利要求4所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤b通过以下公式计算：

$F=((H_e\∩S_e)\⊕B)\∩V_d.$

9.根据权利要求1所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤一，图像的读入及处理基于Qt+OpenCV平台开发，其中图像的封装基类为CvImage，图像的读入及处理利用CvImage中封装的函数实现。

10.根据权利要求1所述的基于HSV色彩空间的输电线路相位标志牌识别方法，其特征在于，所述步骤四相位标志牌轮廓像素将以极坐标或直角坐标方式存储并显示，存储类型为CvContour类型的点阵序列。