CN105098651A - 输电线路绝缘子定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种输电线路绝缘子定位方法和系统，该方法包括：从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；构建绝缘子串仿射不变区域检测器；在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。所述输电线路绝缘子定位方案，通过在巡线视频的杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，可以减少绝缘子串的图像匹配工作量，提高绝缘子的检测定位速度；通过构建的绝缘子串仿射不变区域检测器，可以对亮度、色度或纹理不同的绝缘子实现检测定位功能，因此相对于现有技术，能够在同一帧中识别不同类型的绝缘子，实现对多种不同类型绝缘子的快速定位功能。

Description

输电线路绝缘子定位方法及系统

技术领域

本发明涉及输电线路巡检领域，尤其涉及一种输电线路绝缘子定位方法及系统。

背景技术

随着智能电网的发展，传统的输电线路人工巡检面临巨大挑战，不但需要高昂的人工成本，而且人工的巡检效率低，引入的人为性误差较大，对电网整体智能性有很大制约。因此，使用无人机或直升机等飞行器进行输电线路巡检正逐渐成为巡线工作的主力，其中，直升机巡线可以大大提高人工巡检效率，无人机巡线还可以在此基础上大大降低人工成本。使用可见光/红外影像数据以及视频数据等不同数据载体，可以从不同角度、不同维度满足高压架空输电线路巡检工业需求。

架空输电线路中的绝缘子具有增加爬电距离，支撑导线和防止电流回地等功能，可以延长整条线路的使用和运行寿命，对于智能电网整体也有着至关重要作用。但这一重要电力目标由于长期置于各种天气条件及自然环境中，浮尘等污秽的附着、外物撞击、老化、雷电等都对绝缘子造成不同程度的损坏，如不能及时发现及进行处理，极有可能影响输电线路正常运行甚至造成输电线路的破坏，引发停电和经济损失。

目前一种典型的绝缘子检测定位方法如下：基于静态视频帧或航拍图像，根据图像视觉特征识别图像并判定。视觉特征包括颜色、纹理、形状特征，或进一步根据不同特征的融合，进行识别和定位。现有技术中的这些定位方法，对绝缘子的检测和定位的速度较慢，并且难以识别出同一帧中不同类型的绝缘子。

发明内容

本发明的技术解决问题是：解决现有技术不足，提供一种输电线路绝缘子定位方法及系统，以解决现有的定位方法检测定位速度慢，并且难以识别出同一帧中不同类型的绝缘子的缺陷。

基于此，本发明提供的技术解决方案是：

一种输电线路绝缘子定位方法，包括：

从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；

构建绝缘子串仿射不变区域检测器；

在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；

将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

较佳的，所述从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，包括：

根据输电线路级别确定角点阈值；

对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧。

较佳的，所述从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，包括：

根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值；

对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。

较佳的，所述构建绝缘子串仿射不变区域检测器，包括：

采集待检测各种绝缘子的参数信息；

使用绝缘子的参数信息，构建绝缘子特征模型；

结合连续链状边界构建绝缘子串仿射不变区域检测器。

较佳的，所述构建绝缘子特征模型包括：

采用亮度特征和色度特征表示绝缘子材质及成像时外界条件；

采用半圆纹理代表绝缘子纹理信息。

较佳的，所述提取绝缘子串区域，包括：

在预设阈值范围内选择最大似然绝缘子串区域；

框选所述区域，并记录该区域对应的帧号及位置信息。

较佳的，所述的输电线路绝缘子定位方法中：

根据输电线路级别确定所述预设阈值。

较佳的，所述提取绝缘子串区域，还包括：

所述绝缘子串仿射不变区域检测器的仿射不变性对符合特征模型的不同方向的目标绝缘子串进行提取。

相应于上述方法，本发明还提供了一种输电线路绝缘子定位系统，包括：

感兴趣区域确定模块，用于从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；

检测器构建模块，用于构建绝缘子串仿射不变区域检测器；

提取模块，用于在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；

定位视频生成模块，用于将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

较佳的，所述感兴趣区域确定模块，包括：

杆塔帧中确定单元，用于根据输电线路级别确定角点阈值，以及对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧；

兴趣域确定单元，用于根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值，以及对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的输电线路绝缘子定位方案，通过在巡线视频的杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，可以减少绝缘子串的图像匹配工作量，提高绝缘子的检测定位速度；通过构建的绝缘子串仿射不变区域检测器，可以对亮度、色度或纹理不同的绝缘子实现检测定位功能，因此相对于现有技术，能够在同一帧中识别不同类型的绝缘子，实现对多种不同类型绝缘子的快速定位功能。

附图说明

图1是本发明提供的输电线路绝缘子定位方法流程示意图；

图2是本发明提供的构建绝缘子串仿射不变区域检测器流程示意图；

图3是本发明提供的输电线路绝缘子定位系统架构图。

具体实施方式

为解决现有的输电线路绝缘子定位方法检测定位速度慢，并且难以识别出同一帧中不同类型的绝缘子的缺陷，本申请实施例提供了一种输电线路绝缘子定位方法和系统，参见以下实施例。

实施例一：

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，参见图1所示的输电线路绝缘子定位方法流程示意图，其包括以下步骤：

S101，从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域。

在巡线视频经过去雾等预处理并且传感器必要参数已知的基础上，由于杆塔经纬度信息为已知项，可以根据初始帧经纬度信息、帧率、分辨率以及地理信息等对目标经纬度的杆塔视频段进行预测并截取，粗筛杆塔视频段。

本实施例可以采用视频帧间差分结合Harris角点及Hough直线检测进行杆塔感兴趣区域(ROI，regionofinterest)的选取及无效帧(如虚帧)的过滤。

对应的，本步骤中可以采用如下方式选择杆塔帧：

根据输电线路级别确定角点阈值；

对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧。

其中，所述设定帧数较佳的可以为3帧，3帧差分是根据无人机和直升机实拍电力巡线视频实验获取的先验值，其差分结果可以最大限度的保留杆塔角点及线性特征，对于因机身抖动造成的双重映射的虚帧及有效帧使用特征值进行区分。

为实现对无效帧的处理，提高定位效率，本实施例中，还可以包括：

根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值；

对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。本步骤的ROI域获取，其区域获取操作并非需要严格对于杆塔对象种类进行区别，而是借助角点及线段特征值，在图像帧中保留杆塔本征信息。

随着直升机或无人机的航拍角度变化，杆塔在视频帧中位置、形态也有较大差异，但其角点特征及直线特征是稳定的。其中，角点特征可以快速粗筛选杆塔视频帧，但对于无效帧(如虚帧)的情况不能有效处理；Hough线段检测可以快速确定杆塔感兴趣区域，并进行杆塔帧细筛选，但对于包含大量架空输电线的帧图像不能有效区分。因此，本实施例中较佳的可以选择使用双重特征进行杆塔帧筛选。当然也可以选择角点特征和直线特征中的任意一个方式进行筛选。

S102，构建绝缘子串仿射不变区域检测器。

输电线路中的绝缘子因为线路安装要求和批量生产的特性，绝缘子串中的绝缘子具有相同的几何形状和大致相同的物理特性。

因此，本步骤中，可以采用如下步骤构建绝缘子串仿射不变区域检测器，参见图2的流程示意图：

S102a，采集待检测各种绝缘子的参数信息；

采集待检测各种绝缘子的先验知识，可以是绝缘子的实际图纸、绝缘子的生产模具、刚刚生产的绝缘子实体，采集绝缘子串的边缘信息，绝缘子材质等参数。

S102b，使用绝缘子的参数信息，构建绝缘子特征模型；

其中，可以采用如下方式构建绝缘子特征模型:

采用亮度特征和色度特征表示绝缘子材质及成像时外界条件；

采用半圆纹理代表绝缘子纹理信息。

S102c，结合连续链状边界构建绝缘子串仿射不变区域检测器。

连续链状边界代表绝缘子串的纹理特征，结合单个绝缘子元素的特征，构成了整个目标绝缘子串的特征模型。其中所述检测器可以使用仿射尺度空间二阶矩。所述检测器可以预先构建完成，也可以在步骤S101执行的同时或者S101执行完毕之后进行构建。

通过以上方式构建的检测器，可以检测多种不同类型的绝缘子。

S103，在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域。

利用步骤S101中所述的杆塔帧感兴趣区域及步骤S102中所述的绝缘子串仿射不变区域检测器，进行单个杆塔帧中ROI域内绝缘子串检测。

在检测过程中，可以预先设定一个阈值范围，根据阈值范围筛选最大似然绝缘子串区域，框选所述区域，并记录该区域对应的帧号及位置信息(如中心坐标及边界坐标)。

其中，所述预设的阈值范围可以根据输电线路级别确定。不同级别杆塔的绝缘子串数量是固定的，因此绝缘子串个数间接决定了阈值范围的设定。对于绝缘子串中间出现的绝缘子自爆、绝缘子缺失等影响绝缘子串连续性的情况，可以通过设置框中心距离阈值将部分进行合并。

具体的，所述步骤S103中可以采用如下的检测方式：

构建形状适应性矩阵，在兴趣点处，使用矩阵变换得到局部窗口，为了确保原始图像正确采样，设特征向量。

初始值是通过使用模版匹配从ROI域内左上角开始匹配确定的第一个兴趣点，每次迭代中，尺度参数自动选择，结果矩阵相对于初始尺度以及图像分辨率是独立的。

然后，在仿射归一化窗口中，重新检测最大值，对初始点定位使用替代向量反向映射到原图像域进行修正，

其中，变换图像中点的坐标，进行迭代，通过判断其收敛程度作为一种终止迭代条件，另一种迭代终止条件为，当连续的变换近似度达到阈值。

若不收敛，即当特征向量比率趋于无穷，此点应该被拒绝。

此外，本步骤中，绝缘子串提取使用仿射不变区域检测器，其提取操作不局限于绝缘子串的方向，检测器的仿射不变性对符合特征模型的不同方向目标串进行提取。

S104，将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

其中所述预设的格式可以为编码格式。得到的视频流中，包含了经过准确定位的绝缘子串区域信息，实现了绝缘子串的快速检测和定位。

本实施例提供的输电线路绝缘子定位方法，通过在巡线视频的杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，可以减少绝缘子串的图像匹配工作量，提高绝缘子的检测定位速度；通过构建的绝缘子串仿射不变区域检测器，可以对亮度、色度或纹理不同的绝缘子实现检测定位功能，因此相对于现有技术，能够在同一帧中识别不同类型的绝缘子，实现对多种不同类型绝缘子的快速定位功能。

实施例二：

相应于上述实施例提供的输电线路绝缘子定位方法，本实施例还对应的提供了一种输电线路绝缘子定位系统，参见图3所述的系统架构图，该系统包括以下部分：

感兴趣区域确定模块301，用于从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；

检测器构建模块302，用于构建绝缘子串仿射不变区域检测器；

提取模块303，用于在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；

定位视频生成模块304，用于将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

在上述方案基础上，本实施例提供的输电线路绝缘子定位系统中，可以采用视频帧间差分结合Harris角点及Hough直线检测进行杆塔感兴趣区域的选取及无效帧(如虚帧)的过滤。

对应的，所述感兴趣区域确定模块，还可以包括：

杆塔帧中确定单元，用于根据输电线路级别确定角点阈值，以及对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧；

兴趣域确定单元，用于根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值，以及对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。

本实施例提供的输电线路绝缘子定位系统，通过在巡线视频的杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，可以减少绝缘子串的图像匹配工作量，提高绝缘子的检测定位速度；通过构建的绝缘子串仿射不变区域检测器，可以对亮度、色度或纹理不同的绝缘子实现检测定位功能，因此相对于现有技术，能够在同一帧中识别不同类型的绝缘子，实现对多种不同类型绝缘子的快速定位功能。

本实施例是针对上述方法实施例提供的装置实施例，其类同之处相互参见即可，在此不再赘述。

本实施例中所述的单元、模块及其之间的连接方式等均为具体的实例，在实现其功能的基础上，还可以等同替换为其它类型的存储单元、模块和连接方式，本实施例描述的范围不局限于上述实例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种输电线路绝缘子定位方法，其特征在于，包括：

从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；

构建绝缘子串仿射不变区域检测器；

在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；

将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

2.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子定位方法，其特征在于，所述从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，包括：

根据输电线路级别确定角点阈值；

对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧。

3.根据权利要求2所述的输电线路绝缘子定位方法，其特征在于，所述从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域，包括：

根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值；

对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。

4.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子定位方法，其特征在于，所述构建绝缘子串仿射不变区域检测器，包括：

采集待检测各种绝缘子的参数信息；

使用绝缘子的参数信息，构建绝缘子特征模型；

结合连续链状边界构建绝缘子串仿射不变区域检测器。

5.根据权利要求4所述的输电线路绝缘子定位方法，所述构建绝缘子特征模型包括：

采用亮度特征和色度特征表示绝缘子材质及成像时外界条件；

采用半圆纹理代表绝缘子纹理信息。

6.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子定位方法，其特征在于，所述提取绝缘子串区域，包括：

在预设阈值范围内选择最大似然绝缘子串区域；

框选所述区域，并记录该区域对应的帧号及位置信息。

7.根据权利要求6所述的输电线路绝缘子定位方法，其特征在于：

根据输电线路级别确定所述预设阈值。

8.根据权利要求6所述的输电线路绝缘子定位方法，所述提取绝缘子串区域，还包括：

所述绝缘子串仿射不变区域检测器的仿射不变性对符合特征模型的不同方向的目标绝缘子串进行提取。

9.一种输电线路绝缘子定位系统，其特征在于，包括：

感兴趣区域确定模块，用于从杆塔帧中确定杆塔感兴趣区域；

检测器构建模块，用于构建绝缘子串仿射不变区域检测器；

提取模块，用于在单个杆塔帧中的感兴趣区域内进行绝缘子串检测，提取绝缘子串区域；

定位视频生成模块，用于将所述提取的绝缘子串区域对应的帧按照预设格式生成视频流。

10.根据权利要求9所述的输电线路绝缘子定位系统，其特征在于，所述感兴趣区域确定模块，包括：

杆塔帧中确定单元，用于根据输电线路级别确定角点阈值，以及对设定帧数的帧间差分结果进行角点检测，使用角点阈值筛选出杆塔帧；

兴趣域确定单元，用于根据输电线路级别确定杆塔线条数阈值，以及对杆塔帧进行直线检测，根据杆塔线条数阈值，过滤无效帧并确定杆塔感兴趣区域。