CN107644234B - 一种输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘子脱落缺陷检测准确率、召回率高，特别是在室外天气、环境易变的条件下，具有更高的检测精度的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法。该输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法包括绝缘子标注、模板筛选、待检测图像的偏移估算与补偿、待检测图像和检测模板图像的去雾处理、绝缘子目标提取、投影信号差分处理、缺陷判定。使用该检测方法可以大大提高绝缘子脱落缺陷的检测准确率以及召回率，特别是在室外天气、环境易变的条件下，本发明的检测方法具有更高的检测精度。适合在输电线路检测技术领域推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路检测技术领域，尤其是一种输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法。
背景技术
输电线路是电力系统的重要组成部分，它承担着电能远距离传输的任务。电力线路长期暴露在自然环境中，不仅仅承受着自然张力、材料老化等自身损坏，还要受到雷击、暴风、雨水以及鸟类等外界的侵蚀。如果输电线路中存在绝缘子脱落缺陷，将增加输电线路短路的风险，可能会带来大面积停电、森林火灾等严重的事故，造成巨大的经济损失以及人员伤亡。
传统的输电线路巡线工作是依靠人工巡检，但人工巡检效率低、工作强度大、以及对特殊线路尤其是高压线路时，有危机检测人员人身安全的风险。
基于图像的输电线路绝缘子脱落缺陷检测能够解决以上描述的人工巡检过程中的问题。现有的基于图像的绝缘子脱落缺陷检测系统主要涉及以下技术：基于图像分割技术和目标检测技术的绝缘子目标提取技术(将绝缘子图像与周围环境图像进行分离)；现有的基于图像的绝缘子脱落缺陷检测系统在实际使用过程中存在以下问题：
(1)图像分割和目标检测技术不能完全保证绝缘子图像与背景图像分离，图像分割和目标检测存在一定的误差，准确率较低。
(2)在室外天气、环境易变情况下，绝缘子脱落缺陷检测的准确率、召回率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种绝缘子脱落缺陷检测准确率、召回率高，特别是在室外天气、环境易变的条件下，具有更高的检测精度的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，包括以下步骤：
A、绝缘子标注：获取输电线路的绝缘子历史模板图像集合，并在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息；
B、模板筛选：获取输电线路的绝缘子待检测图像，然后将绝缘子历史模板图像集合中的每一张图像与绝缘子待检测图像进行相似度计算，然后选取其中相似度最高的绝缘子历史模板图像作为检测模板图像；
C、待检测图像的偏移估算与补偿：将检测模板图像所对应的横向、纵向的图像像素偏移量x,y作为图像偏移量的估算结果，并用该偏移量作为待检测图像的偏移补偿量；
D、待检测图像和检测模板图像的去雾处理：将待检测图像和检测模板图像采用基于暗通道的图像去雾算法进行去雾处理；
F、绝缘子目标提取：根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息对检测模板图像进行裁剪得到检测模板绝缘子图像；根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息并结合待检测图像的偏移补偿量对检测模板图像进行裁剪得到待检测绝缘子图像；
G、投影信号差分处理：分别将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像沿各自的最长边进行图像投影，然后将投影信号作差分处理，得到检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像的特征差异性信号；
F、缺陷判定：将步骤G得到的特征差异性信号进行滑窗平滑处理，并根据缺陷判定门限对进行滑窗平滑处理的特征差异性信号进行判定，如果进行滑窗平滑处理的特征差异性信号存在连续多个值超过缺陷判定门限，则判定此位置存在绝缘子脱落缺陷。
进一步的是，在步骤A中，在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息为旋转矩形区域，所述旋转矩形区域包含矩形中心点坐标、矩形宽度、矩形高度、矩形旋转角度。
进一步的是，在步骤B中，所述相似度计算采用如下计算公式：
相似度
其中：T'(i，j)＝T(i，j)-1/(w·h)·∑m，nT(m，n)；
I'(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)-1/(w·h)·∑m，nI(x+m，y+n)；
其中T(i,j)为绝缘子历史模板图像集合中的一张图像，I(i,j)为待检测图像，x,y为横向、纵向的图像像素偏移量，w,h为图像的宽度、高度。
进一步的是，在步骤G中，在进行图像投影之前先将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像旋转至水平方向。
本发明的有益效果：该输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法采用与历史模板图像进行基于投影残差信号分析的绝缘子脱落缺陷检测方案，其中采用针对历史模板图像的人工标注方法来达到分离绝缘子目标与背景环境的目的；采用基于待检测图像与历史模板图像的相似度分析技术实现摄像头拍摄角度偏移的估算与补偿，并采用了去雾算法来降低大雾天气对图像分析的影响，最终对历史模板图像与待检测图像的投影差分信号进行分析，判定是否存在绝缘子脱落缺陷，并输出绝缘子脱落缺陷的位置信息，使用该检测方法可以大大提高绝缘子脱落缺陷的检测准确率以及召回率，特别是在室外天气、环境易变的条件下，本发明的检测方法具有更高的检测精度。
具体实施方式
本发明所述的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，包括以下步骤：
A、绝缘子标注：获取输电线路的绝缘子历史模板图像集合，并在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息；
B、模板筛选：获取输电线路的绝缘子待检测图像，然后将绝缘子历史模板图像集合中的每一张图像与绝缘子待检测图像进行相似度计算，然后选取其中相似度最高的绝缘子历史模板图像作为检测模板图像；
C、待检测图像的偏移估算与补偿：将检测模板图像所对应的横向、纵向的图像像素偏移量x,y作为图像偏移量的估算结果，并用该偏移量作为待检测图像的偏移补偿量；
D、待检测图像和检测模板图像的去雾处理：将待检测图像和检测模板图像采用基于暗通道的图像去雾算法进行去雾处理；
F、绝缘子目标提取：根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息对检测模板图像进行裁剪得到检测模板绝缘子图像；根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息并结合待检测图像的偏移补偿量对检测模板图像进行裁剪得到待检测绝缘子图像；
G、投影信号差分处理：分别将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像沿各自的最长边进行图像投影，然后将投影信号作差分处理，得到检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像的特征差异性信号；
F、缺陷判定：将步骤G得到的特征差异性信号进行滑窗平滑处理，并根据缺陷判定门限对进行滑窗平滑处理的特征差异性信号进行判定，如果进行滑窗平滑处理的特征差异性信号存在连续多个值超过缺陷判定门限，则判定此位置存在绝缘子脱落缺陷。
该输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法采用与历史模板图像进行基于投影残差信号分析的绝缘子脱落缺陷检测方案，其中采用针对历史模板图像的人工标注方法来达到分离绝缘子目标与背景环境的目的；采用基于待检测图像与历史模板图像的相似度分析技术实现摄像头拍摄角度偏移的估算与补偿，并采用了去雾算法来降低大雾天气对图像分析的影响，最终对历史模板图像与待检测图像的投影差分信号进行分析，判定是否存在绝缘子脱落缺陷，并输出绝缘子脱落缺陷的位置信息，使用该检测方法可以大大提高绝缘子脱落缺陷的检测准确率以及召回率，特别是在室外天气、环境易变的条件下，本发明的检测方法具有更高的检测精度。
进一步的是，在步骤A中，在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息为旋转矩形区域，所述旋转矩形区域包含矩形中心点坐标、矩形宽度、矩形高度、矩形旋转角度。旋转矩形区域可以将绝缘子整个标出，方便识别。
另外，在步骤B中，为了快速准确找到与待检测图像相似度最高的历史模板图像，所述相似度计算采用如下计算公式：
相似度
其中：T'(i，j)＝T(i，j)-1/(w·h)·∑m，nT(m，n)；
I'(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)-1/(w·h)·∑m，nI(x+m，y+n)；
其中T(i,j)为绝缘子历史模板图像集合中的一张图像，I(i,j)为待检测图像，x,y为横向、纵向的图像像素偏移量，w,h为图像的宽度、高度。
再者，为了简化图像投影过程，在步骤G中，在进行图像投影之前先将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像旋转至水平方向，这样在进行图像投影时，只需进行水平投影即可。
Claims (4)
1.一种输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，其特征在于包括以下步骤：
A、绝缘子标注：获取输电线路的绝缘子历史模板图像集合，并在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息；
B、模板筛选：获取输电线路的绝缘子待检测图像，然后将绝缘子历史模板图像集合中的每一张图像与绝缘子待检测图像进行相似度计算，然后选取其中相似度最高的绝缘子历史模板图像作为检测模板图像；
C、待检测图像的偏移估算与补偿：将检测模板图像所对应的横向、纵向的图像像素偏移量x,y作为图像偏移量的估算结果，并用该偏移量作为待检测图像的偏移补偿量；
D、待检测图像和检测模板图像的去雾处理：将待检测图像和检测模板图像采用基于暗通道的图像去雾算法进行去雾处理；
F、绝缘子目标提取：根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息对检测模板图像进行裁剪得到检测模板绝缘子图像；根据检测模板图像中标注出的绝缘子的对应位置信息并结合待检测图像的偏移补偿量对检测模板图像进行裁剪得到待检测绝缘子图像；
G、投影信号差分处理：分别将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像沿各自的最长边进行图像投影，然后将投影信号作差分处理，得到检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像的特征差异性信号；
F、缺陷判定：将步骤G得到的特征差异性信号进行滑窗平滑处理，并根据缺陷判定门限对进行滑窗平滑处理的特征差异性信号进行判定，如果进行滑窗平滑处理的特征差异性信号存在连续多个值超过缺陷判定门限，则判定此位置存在绝缘子脱落缺陷。
2.如权利要求1所述的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，其特征在于：在步骤A中，在每张绝缘子历史模板图像上标注出绝缘子的对应位置信息为旋转矩形区域，所述旋转矩形区域包含矩形中心点坐标、矩形宽度、矩形高度、矩形旋转角度。
3.如权利要求1所述的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，其特征在于：在步骤B中，所述相似度计算采用如下计算公式：
相似度
其中：T'(i，j)＝T(i，j)-1/(w·h)·∑m，nT(m，n)；
I'(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)-1/(w·h)·∑m，nI(x+m，y+n)；
其中T(i,j)为绝缘子历史模板图像集合中的一张图像，I(i,j)为待检测图像，x,y为横向、纵向的图像像素偏移量，w,h为图像的宽度、高度。
4.如权利要求1所述的输电线路的绝缘子脱落缺陷检测方法，其特征在于：在步骤G中，在进行图像投影之前先将检测模板绝缘子图像和待检测绝缘子图像旋转至水平方向。
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