CN108109119A - 一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法及处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网监测技术领域，特别是一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法及处理装置。该识别方法通过对获取的电线图像进行基于韦伯局部算子(WLD)的识别，提取电线覆冰边缘图像并进行边缘轮廓分析，根据WLD是图像的密集特征、对图像噪声有很强的抑制作用的特性和光照鲁棒特性，能够更加精准的识别电线覆冰的状态，精度高、噪声小，对光照变化有较强的适应性和鲁棒性，解决了现有的图像处理方法应用于输电线路的覆冰监测识别度不高，精准度较差的问题。

Description

一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法及处理装置

技术领域

本发明涉及电网监测技术领域，特别是一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法及处理装置。

背景技术

受地形和气候的影响，我国成为世界上输电线路覆冰重灾国之一。我国许多地区都曾发生过输电线路覆冰灾害事故，由于输电线路覆冰而造成的导线舞动、输电线路断线、杆塔倾斜倒塌和绝缘子闪络等线路事故的频繁发生，严重影响电力系统的安全稳定运行，通过分析输电线路覆冰灾害事故发现，线路事故一般滞后于恶劣天气几天后发生，而输电线路的重冰区大多处于偏远山区，导致监控重冰区覆冰情况十分困难。因此，第一时间掌握输电线路覆冰情况，对于预防输电线路覆冰灾害事故具有重要意义。

目前，针对输电线路的覆冰监测方法有两种，一种是采用力学分析法，即在绝缘子上安装力学传感器，通过力学传感器对绝缘子所承受的拉力进行监测，进而反映输出电路覆冰前后的重量变化，最后工作人员由模型计算出输电线路当前覆冰厚度；一种是更为直观的图像分析法，即在杆塔上安装摄像头，对输电线路进行实施视频监控，工作人员通过现场摄像头拍摄的视频图像观察现场覆冰情况，而由于输电线路上覆冰情况比较特殊，冰的边缘轮廓不易获取，噪声较高等现象，导致现有的图像处理方法应用于输电线路的覆冰监测识别度不高，精准度较差。

有中国专利公布号为CN106839999A的专利文献公布了一种基于无人机红外图像的输电线路覆冰检测方法，通过获取并识别红外图像中的导线和覆冰导线，获取所述红外图像中的导线图像直径所占像素点个数及覆冰导线图像直径所占像素点个数；根据图像分辨率、导线实际直径和导线图像直径所占像素点个数，计算像素点实际直径；进而计算得到导线的覆冰厚度，但在实际的图像处理过程中，采用的处理方法可能对图像的噪声较大，尤其是对像素点的提取不够精确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法及处理装置，用以解决现有的图像处理方法应用于输电线路的覆冰监测识别度不高，精准度较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，包括以下方法技术方案：

方法方案一：一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，包括以下步骤：

1)获取电线图像；

2)计算所述电线图像的韦伯局部算子差分激励和梯度方向，并将韦伯局部算子梯度方向量化到至少8个空间方向；

3)判断像素点是否满足差分激励小于0，且梯度方向与水平方向的夹角小于设定值的条件；

4)将满足条件的像素点的像素值赋值为第一设定像素值，将不满足条件的像素点的像素值赋值为第二设定像素值；

5)提取所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓，并计算边界距离；

6)判断边界距离是否大于电线直径，若是，则判断为有覆冰。

有益效果是，本方法方案一通过对获取的电线图像进行基于韦伯局部算子(WLD)的识别，提取电线覆冰边缘图像并进行边缘轮廓分析，根据WLD是图像的密集特征、对图像噪声有很强的抑制作用的特性和光照鲁棒特性，能够更加精准的识别电线覆冰的状态，精度高、噪声小，对光照变化有较强的适应性和鲁棒性，解决了现有的图像处理方法应用于输电线路的覆冰监测识别度不高，精准度较差的问题。

方法方案二：在方法方案一的基础上，步骤6)中判断有覆冰时，还计算覆冰厚度，判断覆冰厚度是否大于设定阈值，若是，则控制报警。

方法方案三：在方法方案一或方法方案二的基础上，在进行步骤1)前，获取电线周围的环境要素数据；根据所述环境要素数据，判断是否满足形成覆冰条件，若否，则判断为无覆冰；若是，则进行步骤1)。

方法方案四：在方法方案三的基础上，步骤5)中通过对所述电线图像的二值化边缘图像进行去除孤点噪声，寻找直线，连接距离较近的线段，得到所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓。

方法方案五：在方法方案一、方法方案二或方法方案四的基础上，所述第一设定像素值为255，所述第二设定像素值为0。

本发明提供一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，包括以下装置技术方案：

装置方案一：一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

1)获取电线图像；

2)计算所述电线图像的韦伯局部算子差分激励和梯度方向，并将韦伯局部算子梯度方向量化到至少8个空间方向；

3)判断像素点是否满足差分激励小于0，且梯度方向与水平方向的夹角小于设定值的条件；

4)将满足条件的像素点的像素值赋值为第一设定像素值，将不满足条件的像素点的像素值赋值为第二设定像素值；

5)提取所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓，并计算边界距离；

6)判断边界距离是否大于电线直径，若是，则判断为有覆冰。

装置方案二：在装置方案一的基础上，步骤6)中判断有覆冰时，还计算覆冰厚度，判断覆冰厚度是否大于设定阈值，若是，则控制报警。

装置方案三：在装置方案一或装置方案二的基础上，在进行步骤1)前，获取电线周围的环境要素数据；根据所述环境要素数据，判断是否满足形成覆冰条件，若否，则判断为无覆冰；若是，则进行步骤1)。

装置方案四：在装置方案三的基础上，步骤5)中通过对所述电线图像的二值化边缘图像进行去除孤点噪声，寻找直线，连接距离较近的线段，得到所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓。

装置方案五：在装置方案一、装置方案二或装置方案四的基础上，所述第一设定像素值为255，所述第二设定像素值为0。

附图说明

图1是实施例1的一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法的流程图；

图2是实施例2的一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

本实施例1提供一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，如图1所示，包括具体步骤如下：

1)获取电线图像，并计算电线图像的韦伯局部算子(WLD，Weber LocalDescriptor)差分激励和梯度方向，并将韦伯局部算子梯度方向量化到至少8个空间方向。

2)判断像素点是否满足差分激励小于0，且梯度方向靠近水平方向。

因为一般在拍摄的电线图像中，电线延伸方向靠近水平方向，且电线边缘点与周围像素点相比亮度变化较大，所以选取差分激励小于0，同时梯度方向为靠近水平方向的4个空间方向的像素点，

3)若满足，则将像素点的像素值赋值为第一设定像素值并得到电线图像的二值化边缘图像；若不满足，则将像素点的像素值赋值为第二设定像素值并得到电线图像的二值化边缘图像。

其中第一设定像素值为255，第二设定像素值为0。

4)提取电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓，并计算边界距离。

通过去除孤立噪声点，寻找直线，连接距离较近的线段，寻找轮廓等操作，可以得到当前电线的边缘轮廓。

由于电线边缘轮廓在图像中以直线的形式出现，可以通过寻找直线的图像算法对直线进行定位，使二值化图像中只含有符合条件的直线段；电线在图像中一般会延伸至图像的边界，可将斜率相同或接近、距离小于阈值的几条短线段连接成一条长线段。

5)判断边界距离是否大于电线直径，若是，则判断为有覆冰。

实际应用中，为了防止误检测，需要判断边界距离是否明显大于电线直径，若是，则判断为有覆冰；其中，还可以与无覆冰时电线的边缘轮廓作对比，同时还可以计算电线直径增量，如果增量超过阈值，则认为有覆冰，并输出覆冰厚度，否则认为无覆冰。

本实施例1提供的一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法的工作过程如下：图像经过滤波、直方图均衡、二值化等预处理，再经过对电线进行定位之后，截取定位区域附近的图像。首先计算截取部分图像的WLD差分激励和梯度方向，把梯度方向量化到8个空间方向，因为一般在拍摄的电线图像中，电线延伸方向靠近水平方向，且电线边缘点与周围像素点相比亮度变化较大，所以选取差分激励小于0，同时梯度方向为靠近水平方向的4个空间方向的像素点，将该点像素值赋值为255，其他不满足该条件的像素点其像素值赋值为0，这样就得到了一幅电线的二值化边缘图像。之后再通过去除孤立噪声点，寻找直线，连接距离较近的线段，寻找轮廓等操作，可以得到当前电线的外轮廓。之后与无覆冰时电线的外轮廓作对比，计算电线直径增量，如果增量超过阈值，则认为有覆冰，计算并输出覆冰厚度，否则认为无覆冰。

实施例2

本实施例2提供一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，如图2所示，在实施例1的基础上，还包括步骤如下：

在获取电线的图像之前，先获取电线周围的环境要素数据；根据环境要素数据分析判断是否满足形成覆冰条件，若否，则判断为无覆冰。

若是，则进行实施例1中步骤1)，控制获取标定的电线图像，并进行图像与处理、接触线定位、图像分割和边缘提取等操作。

图像经过滤波、直方图均衡、二值化等预处理，再经过对电线进行定位之后，截取定位区域附近的图像。

最后，还判断为有覆冰并判断覆冰厚度是否大于设定阈值，若是，则控制报警。

导线上的覆冰的形成受环境温度、空气的湿度、风速风向等因素影响。通过温湿度传感器、风速风向传感器可以获取温度、湿度以及风速风向信息；线路上产生覆冰的气象条件通常为：一是具备可以形成冻结的气温，即气温小于0℃；二是较高的湿度，空气湿度大于80％；三是风速需要大于1m/s，能够使空气中的水滴运动。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取电线图像；

2)计算所述电线图像的韦伯局部算子差分激励和梯度方向，并将韦伯局部算子梯度方向量化到至少8个空间方向；

3)判断像素点是否满足差分激励小于0，且梯度方向与水平方向的夹角小于设定值的条件；

4)将满足条件的像素点的像素值赋值为第一设定像素值，将不满足条件的像素点的像素值赋值为第二设定像素值；

5)提取所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓，并计算边界距离；

6)判断边界距离是否大于电线直径，若是，则判断为有覆冰。

2.根据权利要求1所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，其特征在于，步骤6)中判断有覆冰时，还计算覆冰厚度，判断覆冰厚度是否大于设定阈值，若是，则控制报警。

3.根据权利要求1或2所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，其特征在于，在进行步骤1)前，获取电线周围的环境要素数据；根据所述环境要素数据，判断是否满足形成覆冰条件，若否，则判断为无覆冰；若是，则进行步骤1)。

4.根据权利要求3所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，其特征在于，步骤5)中通过对所述电线图像的二值化边缘图像进行去除孤点噪声，寻找直线，连接距离较近的线段，得到所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别方法，其特征在于，所述第一设定像素值为255，所述第二设定像素值为0。

6.一种基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

1)获取电线图像；

2)计算所述电线图像的韦伯局部算子差分激励和梯度方向，并将韦伯局部算子梯度方向量化到至少8个空间方向；

3)判断像素点是否满足差分激励小于0，且梯度方向与水平方向的夹角小于设定值的条件；

4)将满足条件的像素点的像素值赋值为第一设定像素值，将不满足条件的像素点的像素值赋值为第二设定像素值；

5)提取所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓，并计算边界距离；

6)判断边界距离是否大于电线直径，若是，则判断为有覆冰。

7.根据权利要求6所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，其特征在于，步骤6)中判断有覆冰时，还计算覆冰厚度，判断覆冰厚度是否大于设定阈值，若是，则控制报警。

8.根据权利要求6或7所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，其特征在于，在进行步骤1)前，获取电线周围的环境要素数据；根据所述环境要素数据，判断是否满足形成覆冰条件，若否，则判断为无覆冰；若是，则进行步骤1)。

9.根据权利要求8所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，其特征在于，步骤5)中通过对所述电线图像的二值化边缘图像进行去除孤点噪声，寻找直线，连接距离较近的线段，得到所述电线图像的二值化边缘图像的边缘轮廓。

10.根据权利要求6、7或9所述的基于韦伯局部算子的电线覆冰识别处理装置，其特征在于，所述第一设定像素值为255，所述第二设定像素值为0。