CN111950510B - 高压开关分合指示牌图像识别方法 - Google Patents

高压开关分合指示牌图像识别方法 Download PDF

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Abstract

一种高压开关分合指示牌图像识别方法，涉及电力系统技术领域，所解决的是识别高压开关分合状态的技术问题。该方法利用摄像头拍摄高压开关的分合指示牌，并在高压开关的监视图像中设定一个三角形的分合识别区域，再截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；对基准图像实施多值灰度处理，再将其灰度图中的像素点按灰度值排序后均分为三个像素序列；再根据该三个像素序列计算出基准图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，再利用基准图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，对分合识别区域中的实时图像进行识别。本发明提供的方法，适用于配置有分合指示牌的高压开关。

Description

高压开关分合指示牌图像识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统的技术，特别是涉及一种高压开关分合指示牌图像识别方法的技术。
背景技术
高压开关通常都配备有用于标示其分合状态的分合指示牌，分合指示牌的形状为三角形(如图2所示)，分合指示牌的左半部1与右半部2颜色相异，分别用于标示高压开关的分状态、合状态，分合指示牌上设有分合指针3，分合指针3指向分合指示牌的左半部1时高压开关处于分状态，分合指针3指向分合指示牌的右半部2时高压开关处于合状态。
高压开关的分合状态可作为数字信号传送到监控中心，在变电所辅助监控系统中，对于一些比较重要的变电所，还需要对高压开关分合指示牌的图像进行识别，以辅助判断高压开关是否在正常工作位置，这种对图像中的高压开关分合指示牌进行识别能提高监控可靠性和事故分析水平。
大多数图像识别需要大量的训练样本，以满足非线性识别技术的多维度要求。这对刚刚投入使用的变电所或者改造的变电所，过长的训练时间和不足的样本图片将影响图像识别准确率，在故障发生时，难以实时发出警报。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需大量样本训练即可实现高压开关分合状态识别，并且识别准确度高的高压开关分合指示牌图像识别方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种高压开关分合指示牌图像识别方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在高压开关的分合指示牌上，选取用于标示高压开关处于分状态的部位作为第一识别目标，或选取用于标示高压开关处于合状态的部位作为第一识别目标；
在高压开关的分合指示牌上，选取分合指针作为第二识别目标；
利用摄像头拍摄高压开关的分合指示牌，并在高压开关的监视图像中设定一个三角形的分合识别区域，使得第一识别目标在分合识别区域内的像素面积占比为100％；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，高压开关处于分状态时，第二识别目标有80％的部位位于分合识别区域内；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，高压开关处于合状态时，第二识别目标有80％的部位位于分合识别区域内；
2)如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，则在高压开关处于分状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，则在高压开关处于合状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
3)将基准图像设定为目标图像，对目标图像实施多值灰度处理，得到目标图像的灰度图；
目标图像的灰度处理公式为：
Fti＝(λ1×ri+λ2×gi+λ3×bi)/3
λ1＝r0/(r0+g0+b0)
λ2＝g0/(r0+g0+b0)
λ3＝b0/(r0+g0+b0)
1≤i≤m
其中，Fti为目标图像中的第i个像素点的灰度值，ri为目标图像中的第i个像素点的红色色值，gi为目标图像中的第i个像素点的黄色色值，bi为目标图像中的第i个像素点的蓝色色值，r0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的红色平均色值，g0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的黄色平均色值，b0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的蓝色平均色值，m为目标图像中的像素点总数；
4)将目标图像灰度图中的像素点按灰度值排序后均分为三个像素序列，并将第一个像素序列定义为Fg1序列，将第二个像素序列定义为Fg2序列，将第三个像素序列定义为Fg3序列，其中Fg1序列中的像素点的平均灰度值大于Fg2序列中的像素点的平均灰度值，Fg2序列中的像素点的平均灰度值大于Fg3序列中的像素点的平均灰度值；
5)计算目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，计算公式为：
P＝SFg1/SFg2
Q＝SFg1/SFg3
1≤k≤3
其中，P为目标图像的指针拟合比值，Q为目标图像的非指针拟合比值，SFg1为Fg1序列的拟合值，SFg2为Fg2序列的拟合值，SFg3为Fg3序列的拟合值，SFgk为目标图像灰度图的第k个像素序列的拟合值，Ftk,i为目标图像灰度图的第k个像素序列中的第i个像素点的灰度值，Nk为目标图像灰度图的第k个像素序列中的像素点总数；
6)利用基准图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，对分合识别区域中的实时图像进行识别，识别方法为：
采集分合识别区域的实时图像，并将所采集的实时图像设定为新的目标图像，并对新的目标图像按步骤3)的方法实施多值灰度处理后，再按步骤4)至步骤5)的方法计算出新的目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)≤1-l，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-l，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)＞1-l，则判定为识别失败；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)≤1-l，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-l，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)＞1-l，则判定为识别失败；
其中，P1为基准图像的指针拟合比值，Q1为基准图像的非指针拟合比值，Pt为新的目标图像的指针拟合比值，Qt为新的目标图像的非指针拟合比值，l为可靠度，l的取值为90％，fabs为取绝对值函数。
本发明提供的高压开关分合指示牌图像识别方法，利用摄像头来识别高压开关的分合指示牌，通过分合指示牌的图像计算指针拟合比值、非指针拟合比值，并且采用多值灰度算法及非线性拟合计算来提高平均值的拟合值，可以把图像中的灰度值加大识别差异值，只需要一张图像作为参考图，无需大量样本训练即可实现高压开关分合状态识别，并且识别准确度高。
附图说明
图1是本发明实施例的高压开关分合指示牌图像识别方法中的分合识别区域示意图；
图2是高压开关的分合指示牌的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系，本发明中的英文字母区分大小写。
如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种高压开关分合指示牌图像识别方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在高压开关的分合指示牌上，选取用于标示高压开关处于分状态的部位(图1、图2中的左半部1)作为第一识别目标，或选取用于标示高压开关处于合状态的部位(图1、图2中的右半部2)作为第一识别目标；
在高压开关的分合指示牌上，选取分合指针3(参见图1、图2)作为第二识别目标；
利用摄像头拍摄高压开关的分合指示牌，并在高压开关的监视图像中设定一个三角形的分合识别区域4(参见图1)，使得第一识别目标在分合识别区域内的像素面积占比为100％；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，高压开关处于分状态时，第二识别目标(即：分合指针)有80％的部位位于分合识别区域内；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，高压开关处于合状态时，第二识别目标(即：分合指针)有80％的部位位于分合识别区域内；
2)如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，则在高压开关处于分状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，则在高压开关处于合状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
3)将基准图像设定为目标图像，对目标图像实施多值灰度处理，得到目标图像的灰度图；
目标图像的灰度处理公式为：
Fti＝(λ1×ri+λ2×gi+λ3×bi)/3
λ1＝r0/(r0+g0+b0)
λ2＝g0/(r0+g0+b0)
λ3＝b0/(r0+g0+b0)
1≤i≤m
其中，Fti为目标图像中的第i个像素点的灰度值，ri为目标图像中的第i个像素点的红色色值，gi为目标图像中的第i个像素点的黄色色值，bi为目标图像中的第i个像素点的蓝色色值，r0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的红色平均色值，g0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的黄色平均色值，b0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的蓝色平均色值，m为目标图像中的像素点总数；
4)将目标图像灰度图中的像素点按灰度值排序后均分为三个像素序列，并将第一个像素序列定义为Fg1序列，将第二个像素序列定义为Fg2序列，将第三个像素序列定义为Fg3序列，其中Fg1序列中的像素点的平均灰度值大于Fg2序列中的像素点的平均灰度值，Fg2序列中的像素点的平均灰度值大于Fg3序列中的像素点的平均灰度值；
5)计算目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，计算公式为：
P＝SFg1/SFg2
Q＝SFg1/SFg3
1≤k≤3
其中，P为目标图像的指针拟合比值，Q为目标图像的非指针拟合比值，SFg1为Fg1序列的拟合值，SFg2为Fg2序列的拟合值，SFg3为Fg3序列的拟合值，SFgk为目标图像灰度图的第k个像素序列的拟合值，Ftk,i为目标图像灰度图的第k个像素序列中的第i个像素点的灰度值，Nk为目标图像灰度图的第k个像素序列中的像素点总数；
6)利用基准图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，对分合识别区域中的实时图像进行识别，识别方法为：
采集分合识别区域的实时图像，并将所采集的实时图像设定为新的目标图像，并对新的目标图像按步骤3)的方法实施多值灰度处理后，再按步骤4)至步骤5)的方法计算出新的目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)≤1-l，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-l，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)＞1-l，则判定为识别失败；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)≤1-l，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-l，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-l，并且fabs(Q1-Qt)＞1-l，则判定为识别失败；
其中，P1为基准图像的指针拟合比值，Q1为基准图像的非指针拟合比值，Pt为新的目标图像的指针拟合比值，Qt为新的目标图像的非指针拟合比值，l为可靠度，l的取值为90％，fabs为取绝对值函数。

Claims (1)

1.一种高压开关分合指示牌图像识别方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在高压开关的分合指示牌上，选取用于标示高压开关处于分状态的部位作为第一识别目标，或选取用于标示高压开关处于合状态的部位作为第一识别目标；
在高压开关的分合指示牌上，选取分合指针作为第二识别目标；
利用摄像头拍摄高压开关的分合指示牌，并在高压开关的监视图像中设定一个三角形的分合识别区域，使得第一识别目标在分合识别区域内的像素面积占比为100％；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，高压开关处于分状态时，第二识别目标有80％的部位位于分合识别区域内；
并且，如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，高压开关处于合状态时，第二识别目标有80％的部位位于分合识别区域内；
2)如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，则在高压开关处于分状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，则在高压开关处于合状态时，截取一张分合识别区域的图像作为基准图像；
3)将基准图像设定为目标图像，对目标图像实施多值灰度处理，得到目标图像的灰度图；
目标图像的灰度处理公式为：
Fti＝(λ1×ri+λ2×gi+λ3×bi)/3
λ1＝r0/(r0+g0+b0)
λ2＝g0/(r0+g0+b0)
λ3＝b0/(r0+g0+b0)
1≤i≤m
其中，Fti为目标图像中的第i个像素点的灰度值，ri为目标图像中的第i个像素点的红色色值，gi为目标图像中的第i个像素点的黄色色值，bi为目标图像中的第i个像素点的蓝色色值，r0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的红色平均色值，g0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的黄色平均色值，b0为目标图像中的第一识别目标的所有像素点的蓝色平均色值，m为目标图像中的像素点总数；
4)将目标图像灰度图中的像素点按灰度值排序后均分为三个像素序列，并将第一个像素序列定义为Fg1序列，将第二个像素序列定义为Fg2序列，将第三个像素序列定义为Fg3序列，其中Fg1序列中的像素点的平均灰度值大于Fg2序列中的像素点的平均灰度值，Fg2序列中的像素点的平均灰度值大于Fg3序列中的像素点的平均灰度值；
5)计算目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，计算公式为：
P＝SFg1/SFg2
Q＝SFg1/SFg3
1≤k≤3
其中，P为目标图像的指针拟合比值，Q为目标图像的非指针拟合比值，SFg1为Fg1序列的拟合值，SFg2为Fg2序列的拟合值，SFg3为Fg3序列的拟合值，SFgk为目标图像灰度图的第k个像素序列的拟合值，Ftk,i为目标图像灰度图的第k个像素序列中的第i个像素点的灰度值，Nk为目标图像灰度图的第k个像素序列中的像素点总数；
6)利用基准图像的指针拟合比值、非指针拟合比值，对分合识别区域中的实时图像进行识别，识别方法为：
采集分合识别区域的实时图像，并将所采集的实时图像设定为新的目标图像，并对新的目标图像按步骤3)的方法实施多值灰度处理后，再按步骤4)至步骤5)的方法计算出新的目标图像的指针拟合比值、非指针拟合比值；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-，并且fabs(Q1-Qt)≤1-/>，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于分状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-，并且fabs(Q1-Qt)＞1-/>，则判定为识别失败；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-，并且fabs(Q1-Qt)≤1-/>，则判定高压开关的工作状态为闭合；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)＞1-，则判定高压开关的工作状态为断开；
如果第一识别目标是分合指示牌上用于标示高压开关处于合状态的部位，并且fabs(P1-Pt)≤1-，并且fabs(Q1-Qt)＞1-/>，则判定为识别失败；
其中，P1为基准图像的指针拟合比值，Q1为基准图像的非指针拟合比值，Pt为新的目标图像的指针拟合比值，Qt为新的目标图像的非指针拟合比值，为可靠度，/>的取值为90％，fabs为取绝对值函数。
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