CN1845605A - 电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于远程数字视频监控和图像识别技术领域的一种电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法。该方法是将远程数字视频监控与图像识别系统结合，首先通过摄像头、解码器以及视频服务器等设备，将采集到的数字视频信号通过传输通道以视频流的方式实时传送回监控中心，在监控中心对现场进行远程视频监视，从视频流中截取监视目标图片，利用图像颜色以及字符结构两种特征进行分类匹配来识别高压断路器的ON/OFF的状态，并将识别结果传送回监控中心，供事后故障分析之用，识别准确率达98％以上。为电力系统故障监测与故障分析提供一种新的手段，以提高电力系统的信息化水平。
Description
技术领域
本发明属于远程数字视频监控和图像识别技术领域，及电力高压断路器开关的ON/OFF状态监测。具体地说，涉及应用图像灰度化、二值化、归一化图像预处理技术对电力高压断路器开关的ON/OFF状态进行自动图像识别和故障告警的一种电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法。
背景技术
在电力调度过程中主要依据断路器辅助结点判断开关的状态和位置。但是，由于腐蚀、磨损、老化等原因，致使辅助开关切换不到位，有时不能正确判断开关的真实位置，为调度指挥提供了错误信息。此时需人工去现场进行实地观测，而且排除故障一般需要较长的时间，给电网供电带来不安全因素，甚至需停电检修。
主开关设备均联动一个ON/OFF指示牌指示断路器的合分状态，通过对ON/OFF指示牌的图像识别，可以识别出开关位置的变化。这样，可使调度员能真实地了解开关的位置，调度指挥更加准确及时。
远程数字视频监控与图像识别系统就是将远程数字视频监控和图像识别技术结合起来，首先通过摄像头、解码器以及视频服务器等设备，将采集到的数字视频信号通过传输通道以视频流的方式实时传送回监控中心，在监控中心对现场进行远程视频监视，从视频流中截取监视目标图片，通过相应的图像预处理技术对数字视频图像进行分析、处理和识别。因此应用远程视频监控和图像识别技术，能够实现对电力高压断路器开关的ON/OFF状态的自动识别和故障告警。该项技术为保证电力企业生产安全以及快速诊断故障提供了一种新的直观而准确的手段。
电力高压断路器开关在变电站中是十分关键的设备，运用远程数字视频监控与图像识别技术，对电力高压断路器的ON/OFF开关状态进行实时监测，通过图像处理技术实现对电力高压断路器的ON/OFF开关状态的自动识别与故障告警，有着重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，高压断路器的ON/OFF开关分别用红底白字的“ON”以及绿底白字的“OFF”来区分开关状态。根据ON/OFF开关的具体特征，为确保对高压断路器的ON/OFF开关状态的正确识别，本发明所采用的技术方案是分别采用颜色特征和字符机构两种分类匹配的方法，达到识别开关状态的目的。由于ON/OFF开关的底色不同，因此可以提取底色区域的颜色特征作为识别的判断依据，如果底色为红色可以判断为“ON”，如果为绿色则判断为“OFF”；在利用字符结构进行分类匹配时，先对图像进行图像灰度化、二值化、滤波、字符归一化等一系列的图像预处理操作，得到由背景图像中被分割出来的“ON”、“OFF”字符，对字符进行水平方向上的投影，通过观察投影图中的黑色像素点的聚集区域即可做出判断。
本发明的有益效果是在识别高压断路器开关的ON/OFF状态时，采用颜色特征与字符结构相结合的方法，两者互为辅助，降低识别结果的误差率，实现对电力高压断路器开关的ON/OFF状态的自动识别和故障告警。该项技术为保证电力企业生产安全以及快速诊断故障提供了一种新的直观而准确的手段。
附图说明
图1是本发明的识别对象—电力高压断路器的ON/OFF开关“ON”和“OFF”状态的原始图片。
图2是电力高压断路器的ON/OFF开关图像的颜色区域划分图。
图3是电力高压断路器的ON/OFF开关图像预处理过程的灰度图。
图4是电力高压断路器的ON/OFF开关图像预处理过程的二值化和滤波处理结果。
图5是电力高压断路器的ON/OFF开关图像预处理过程的归一化结果图。
图6是电力高压断路器的ON/OFF开关图像识别过程的字符水平投影图。
图7是电力高压断路器的ON/OFF开关图像识别过程的字符坐标结构图。
图8是电力高压断路器的ON/OFF开关图像识别的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法。该方法是将远程数字视频监控与图像识别系统结合，通过摄像头、解码器以及视频服务器等设备，将采集到的数字视频信号通过传输通道以视频流的方式实时传送回监控中心，在监控中心对现场进行远程视频监视，从视频流中截取监视目标图片，通过相应的图像预处理技术对数字视频图像进行分析、处理和识别，具体做法如下。
1.采用颜色特征匹配的做法，根据ON/OFF开关的不同底色，提取底色区域的颜色特征作为识别的判断依据，如果底色为红色则判断为“ON”，如果底色为绿色则判断为“OFF”；
2.利用字符结构进行分类匹配，首先将采集的图像进行图像灰度化、二值化和平滑的图像预处理操作，得到从背景图像中被分割出来的“ON”、“OFF”字符，对字符进行水平方向上的投影，通过观察投影图中的黑色像素点的聚集区域做出判断。
下面结合附图对本发明予以进一步说明。图8是电力高压断路器的ON/OFF开关图像识别的总流程图，分别叙述如下：
图1是电力高压断路器的ON/OFF开关“ON”和“OFF”状态的原始图片，在图2中做了颜色区域的定义，字符部分定义为A区；有颜色的底定义为B区。为了识别ON/OFF开关状态，需要判断B区是红色还是绿色。用RGB颜色模型进行颜色特征提取，过程如下。
(1)选取B区一个像素点，将它的红色分量、绿色分量、蓝色分量三个分量作为基准。扫描待识别区域(包含A区、B区的整个圆形区域)每个像素点，若该像素点的红色分量R、绿色分量G、蓝色分量B的三个分量与所选取的基准均小于5，则认为该像素点属于B区。
(2)提取B区(底色区)各个像素点的三基色分量，并对三个分量值分别做均值运算，得底色区域红色分量值、绿色分量值和蓝色分量值的均值；
(3)提取B区的红色特征和绿色特征，并对其做简单的三次方运算，以增大其相对区别。
红色分量相对值＝(2*红色分量平均值-绿色分量相对值-蓝色分量相对值)3
绿色分量相对值＝(2*绿色分量平均值-红色分量相对值-监色分量相对值)3
(4)计算“红色分量相对值”和“绿色分量相对值”的相对大小。
红绿颜色相对值＝红色分量相对值-绿色分量相对值
(5)识别判断。
高压断路器的ON/OFF开关：
由于彩色图像的数据量大，为了后期进行字符特征匹配时更加方便快捷，需要对图像进行灰度化处理。灰度图是只含亮度信息，不含色彩信息的图像，就像我们平时看到亮度由暗到明的黑白照片，变化是连续的。因此，要表示灰度图，就需要把亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别，0最暗(全黑)，255最亮(全白)。从彩色图像到为灰度图的转变可由下式得到。
Y＝0.299R+0.587G+0.114B
对图1进行灰度化操作，丢弃图像的颜色信息，得到灰度图结果如图3。为了将识别目标从背景中分离出来，对图3继续进行二值化处理，使图片转换为只具有黑白两种灰度值的二值图像，并进行滤波处理，结果如图4。图像的二值化将进一步简化灰度图像处理的步骤和过程。设图像f的灰度值范围在[a，b]内，二值化阈值设为T(a≤T≤b)，二值化处理的一般式可表示如下。
fT是二值图像，通常用1来表示对象物区域(黑色区域)，用0来表示背景区域(白色区域)。
为了后期字符提取方便，将图4进行归一化处理，结果如图5。对图5中的字符进行水平方向的投影结果如图6。在图6中，“OFF”字符有2个明显的峰起，分别对应“OFF”字符的两个横；相应的“ON”字符投影则没有明显的峰起。因此寻找字符的横笔画的数目可以作为ON/OFF的判别条件。
在图7中，ON/OFF字符分别落在64*64大小的方形区域内，可以看出投影集中在左边第一到第五列方格内，ON字符投影的黑色像素点占五列方格总像素点的80％以上，而OFF字符投影的黑色像素点占五列方格总像素点的70％以下。
(1)初始化黑色像素点百分比；
(2)自上而下、自左而右的扫描方形区域中的前五列方格，即0≤x≤40、0≤y≤64；
(3)统计前五列方格中的黑色像素点数目与总像素点数目的比值，得到黑色像素点百分比；
(4)扫描结束，判断输出。
高压断路器开关的ON/OFF当前状态：
当黑色像素点百分比≥0.8时，为ON状态；
当黑色像素点百分比≤0.7时，为OFF状态；
底色区域颜色特征识别法、字符结构投影特征匹配法和网格特征匹配法为三个单个判别器，利用简单投票法组合成多分类器，进行多分类器集成判别，即有两个或两个以上的分类器做出决策A，则认为决策A合法。
Claims (5)
1.一种电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是高压断路器开关内部连动带有指示牌，分别用红底白字的“ON”以及绿底白字的“OFF”来区分开关状态，分别采用颜色特征和字符机构两种分类匹配的方法来识别开关状态：
所述采用颜色特征匹配的作法为利用ON/OFF开关的不同底色，提取底色区域的颜色特征作为识别的判断依据，如果底色为红色则判断为“ON”，如果为绿色则判断为“OFF”；
所述利用字符结构进行分类匹配，首先对要求1中所述采集的图像进行图像灰度化、二值化、字符归一化的图像预处理操作，得到从背景图像中被分割出来的“ON”、“OFF”字符，对字符进行水平方向上的投影，通过观察投影图中的黑色像素点的聚集区域做出判断。
2.根据权利要求1所述电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是使用图像灰度化的方法将彩色图像转变为灰度图像，简化图像特征结构的分析与比较。
3.根据权利要求1所述电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是使用图像二值化的方法将灰度图像转变为只包含黑白两种灰度值的二值图像，进一步简化图像的特征结构信息。
4.根据权利要求1所述电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是使用滤波方法对二值图像进行处理，突出图像结构特征，优化图像预处理结果。
5.根据权利要求1所述电力高压断路器开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是使用归一化的方法对滤波后的图像进行缩放，能够最大限度的突出所提取的特征，有利于下一步的识别。
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