CN1845606A

CN1845606A - 电力高压断路器开关合分状态的自动图像识别与监测方法

Info

Publication number: CN1845606A
Application number: CN 200610080730
Authority: CN
Inventors: 孙凤杰; 崔维新; 范杰清
Original assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING)
Current assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING); North China Electric Power University
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2006-10-11

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合分状态的自动图像识别与监测方法。利用远程数字视频监控和图像识别技术，实现电力高压断路器合分开关状态的自动图像识别和故障告警，包括算法及应用程序。通过图像灰度化、灰度均衡、二值化、归一化和滤波方法对图像进行预处理，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合分开关的状态，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，提高电力系统的信息化水平。

Description

电力高压断路器开关合分状态的自动图像识别与监测方法

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，具体地说，涉及应用图像灰度化、灰度均衡、二值化、归一化和滤波的图像预处理技术对电力高压断路器的合分开关图像的处理及识别的一种电力高压断路器开关合分状态的自动图像识别与监测方法。

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。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。但是，主开关设备均联动一个合分指示牌，指示断路器的合分状态，通过对合分指示牌的图像识别，可以识别出开关位置的变化电力高压断路器开关的合分状态和故障告警。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，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。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合分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。

电力高压断路器合分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，对电力高压断路器开关的合分状态进行实时监测，通过图像处理技术实现对电力高压断路器开关的合分状态的自动识别与故障告警，有着非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种电力高压断路器开关合分状态的自动图像识别与监测方法。

本发明所采用的技术方案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“合”以及绿底白字的“分”来区分开关状态；根据合分开关的具体特征，为确保对高压断路器合分开关状态的正确识别，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。其一，采用颜色特征的分类匹配方法，由于合分开关指示牌的底色不同，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“合”，如果为绿色则判断为“分”；其二，在利用字符结构进行分类匹配时，首先对图像采用图像灰度化、灰度均衡化、二值化、字符归一化和滤波进行图像的预处理操作，得到由背景图像中被分割出来的“合”、“分”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合分状态时，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。

附图说明

图1是本发明的识别对象——电力高压断路器开关“合”和“分”状态的原始图片。

图2是电力高压断路器的合分指示牌的区域划分图。

图3是电力高压断路器的合分开关图像预处理过程的灰度化结果图。

图4是电力高压断路器的合分开关图像预处理过程的灰度均衡图。

图5是电力高压断路器的合分开关图像预处理过程的二值化结果图。

图6是电力高压断路器的合分开关图像预处理过程的归一化结果图。

图7是电力高压断路器的合分开关图像预处理过程的滤波结果图。

图8是电力高压断路器的合分开关图像识别过程的字符水平投影图。

图9是电力高压断路器的合分开关图像识别过程的字符坐标结构图。

图10是电力高压断路器的合分开关图像识别的流程图。

具体实施方式

本发明是针对现有技术的不足而提供一种电力高压断路器开关合分状态的自动图像识别与监测方法，下面结合附图对本发明予以进一步说明。图10是电力高压断路器的合分开关图像识别的总流程图。具体说明分述如下：

图1是电力高压断路器开关“合”和“分”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。为了识别合分开关状态，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R、绿色分量G、蓝色分量B作为基准值。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、绿色、蓝色的三个分量值R、G、B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、绿色分量和蓝色分量的均值：“红色分量平均值”、“绿色分量平均值”和“蓝色分量平均值”；

(3)提取B区的红色特征和绿色特征，并对其做三次方运算，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。

根据底色区域颜色特征的识别可以作为电力高压断路器的合分开关识别的判据之一。

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(Grayscale)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2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。为了增强图像对比度，对图像进行灰度均衡化处理，如图4所示。为了将识别目标从背景中分离出来，对图4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，结果如图5。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：

f_T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)。

为了能正常的、方便的提取字符特征，需将二值化后的字符进行大小的归一化处理，结果如图6。为了消除指示牌螺钉对字符特征提取时的影响，对图6进行滤波处理，结果如图7。

对字符进行水平方向的投影结果如图8。在图8中，“合”字符有着3个明显的峰起，分别对应合字的三个横；相应的“分”字水平投影仅仅为一个峰起，对应笔画“横折弯钩”中的横部分。

因此，寻找字符的横笔画的数目可以作为电力高压断路器的合分开关的识别条件之一。

在图9中，字符落在64*64大小的方形区域内，而笔画“横”落在方形区域的下面3/4部分。若y行属于字符笔画横，则y行的黑点数目必不小于52-10＝42个，而且连续的黑点数目均大于42的行数不小于28-20＝8行。取连续6行、且每行黑点数均大于40为判别依据，来判定是否存在笔画横。具体实现方法如下。

(1)初始化笔画“横计数器”，赋初值为0；

(2)自下而上隔行扫描图像的下3/4部分，即0≤y≤48。

(3)若第y行的黑色点数目大于40个，即黑色点数目占该行像素数目总数的百分比超过62.5％时，扫描方式改为逐行扫描；

(4)若扫描到y、y+1、y+2、y+3、y+4、y+5连续的6行黑色点数目均大于40，判定这些行属于笔画“横”部分，笔画“横”计数器加1；否则，执行第(2)步；

(5)扫描结束，判断输出。

如果底色区域颜色特征识别结果和根据字符投影峰起的数目判别结果相同，可以直接输出结果；若不同则重新取两次图片，重复上述过程，选择判断结果有四次或四次以上相同的作为输出结果，否则，拒绝判断。即选择概率大的作为输出结果。

利用远程数字视频监控和图像识别技术，实现电力高压断路器合分开关状态的自动图像识别和故障告警，包括算法及应用程序。通过图像灰度化、灰度均衡、二值化、归一化、滤波方法对图像进行预处理，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合分开关的状态，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。

Claims

1.一种电力高压断路器合分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，首先分别用红底白字的“合”以及绿底白字的“分”来区分开关状态；并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。

2.根据权利要求1所述电力高压断路器合分开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是采用颜色特征的分类匹配方法为根据合分开关指示牌的底色不同，以提取底色区域的颜色特征作为识别的判断依据，如果底色为红色则判断为“合”；如果底色为绿色则判断为“分”。

3.根据权利要求1所述电力高压断路器合分开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是采用字符机构的分类匹配方法，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、灰度均衡化、二值化、字符归一化和滤波的图像预处理操作，得到由背景图像中被分割出来的“合”、“分”字符，再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。

4.根据权利要求3所述电力高压断路器合分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。

5.根据权利要求3或4是所述电力高压断路器合分开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是：所述灰度图像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。

6.根据权利要求3所述电力高压断路器合分开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是：所述字符归一化和滤波的图像预处理是使用图像平滑、图像增强和双线性插值的方法对二值图像进行处理以及进行大小归一化处理，为字符识别奠定基础。

7.根据权利要求3和6所述电力高压断路器合分开关状态实时监测的图像处理与识别方法，其特征是：对字符归一化和滤波后的字符图像进行水平方向的投影，通过统计比较投影图中的黑色像素点的聚集区域来识别开关状态。