一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法技術

一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，包括對絕緣子串的紅外圖像進行預處理操作，包括灰度化、中值濾波及基于Otsu自動閥值的灰度線性變換圖像增強；形態學處理，包括骨架化、腐蝕以及膨脹操作；當紅外圖像中絕緣子串傾斜時，利用絕緣子串圖像的幾何特征，采用Hough變換對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正，將絕緣子串旋轉至圖像中的水平位置；將傳統多尺度形態學梯度算法中的三維梯度拓展至六維梯度，并對所有梯度求和；利用改進的多尺度形態學六維梯度算法確定絕緣子串邊緣所在像素點的位置，通過最大連通區域方法將絕緣子串單獨進行提取；通過確定面積閾值在提取出的絕緣子串上進行鐵帽和盤面的分割；得到分割的鐵帽和盤面的二值區域。

An Infrared Image-based Edge Detection Method for Porcelain Insulator String Iron Cap Disk

An infrared image-based edge detection method for iron cap plate of ceramic insulator string is presented, which includes pre-processing of infrared image of insulator string, including gray-scale, median filtering and gray-scale linear transformation image enhancement based on Otsu automatic threshold; morphological processing, including skeletonization, corrosion and expansion operations; and using insulator string when the insulator string is inclined in infrared image. The geometric features of the image are estimated and corrected by Hough transform, and the insulator string is rotated to the horizontal position of the image; the three-dimensional gradient in the traditional multi-scale morphological gradient algorithm is extended to the six-dimensional gradient, and all gradients are summed up; the improved six-dimensional gradient algorithm of multi-scale morphology is used to determine the location of the pixels at the edge of the insulator string. The insulator strings are separately extracted by the method of maximum connected region; the cap and disk are segmented on the extracted insulator strings by determining the area threshold; and the binary regions of the cap and disk are obtained.

【技術實現步驟摘要】
一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法
本專利技術涉及變電站及輸電線路瓷質絕緣子串紅外圖像邊緣檢測方法，屬變電站以及輸電線路上的瓷質絕緣子劣化檢測領域。
技術介紹
瓷質絕緣子在輸配電網中應用廣泛，在架空線路以及變電站中起重要作用。但絕緣子亦是故障多發元件，運行中的瓷質絕緣子因長期經受機電負荷、大氣污染、冷熱變化等作用，會使得絕緣子的絕緣性能和機械性能下降，劣化絕緣子會對電網安全產生嚴重影響，對其進行狀態安全檢測尤其重要。紅外檢測對高壓瓷質絕緣子狀態檢測是一種高效可靠的技術，利用檢測結果，對絕緣子串實現自動定位和自動分割，已經成為智能檢測劣化絕緣子串的重要發展方向。邊緣檢測是對紅外圖像中的瓷質絕緣子串進行圖像分割的重要前提，可為在線自動檢測劣化絕緣子奠定基礎。Canny邊緣檢測算法經常用作標準算法，但會將部分高頻邊緣分量平滑掉，易造成邊緣丟失。小波變換模極大值邊緣檢測算法的原理是沿著梯度方向，在某一范圍內檢測模值，對于極大值予以保留，非極大值予以刪除。其優點是在時域和頻域都具有良好的局部特性，這種特性可用于邊緣檢測。數字濾波器根據其沖激響應函數的時域特性可以分為無限長沖激響應濾波器(IIR)和有限長沖激響應濾波器(FIR)。IIR濾波器特點是具有無線持續時間沖激響應，這種濾波器一般要通過遞歸模型來實現。FIR濾波器的沖擊響應只能延續一段時間，既可用遞歸方式，也可采用非遞歸方式實現。單尺度形態學梯度邊緣檢測算法的性能取決于結構元素的大小，如果結構元素足夠大，則對斜坡邊緣來說，這個梯度算法的輸出等于邊緣高度。大結構元素會造成邊緣間互相影響嚴重，將導致梯度極大值與邊緣不一樣；然而，若結構元素過小，則梯度算法雖然有高的分辨率，但諧波元素會產生一個很小的輸出結果。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服
技術介紹
中的缺點，本專利技術實施例提供了一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，能夠有效解決上述
技術介紹
中涉及的問題。技術方案：一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，包括以下步驟：對絕緣子串的紅外圖像進行預處理操作，所述預處理操作包括灰度化、中值濾波以及基于Otsu自動閥值的灰度線性變換圖像增強三個部分；對處理后的絕緣子串圖像進行形態學處理，所述形態學處理包括骨架化、腐蝕以及膨脹操作；當紅外圖像中絕緣子串傾斜時，利用絕緣子串圖像的幾何特征，確定中心點并采用Hough變換提取出絕緣子串所在直線，對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正，將絕緣子串旋轉至圖像中的水平位置；將傳統多尺度形態學梯度算法中的三維梯度拓展至六維梯度，并對所述六維梯度進行求和；利用改進的多尺度形態學六維梯度算法確定絕緣子串邊緣所在像素點的位置，通過最大連通區域方法將所述絕緣子串單獨進行提取；通過確定面積閾值在提取出的絕緣子串上進行鐵帽以及盤面的分割；得到分割的鐵帽以及盤面的二值區域。作為本專利技術的一種優選方式，對處理后的絕緣子串圖像進行形態學處理還包括：在骨架化處理中，絕緣子串的水平中軸線作為骨架。作為本專利技術的一種優選方式，對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正還包括：對二值圖像細化，獲取絕緣子串的骨架；從骨架圖中計算出交點，作為Hough變換的特征點集S，所述交點為Hough變換的直線集和絕緣子串的交點；采用Hough變換對S進行直線擬合，計算出最長的擬合直線L和其傾斜角θ，即用該傾斜角對絕緣子串圖像進行傾斜矯正。作為本專利技術的一種優選方式，計算出最長的擬合直線L和其傾斜角θ還包括：通過圖像空間中的特征數據點去計算參數空間中的參數點的可能軌跡，并在一個累加器J(ρ，θ)中統計參考點，檢測Hough域中曲線最頻繁的交點(即J(ρ，θ)的最大值)，通過所述交點的直線即絕緣子串的位置，所述ρ以及θ為矯正的角度。作為本專利技術的一種優選方式，還包括：經過Hough變換，將絕緣子串區域調整為水平位置，矯正的角度與水平角度相差數值小于1°。作為本專利技術的一種優選方式，通過最大連通區域方法將所述絕緣子串單獨進行提取還包括：分割得到的圖像中僅存在絕緣子串，利用連通區域標記法將二值圖像中所有像素點值為1的區域分別標記；提取最大面積區域，所述最大面積區域即為絕緣子串區域。作為本專利技術的一種優選方式，通過確定面積閾值在提取出的絕緣子串上進行鐵帽以及盤面的分割還包括：根據灰度圖像的投影統計計算過程，對于絕緣子串和導線像素點所構成的二值圖像f′(x，y)，其中m為圖像f′(x，y)的高度，n為f′(x，y)的寬度，則垂直方向的投影信號表示為：其中在MATLAB中輸入處理后的圖片f′進行上述操作，具體的算法過程如下：1)對圖像f′的起始列進行逐行掃描，像素點間距d定義為一列0，1的數組中連續1的最大長度，記錄在二維數組D中，終點(i，j)的長度記為D(i，j)＝d，統計d出現的頻數并記錄在數組P中，即進行P(d)++操作；2)對圖像的下一列，同樣按1)的方法進行操作，直至遍歷整個圖像；3)濾去導線的干擾，導線的像素間距一般較小，且出現頻數較高，設定閾值φ，令P(i≤φ)＝0；4)去除邊緣干擾，規定在間距值10％以內的都認為是等間距，則5)求出P1中頻數最大的兩極大值所對應的i，j，有P1(i)＝max1，P2(j)＝max2，(i＜j)，則i為鐵帽的間距，j為盤面的間距；6)根據i，j分別反向計算求出鐵帽和盤面的二值圖像；7)形態學處理，角度恢復；8)結束，得到分割的鐵帽以及盤面的二值區域，用黑色區域表示鐵帽區域，灰色區域表示盤面區域。本專利技術實現以下有益效果：本專利技術提供的基于改進的多尺度形態學梯度算法的瓷質絕緣子串紅外圖像邊緣檢測方法，相對于傳統的多尺度形態學梯度算法而言，在保留圖像邊緣的完整性和清晰性方面有了很大提高，對確定絕緣子串區域面積閾值、鐵帽和盤面區域分割提供了保證；本專利技術的原理是對傳統的算法的三維梯度進行提高，拓展到六維維度，并對于傳統的取均值操作進行改進，取所有維度的總和，保證了邊緣的完整性，排除因檢測而出現的細小破碎點的可能性；改進后的方法從邊緣完整性和輪廓清晰度方面，遠優于原方法和其他方法，經過峰值信噪比比較，確定為數種比較方法中最優方法；在分割方面，通過圖像預處理操作，能夠有效排除環境干擾，增強圖像，在MATLAB環境下順利運行；經過Hough變換，能夠將絕緣子串區域調整為水平位置，矯正的角度與水平角度相差數值小于1°，極大地推進了后續步驟的進行；通過改進算法完整清晰地提取絕緣子串區域后，進入面積閾值判定絕緣子鐵帽和盤面算法流程，最終準確完整地分割出鐵帽和盤面。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并于說明書一起用于解釋本公開的原理。圖1為本專利技術提供的一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法流程圖；圖2為本專利技術提供的傾斜絕緣子串矯正方法流程圖；圖3為本專利技術提供的鐵帽以及盤面分割方法流程圖；圖4為本專利技術提供的500kV絕緣子串紅外圖像；圖5為本專利技術提供的絕緣子串灰度圖像；圖6為本專利技術提供的多尺度形態學梯度算法邊緣檢測圖像；圖7為本專利技術提供的絕緣子串區域提取方法流程圖；圖8為本專利技術提供的利用邊緣檢測分割得到的絕緣子串二值圖像；圖9為本專利技術提供的多種邊緣檢測算法峰值信噪比比較結果柱狀圖；圖10為本專利技術提供的利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：對絕緣子串的紅外圖像進行預處理操作，所述預處理操作包括灰度化、中值濾波以及基于Otsu自動閥值的灰度線性變換圖像增強三個部分；對處理后的絕緣子串圖像進行形態學處理，所述形態學處理包括骨架化、腐蝕以及膨脹操作；當紅外圖像中絕緣子串傾斜時，利用絕緣子串圖像的幾何特征，確定中心點并采用Hough變換提取出絕緣子串所在直線，對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正，將絕緣子串旋轉至圖像中的水平位置；將傳統多尺度形態學梯度算法中的三維梯度拓展至六維梯度，并對所述六維梯度進行求和；利用改進的多尺度形態學六維梯度算法確定絕緣子串邊緣所在像素點的位置，通過最大連通區域方法將所述絕緣子串單獨進行提取；通過確定面積閾值在提取出的絕緣子串上進行鐵帽以及盤面的分割；得到分割的鐵帽以及盤面的二值區域。

【技術特征摘要】
1.一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：對絕緣子串的紅外圖像進行預處理操作，所述預處理操作包括灰度化、中值濾波以及基于Otsu自動閥值的灰度線性變換圖像增強三個部分；對處理后的絕緣子串圖像進行形態學處理，所述形態學處理包括骨架化、腐蝕以及膨脹操作；當紅外圖像中絕緣子串傾斜時，利用絕緣子串圖像的幾何特征，確定中心點并采用Hough變換提取出絕緣子串所在直線，對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正，將絕緣子串旋轉至圖像中的水平位置；將傳統多尺度形態學梯度算法中的三維梯度拓展至六維梯度，并對所述六維梯度進行求和；利用改進的多尺度形態學六維梯度算法確定絕緣子串邊緣所在像素點的位置，通過最大連通區域方法將所述絕緣子串單獨進行提取；通過確定面積閾值在提取出的絕緣子串上進行鐵帽以及盤面的分割；得到分割的鐵帽以及盤面的二值區域。2.根據權利要求1所述的一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，其特征在于：對處理后的絕緣子串圖像進行形態學處理還包括：在骨架化處理中，絕緣子串的水平中軸線作為骨架。3.根據權利要求1所述的一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，其特征在于：對絕緣子串傾斜角度進行估計矯正還包括：對二值圖像細化，獲取絕緣子串的骨架；從骨架圖中計算出交點，作為Hough變換的特征點集S，所述交點為Hough變換的直線集和絕緣子串的交點；采用Hough變換對S進行直線擬合，計算出最長的擬合直線L和其傾斜角θ，即用該傾斜角對絕緣子串圖像進行傾斜矯正。4.根據權利要求3所述的一種基于紅外圖像的瓷絕緣子串鐵帽盤面邊緣檢測方法，其特征在于：計算出最長的擬合直線L和其傾斜角θ還包括：通過圖像空間中的特征數據點去計算參數空間中的參數點的可能軌跡，并在一個累加器J(ρ，θ)中統計參考點，檢測Hough域中曲線最頻繁的交點(即J(ρ，θ)的最大值)，通過所述交點的直線即絕緣子串的位置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸倚鵬，劉洋，高嵩，尹駿剛，姚建剛，
申請(專利權)人：國網江蘇省電力有限公司電力科學院研究院，湖南湖大華龍電氣與信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32