一種利用Hough變換與函數擬合的導線覆冰厚度圖像識別方法與流程

2023-06-06 21:23:31

本發明屬於電力系統的覆冰災害監測技術領域，尤其是涉及一種利用Hough變換與函數擬合的導線覆冰厚度圖像識別方法。

背景技術：

國民經濟增長對電力具有高度的依賴性，同時，經濟增長也會促進用電量需求的增大。電力行業是氣象高敏感性和高需求性行業，其生產、建設、運營受環境氣象因素影響極大。隨著電網大規模的建設與發展，遠距離、大容量的輸電線路不可避免的要經過高寒、高海拔、高溼度、強降水地區或盆地、分水嶺等特殊微地形造成的微氣象地區，極易引發輸電線路覆冰災害，且全球氣候變暖導致的極端異常氣候頻發，更加重了線路覆冰災害，人們對線路覆冰問題的關注也越來越多。

目前，國內多已開展了導線覆冰厚度圖像識別方法的相關研究，但是，由於覆冰圖像對比度低、灰度級變化複雜且受各種背景噪聲的影響，使導線覆冰厚度圖像識別方法研究存在覆冰導線邊緣識別不精確、獲取覆冰厚度精度差、計算量大等問題，主要體現在以下幾個方面：

(1)覆冰導線邊緣識別不精確，輸電線路所經區域多為山地、丘陵等人跡罕至的地區，成像背景複雜，導致圖像灰度級變化複雜且受圖像背景噪聲的影響，導致讀取導線邊緣像素差困難。

(2)獲取覆冰厚度精度差，覆冰受風速、風向、降水等微氣象的影響，導致覆冰導線表面形狀變化複雜，覆冰導線成像後並不是規則的直線輪廓，且受圖像星點噪聲的影響，使識別的覆冰厚度精度較差。

(3)計算量大，覆冰導線表面不規則，通過讀取不同部位的像素差求平均值、獲取像素差再進行加權平均等方法計算覆冰厚度，為了提高識別導線邊緣精度需要提高圖像解析度，必然導致計算量大。

(4)缺乏專業、可自動提取覆冰厚度的圖像識別方法，現有的圖像識別方法有待修正，且無法支持更深層次的開發和應用。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基於Hough變換與函數擬合的導線覆冰厚度圖像識別方法。

本發明所採用的技術方案是：一種利用Hough變換與函數擬合的導線覆冰厚度圖像識別方法，其特徵在於，包括以下步驟：

步驟1：獲取裸導線彩色圖像，並對所述彩色圖像進行處理，得到裸導線像素直徑；

步驟2：獲取覆冰導線彩色圖像，並對所述彩色圖像進行處理，得到覆冰導線像素直徑；

步驟3：基於裸導線像素直徑與裸導線直徑計算像素長度比，結合覆冰導線像素直徑，計算覆冰導線直徑，最後得到覆冰厚度。

作為優選，步驟1中所述對所述彩色圖像進行處理，其具體實現包括以下子步驟：

步驟1.1：將彩色圖像轉化為灰度圖像；

步驟1.2：將灰度圖像進行邊緣檢測，得到灰度圖像邊緣；

步驟1.3：通過Hough變換粗略識別灰度圖像邊緣中的導線邊緣，得到裸導線邊緣；

步驟1.4：根據一次線性函數y＝kx+b，分別對裸導線邊緣兩側的像素點坐標進行最小二乘擬合，得到裸導線邊緣兩側的像素點坐標方程，進而提取精確的裸導線邊緣；其中，(x,y)表示圖像的像素坐標，k為斜率，b為截距；

步驟1.5：根據裸導線邊緣像素坐標方程，計算裸導線像素直徑。

作為優選，步驟2中所述對所述彩色圖像進行處理，其具體實現包括以下子步驟：

步驟2.1：將彩色圖像轉化為灰度圖像；

步驟2.2：將灰度圖像進行邊緣檢測，得到灰度圖像邊緣；

步驟2.3：通過Hough變換粗略識別灰度圖像邊緣中的導線邊緣，得到覆冰導線邊緣；

步驟2.4：根據一次線性函數y＝kx+b，分別對覆冰導線邊緣兩側的像素點坐標進行最小二乘擬合，得到覆冰導線邊緣兩側的像素點坐標方程，進而提取精確的覆冰導線邊緣；其中，(x,y)表示圖像的像素坐標，k為斜率，b為截距；

步驟2.5：根據覆冰導線邊緣像素坐標方程，計算覆冰導線像素直徑。

作為優選，步驟3的具體實現包括以下子步驟：

步驟3.1：基於裸導線像素直徑與裸導線直徑計算像素長度比，其計算公式為：

其中，p為像素長度比，D0為裸導線直徑，I0為裸導線像素直徑。

步驟3.2：結合覆冰導線像素直徑，計算覆冰導線直徑；其計算公式為：

D1＝p·I1

其中，D1為覆冰導線直徑，I1為覆冰導線像素直徑。

步驟3.3：計算覆冰厚度，其計算公式為：

其中，d為覆冰厚度。

本發明受圖像背景與噪聲影響小，可極大提高圖像識別覆冰厚度的精度，降低覆冰災害對電網造成的損失。

附圖說明

圖1：本發明實施例的流程圖；

圖2：本發明實施例的覆冰厚度計算流程圖。

具體實施方式

為了便於本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

請見圖1和圖2，本發明提供的一種利用Hough變換與函數擬合的導線覆冰厚度圖像識別方法，包括以下步驟：

步驟1：通過固定位置、固定角度的相機先後拍攝裸導線與覆冰導線，得到裸導線彩色圖像與覆冰導線彩色圖像。

步驟2：將裸導線彩色圖像與覆冰導線彩色圖像分別進行灰度處理，得到裸導線灰度圖像與覆冰導線灰度圖像，即將彩色圖像轉化為灰度圖像，降低了圖像灰度級變化種類，進而簡化了圖像計算量。

步驟3：根據Canny算子邊緣檢測算法，將灰度處理後得到的灰度圖像進行邊緣檢測，得到灰度圖像的邊緣。

步驟4：通過Hough變換粗略識別圖像邊緣中的導線邊緣，分別得到裸導線圖像與覆冰導線圖像的導線邊緣。

步驟5：根據一次線性函數，對導線邊緣像素點坐標進行最小二乘擬合，分別得到裸導線與覆冰導線邊緣兩側的像素點坐標方程，進而提取精確的導線邊緣。

步驟6：根據導線邊緣像素坐標方程，計算裸導線像素直徑與覆冰導線像素直徑，然後基於裸導線像素直徑與裸導線直徑計算像素長度比，結合覆冰導線像素直徑，計算覆冰導線直徑，最後得到覆冰厚度。

本實施例的裸導線圖像與覆冰導線圖像為同一相機固定位置、固定角度拍攝，保證相片中導線位置的變形量相同，確定導線像素直徑與導線直徑的確定性對應關係。

本實施例的灰度圖像是對彩色圖像(裸導線圖像與覆冰導線圖像)進行灰度處理後得到的圖像，其灰度變化種類得到了簡化，降低了圖像處理的計算量。

本實施例的二值化圖像邊緣，是對灰度圖像使用Canny算子邊緣檢測的結果，將灰度圖像中的圖像邊緣像素與非圖像邊緣像素的顏色分別設被為白色與黑色，即設置為圖像的前景與背景，用來表達圖像中的邊緣像素。

本實施例的導線邊緣，是對二值化圖像邊緣使用Hough變換提取後得到的，識別圖像中的導線邊緣，這是一個粗略的導線邊緣，包括一些圖像噪聲等非邊緣像素。

本實施例的導線像素坐標方程分為裸導線像素坐標方程與覆冰導線像素坐標方程。裸導線像素坐標方程是對裸導線圖像進行上述圖像處理後得到的導線邊緣像素點，結合一次線性函數進行最小二乘擬合，得到的最優導線邊緣像素坐標方程。覆冰導線像素坐標方程是對覆冰導線圖像進行上述圖像處理後得到的覆冰導線邊緣像素點，結合一次線性函數進行最小二乘擬合，得到的最優覆冰導線邊緣像素坐標方程。利用導線像素坐標方程，可分別計算裸導線與覆冰導線的像素直徑。

本發明將Hough變換與函數擬合應用於導線邊緣檢測，實現了覆冰圖像中導線邊緣的精確定位，為電網覆冰災害監測提供了新方法。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬於現有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，並不能因此而認為是對本發明專利保護範圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護範圍之內，本發明的請求保護範圍應以所附權利要求為準。