基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法，特別是涉及到計算 機視覺領域的一種輸電導線覆冰厚度測量方法，尤其是可以根據圖片中導線與覆冰像素點 的比例推算出實際覆冰厚度。
【背景技術】
[0002] 輸電線路作為電力系統中最重要的組成部分，是連接電廠與終端用戶的紐帶。但 在輸電、變電系統中，輸電線路的覆冰現象是十分普遍的，覆冰造成的高壓、超高壓輸電線 路斷線、倒塔、導線舞動、閃絡的事故，無論是國內或國外都時有發生。
[0003] 由于輸電導線的重冰區大都人煙稀少，因此，測量偏遠地區的線路覆冰數據是十 分困難的，這就無形的給電網的穩定運行帶來了隱患。近年來，國內外通用的解決辦法是建 立觀冰站，以便觀察輸電線路覆冰的情況、收集覆冰導線相關數據。但由于觀冰站的前期 投入大，建設周期長，運行成本高，應用范圍窄，數量極為有限，不能對整個電網進行實時監 控。
[0004] 近年來，隨著計算機的廣泛使用以及電腦軟件的日趨成熟，輸電導線覆冰的圖像 處理的方法也在飛速發展。本發明直接對照相機所采集的輸電線路導線的圖像進行處理， 提取出其邊界輪廓，通過將輸電導線覆冰狀態時的邊界與非覆冰狀態時的邊界進行比較， 推算出導線的覆冰厚度。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于圖像處理的 輸電導線覆冰厚度測量方法，該方法的特點是：1、輸電線路巡檢現場大都人煙稀少，而且多 數情況都是建在山上等環境惡劣的地方，這給導線的覆冰厚度測量加大了難度，因此發明 了一種基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法；2、針對計算機視覺的圖像識別方法， 應用圖像處理技術將導線覆冰厚度在圖像上的像素值計算出來，并根據導線實際的直徑推 算出導線的覆冰厚度；3、圖像處理時應用LOG、Prewitt、Sobel、Canny等算子進行邊緣檢 測。
[0006] 本發明技術方案包括如下步驟： A、 測量之前，將待測覆冰厚度的輸電導線型號查明，記錄相關參數、數據； B、 利用高分辨率數碼相機將覆冰與導線同時拍攝進同一幅照片中； C、 將剛剛拍攝的照片導入電腦當中； D、 利用已有工程軟件進行圖像處理； E、 將輸電導線的實際參數、數據輸入電腦中，推算出導線覆冰的厚度； F、 對測量導線進行二次以上測量，再求平均值。
[0007] 本發明所述步驟B需將導線及其覆冰共同拍攝到同一幅圖像中，同時，導線應與 相機垂直。
[0008] 本發明所述步驟D，應用不同的邊緣檢測算子，將圖像中導線邊緣進行提取，其中 邊緣檢測算子包括有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。
[0009] 本發明所述步驟E利用下方公式推算導線實際覆冰厚度，其中， @為導線實際直徑；?為導線直徑在圖像中的像素點個數為覆冰的實際厚度：?為覆 冰厚度在圖像中像素點的個數：
[0010] 本發明中的四種檢測算子如下： 1、Sobel邊緣檢測算子是一種利用局部差分算子探測邊緣的算子。在點（X，y)處， f (X，y)梯度為： 方向為：
因此，用圖像的垂直和水平差分來逼近梯度算子是最簡單的邊緣檢測算子。
[0011]因此當想尋找邊緣的時候，最簡單的方法是計算每一個像素的向量，然后求出其 絕對值，再進行閉值操作，利用這種思想就得到了 Sobel算子：
以兩個卷積構成了該算子，圖像中的每個像素都是以這兩個核心公式為卷積的，一個 核心公式對垂直邊緣檢測影響很大，另一個核心公式對水平邊緣檢測影響很大，兩個卷積 的最大值即為該點的輸出值。Prewitt邊緣檢測算子使用兩個有向算子（一個水平，一個垂 直），即模板如下：
如果用Prewitt算子檢測圖像M的邊緣，首先分別用水平方向算子和垂直方向算子對 圖像進行卷積，這樣就得到了兩個不同的矩陣，和原圖像同樣大小的在不考慮邊界 的情形下，它們分別表示圖像M中相同位置處的偏導數。然后把M5、M:對應位置的兩個數 平方相加后得到一個新的矩陣G，G表示M中各個像素的灰度的梯度值。然后就可以通過閾 值處理得到邊緣圖像，總的過程如下：
Thresh :非負的閾值。
[0012] 3、LOG 算子： Laplace算子是線性的、位移不變的算子，它是一種二階邊緣檢測算子，定義為：
由于圖像在經過二階微分之后，會在邊緣處產生一個陡峭的零交叉，依據這個零交叉 來檢測邊緣。Laplace算子一般采用的模板如下：
因為圖像邊緣處的一階微分是極值點，圖像邊緣處的二階微分應為零，確定過零點的 位置要比確定極值點容易得多，而且比較精確。
[0013] 該算法的主要思路是： 選取高斯函數對圖像f(x，y)進行平滑濾波，得到濾波圖像。二維高斯函數為： 4、Canny 算子
Canny算子是一階微分算子，其方法的實質是先用一個準高斯函數做平滑運算，然后以 帶方向的一階微分算子定位導數最大值，可以用高斯函數的梯度來近似它，4個指數函數的 線性組合形成的邊緣算子是在理論上與它較接近的一個。
其中，M(x，y)反映了圖像點（X，y)處的邊緣強度；α (X，y)是圖像點（X，y)的法向矢量 (正交于邊緣方向）。
[0015] 本發明的有益效果是：在環境惡劣、人煙稀少的輸電導線巡線現場，減少電力工人 的工作量，并且提高效率，降低員工的危險。
【附圖說明】
[0016] 圖1為基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發明技術方案包括如下步驟： A、 測量之前，將待測覆冰厚度的輸電導線型號查明，記錄相關參數、數據； B、 利用高分辨率數碼相機將覆冰與導線同時拍攝進同一幅照片中； C、 將剛剛拍攝的照片導入電腦當中； D、 利用已有工程軟件進行圖像處理； E、 將輸電導線的實際參數、數據輸入電腦中，推算出導線覆冰的厚度； F、 對測量導線進行二次以上測量，再求平均值。
[0018] 本發明所述步驟B需將導線及其覆冰共同拍攝到同一幅圖像中，同時，導線應與 相機垂直。
[0019] 本發明所述步驟D，應用不同的邊緣檢測算子，將圖像中導線邊緣進行提取，其中 邊緣檢測算子包括有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。
[0020] 本發明所述步驟E利用下方公式推算導線實際覆冰厚度，其中，(?為導線實際直 徑；;ft為導線直徑在圖像中的像素點個數為覆冰的實際厚度；β為覆冰厚度在圖像中 像素點的個數： 本發明中的四種檢測算子如下：
1、Sobel邊緣檢測算子是一種利用局部差分算子探測邊緣的算子。在點（X，y)處， f (X，y)梯度為： 方向為： 因此，用圖像的垂直和水平差分來逼近梯度算子是最簡單的邊緣檢測算子。
[0021] 因此當想尋找邊緣的時候，最簡單的方法是計算每一個像素的向量，然后求出其 絕對值，再進行閉值操作，利用這種思想就得到了 Sobel算子：
以兩個卷積構成了該算子，圖像中的每個像素都是以這兩個核心公式為卷積的，一個 核心公式對垂直邊緣檢測影響很大，另一個核心公式對水平邊緣檢測影響很大，兩個卷積 的最大值即為該點的輸出值。Prewitt邊緣檢測算子使用兩個有向算子（一個水平，一個垂 直），即模板如下：
如果用Prewitt算子檢測圖像M的邊緣，首先分別用水平方向算子和垂直方向算子對 圖像進行卷積，這樣就得到了兩個不同的矩陣，和原圖像同樣大小的漏i、凝i在不考慮邊界 的情形下，它們分別表示圖像M中相同位置處的偏導數。然后把_纟、_對應位置的兩個數 平方相加后得到一個新的矩陣G，G表示M中各個像素的灰度的梯度值。然后就可以通過閾 值處理得到邊緣圖像，總的過稈如下： Thresh :非負的閾值。
[0022] 3、LOG 算子： Laplace算子是線性的、位移不變的算子，它是一種二階邊緣檢測算子，定義為：
由于圖像在經過二階微分之后，會在邊緣處產生一個陡峭的零交叉，依據這個零交叉 來檢測邊緣。Laplace算子一般采用的模板如下：
因為圖像邊緣處的一階微分是極值點，圖像邊緣處的二階微分應為零，確定過零點的 位置要比確定極值點容易得多，而且比較精確。
[0023] 該算法的主要思路是： 選取高斯函數對圖像f(x，y)進行平滑濾波，得到濾波圖像。二維高斯函數為： 4、Canny 算子
Canny算子是一階微分算子，其方法的實質是先用一個準高斯函數做平滑運算，然后以 帶方向的一階微分算子定位導數最大值，可以用高斯函數的梯度來近似它，4個指數函數的 線性組合形成的邊緣算子是在理論上與它較接近的一個。
其中，M(x，y)反映了圖像點（X，y)處的邊緣強度；α (X，y)是圖像點（X，y)的法向矢量 (正交于邊緣方向）。
【主權項】
1. 基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法，其特征在于，包括如下步驟： 測量之前，將待測覆冰厚度的輸電導線型號查明，記錄相關參數、數據； 利用高分辨率數碼相機將覆冰與導線同時拍攝進同一幅照片中； 將剛剛拍攝的照片導入電腦當中； 利用已有工程軟件進行圖像處理； 將輸電導線的實際參數、數據輸入電腦中，推算出導線覆冰的厚度； 對測量導線進行二次以上測量，再求平均值。2. 如權利要求1所述的基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法，其特征在于，所 述步驟B需將導線及其覆冰共同拍攝到同一幅圖像中，同時，導線應與相機垂直。3. 如權利要求1所述的基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法，其特征在于，所 述步驟D，應用不同的邊緣檢測算子，將圖像中導線邊緣進行提取，其中邊緣檢測算子包括 有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。4. 如權利要求1所述的基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方 法，其特征在于，所述步驟E利用下方公式推算導線實際覆冰厚度，其中，
【專利摘要】基于圖像處理的輸電導線覆冰厚度測量方法，步驟如下：測量之前，將待測覆冰厚度的輸電導線型號查明，記錄相關參數、數據；利用高分辨率數碼相機將覆冰與導線同時拍攝進同一幅照片中；將剛剛拍攝的照片導入電腦當中；利用已有工程軟件進行圖像處理；將輸電導線的實際參數、數據輸入電腦中，推算出導線覆冰的厚度；對測量導線進行二次以上測量，再求平均值。采用本發明方法，在環境惡劣、人煙稀少的輸電導線巡線現場，可在環境惡劣、人煙稀少的輸電導線巡線現場，減少電力工人的工作量，并且提高效率，降低員工的危險。減少電力工人的工作量，并且提高效率，降低員工的危險。
【IPC分類】G01B11/06, G06T7/00
【公開號】CN105043275
【申請號】CN201510223085
【發明人】劉冠辰, 吳章勤, 徐輝, 張子陽, 付磊, 潘堉祺, 高琦
【申請人】云南電網有限責任公司電力科學研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月5日