專利名稱：絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，由于受地理環(huán)境等因素的限制，輸電線路巡線工作主 要靠人工目測(cè)觀察，這種傳統(tǒng)的工作方式只能發(fā)現(xiàn)一些地面、桿塔底 部的缺陷，以及玻璃絕緣子自爆等一些比較簡(jiǎn)單易見(jiàn)的缺陷，工作效 率較低。隨著高電壓、大功率、長(zhǎng)距離輸電線路的出現(xiàn)，輸電線路穿 越的地理環(huán)境日趨復(fù)雜，給線路巡檢帶來(lái)很多困難，應(yīng)用直升飛機(jī)或 機(jī)器人等方式自動(dòng)巡檢輸電線路已成為電力發(fā)展的趨勢(shì)。
直升機(jī)或機(jī)器人巡檢一般記錄紅外圖像和可見(jiàn)光圖像，分別對(duì)應(yīng) 熱像巡視和可見(jiàn)光巡視。從空中觀察具有范圍大、視覺(jué)寬、效率高、 不受地域影響等優(yōu)勢(shì)，但受圖像處理技術(shù)的限制，對(duì)缺陷的確認(rèn)結(jié)果 不太理想。如果能對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究和實(shí)踐使之不斷發(fā)展完 善，則應(yīng)用直升飛機(jī)巡檢線路就會(huì)發(fā)揮巨大的作用。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)直升機(jī)巡檢所獲圖像的處理主要是針對(duì)紅外圖像 的處理，利用機(jī)載的熱成像巡線設(shè)備，發(fā)現(xiàn)線路上局部發(fā)熱類型的缺 陷，如導(dǎo)線斷股、接頭接觸不良等。
輸電線路要將巨大的電流從發(fā)電廠送到遠(yuǎn)方用戶，必須具有兩個(gè)
基本條件， 一是為傳輸電流的導(dǎo)線提供機(jī)械支撐；二是防止電流對(duì)地形成通道接地，而絕緣子就具備這兩種基本功能，所以絕緣子在輸電 線路中占有重要地位。然而，絕緣子在高壓輸電線路中又是極易損壞 的一個(gè)重要元件。絕緣子破損的原因是多方面的， 一般主要從以下幾
方面來(lái)分析(1)長(zhǎng)期的機(jī)械負(fù)荷作用；(2)環(huán)境氣候影響；(3)絕 緣子質(zhì)量的影響；(4)絕緣子結(jié)構(gòu)制約；(5)長(zhǎng)期的強(qiáng)電場(chǎng)作用會(huì)使 介質(zhì)性能下降，或由于工頻電力的沿面都會(huì)對(duì)絕緣強(qiáng)度有一定的影 響；(6)人為破壞也是導(dǎo)致絕緣子損壞的一個(gè)重要因素，常造成絕緣 子大面積斷裂。
在輸電線路中一旦有絕緣子破損，就會(huì)喪失絕緣能力，導(dǎo)致供電 中斷，嚴(yán)重時(shí)甚至造成電網(wǎng)解裂，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此必 須定期對(duì)架空線路絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，保證線路運(yùn)行狀況得到及時(shí)反 饋。
計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可以采用圖像處理的方法來(lái)對(duì)圖像中的特定目 標(biāo)進(jìn)行提取實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別與診斷(通過(guò)特定目標(biāo)在圖像中的形狀、 顏色、紋理等特征、
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于絕緣子圖像識(shí)別方法的研究均很少見(jiàn)，通過(guò)對(duì)圖 像中絕緣子目標(biāo)的特征綜合分析，找出一種能夠快速識(shí)別圖像中絕緣 子目標(biāo)的模式識(shí)別算法成為本發(fā)明的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供了一種絕緣子輪廓的 快速圖像識(shí)別方法，本發(fā)明針對(duì)直升機(jī)或機(jī)器人對(duì)輸電線路巡檢的具 體要求，實(shí)現(xiàn)了絕緣子的實(shí)時(shí)精確提取，為實(shí)現(xiàn)后續(xù)攝像機(jī)的拉近拍攝和部件缺陷診斷提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有很好的理論和應(yīng)用前景。
首先絕緣子在圖像中的特征包括如下1)絕緣子在圖像中絕大
多數(shù)情況下為橢圓形狀；2)絕緣子橢圓的面積基本相同；3)絕緣子 在圖像中表現(xiàn)為直線串；4)資質(zhì)、玻璃等各類絕緣子依據(jù)型號(hào)的不 同往往具有特定的顏色及光譜特征；5)絕緣子的數(shù)目相對(duì)固定；6) 絕緣子之間的距離相對(duì)固定；7)兩串絕緣子之間保持平行。 為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，包括如下步驟
(1) 將拍取的彩色圖像通過(guò)亮度計(jì)算轉(zhuǎn)換為灰度圖像并對(duì)圖像 中邊緣輪廓進(jìn)行提取，提取后獲得已知區(qū)域形狀；
(2) 對(duì)已知區(qū)域的邊緣^&廓進(jìn)行橢圓擬合，利用哈夫變換,檢測(cè) 到邊界曲線，得到橢圓的長(zhǎng)軸、短軸、中心點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)；
(3) 輪廓面積閾值處理，采用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部，含邊界上的點(diǎn)的像
數(shù)數(shù)目來(lái)計(jì)算輪廓面積，然后根據(jù)輪廓面積來(lái)設(shè)定合適的面積閾值；
(4) 橢圓中心的直線擬合，通過(guò)求取^/n,/)(。，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合
直線，符合直線擬合要求的橢圓中心點(diǎn)將被識(shí)別為絕緣子目標(biāo)，得出 橢圓中心、長(zhǎng)短軸坐標(biāo)；
(5) 在步驟(2)中檢測(cè)出具有橢圓特征的像素，通過(guò)面積閾值 處理，橢圓中心的直線擬合判定步驟，最終排除非絕緣子像素的橢圓， 保留為最終的絕緣子目標(biāo)，然后對(duì)該絕緣子像素進(jìn)行標(biāo)定與輸出，對(duì) 圖像中的絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示和報(bào)告。
所述的步驟(1)中彩色圖像通過(guò)亮度計(jì)算轉(zhuǎn)換為灰度圖像是指: 首先將彩色圖像像素按紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)分成三分量,對(duì)于一個(gè)三分量為R、 G、 B的彩色圖像像素，該點(diǎn)的亮度按以下公式計(jì)算 / = 0.35+ 0.59G +0.1 l及
按照上述公式將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
所述的步驟(1)中圖像雄緣輪廓的提取通過(guò)Sobei算子模板實(shí)現(xiàn)。
所述的Sobel算子模板在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，梯度由差分代替微 分實(shí)現(xiàn)
力| =!/",力—/(x+1,力]2 + L/"",力—y+1)]2}
所述的步驟(2)中邊緣輪廓的橢圓擬合的方法是指在邊緣輪廓 的提取后得到已知區(qū)域形狀，利用哈夫變換可以檢測(cè)到邊界曲線；建 立一個(gè)累加數(shù)組，數(shù)組的維數(shù)與曲線方程的未知參數(shù)個(gè)數(shù)相同。對(duì)于 橢圓而言，其一般方程為
(x-附)2 , (y-n)2 =1
此公式中有三個(gè)參數(shù)長(zhǎng)軸a、短軸b、橢圓中心0(m，n)，所以 在參數(shù)空間中建立一個(gè)三維的累加數(shù)組A，其元素可以寫(xiě)成A(a， b， 0)。讓a， b依次變化，并對(duì)A (a， b, 0)進(jìn)行累加。其中的極值將 被記錄，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)則表達(dá)了橢圓的參數(shù)(a， b， 0)。
所述的步驟(3)中輪廓面積閾值處理是指絕緣子的外形近似橢 圓且面積大體相同，通過(guò)對(duì)輪廓面積的閾值設(shè)定可排除一些過(guò)大和過(guò) 小的橢圓形狀干擾?？紤]到算法應(yīng)用的實(shí)時(shí)性，本發(fā)明對(duì)輪廓的面積 釆用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部(含邊界上的點(diǎn))的像素的數(shù)目。面積A的計(jì)算公 式為W-I W-l jc=0少-o
通過(guò)計(jì)算輪廓面積，設(shè)定合適的閾值，排除過(guò)大及過(guò)小輪廓的干擾。
所述的步驟(4)中橢圓中心的直線擬合是指絕緣子在圖像中表 現(xiàn)為直線串，所檢測(cè)到的橢圓輪廓的中心點(diǎn)應(yīng)表現(xiàn)為直線；因此，對(duì) 橢圓的中心進(jìn)行直線擬合，直線擬合通過(guò)求取犯m,M。 (r指檢測(cè)點(diǎn)
與待擬合直線直接的距離)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線。
所述的步驟(5)中絕緣子像素的標(biāo)定與輸出是指將最終檢測(cè)到 的絕緣子以直角坐標(biāo)方式存儲(chǔ)并顯示，存儲(chǔ)類型為包含橢圓中心、長(zhǎng) 短軸坐標(biāo)的點(diǎn)陣序列，對(duì)圖像中的絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示和報(bào)
告o
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明專利針對(duì)目前直升機(jī)或機(jī)器人對(duì)輸 電線路進(jìn)行巡檢時(shí)實(shí)現(xiàn)部件缺陷的自動(dòng)檢測(cè)功能而開(kāi)發(fā)，在利用直升 機(jī)或機(jī)器人所拍攝的視頻進(jìn)行輸電線路缺陷的自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，包括兩個(gè) 步驟
(1) 檢測(cè)出輸電線路部件的在圖像中的具體位置和具體類型；
(2) 對(duì)檢測(cè)出的輸電線路部件進(jìn)行缺陷診斷和報(bào)警。
本發(fā)明專利是實(shí)現(xiàn)缺陷診斷的第一部分——絕緣子部件的圖像 識(shí)別算法。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于絕緣子圖像識(shí)別方法的研究均很少見(jiàn)。本 發(fā)明的研究?jī)?nèi)容是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論，主要針對(duì)直升機(jī)或機(jī)器人巡 檢后對(duì)航拍所得到得絕緣子圖像(可見(jiàn)光圖像)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，是對(duì) 圖像中絕緣子進(jìn)行準(zhǔn)確定位的識(shí)別方法。因此，本發(fā)明技術(shù)是將目前計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別領(lǐng)域最新的研究成果引入電力系統(tǒng)直升機(jī)巡線 檢測(cè)中，利用航拍視頻中的視覺(jué)信息實(shí)現(xiàn)輸電線路部件(絕緣子)的 智能識(shí)別，體現(xiàn)了多學(xué)科與多領(lǐng)域的交叉性。本發(fā)明將為基于直升機(jī) 航拍或機(jī)器人巡檢視頻的輸電線路缺陷檢測(cè)與診斷奠定關(guān)鍵性的理 論與應(yīng)用基礎(chǔ)，具有非常好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明絕緣子圖像識(shí)別方法流程圖2是本發(fā)明控制臺(tái)運(yùn)行程序界面；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1采集的源圖像；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1絕緣子邊緣輪廓提取結(jié)果；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2采集的源圖像；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例2絕緣子邊緣輪廓提取結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
本發(fā)明所提出的絕緣子圖像識(shí)別方法依據(jù)上述絕緣子的圖像特 征來(lái)開(kāi)發(fā)，其算法的流程見(jiàn)圖l。其中的詳細(xì)內(nèi)容如下 (1)圖像的讀入、灰度化及邊緣輪廓提取
絕緣子的圖像識(shí)別算法基于Visual 0++平臺(tái)開(kāi)發(fā)，圖2為操控 臺(tái)運(yùn)行程序界面圖，其中圖像的封裝基類為CImage。圖像的讀入及 處理利用Clmage中封裝的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。Clmage是由微軟開(kāi)發(fā)的DIB圖 像封裝類庫(kù)，也是圖像處理中經(jīng)常使用的基類。實(shí)施例l采集的源圖 像見(jiàn)圖3所示。對(duì)于一個(gè)三分量為R、 G、 B的彩色圖像像素，該點(diǎn)的由24位的RGB空間轉(zhuǎn)換到8位的灰度空間，其計(jì)算過(guò)程就是依照K
亮度按以下公式計(jì)算
/ = 0.35+ 0.59G +0.1 l及 G)
按照公式(1)將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。圖3是將彩色圖像
l公
式/ = 0.35 + 0.59(7 + 0.117 分別將每個(gè)彩色圖像像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為灰度圖像 像素點(diǎn)。圖像的讀入及處理利用CImage中封裝的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 圖像中邊緣輪廓的提取通過(guò)Sobel算子模板實(shí)現(xiàn)。 圖像的梯度對(duì)應(yīng)于一階導(dǎo)數(shù)，對(duì)于一個(gè)連續(xù)圖像函數(shù)/(x,力，它 在點(diǎn)/Oc,力處的梯度是一個(gè)矢量，定義為
(2)
其中，Gx和Gy分別為沿x和y方向的梯度。梯度的幅度和方向 角分別為-
IV/(jc,力卜呵(V/(x,力)(Gx2 +G/)1/2 (3) -(x，力=arctan(G;; / Gx) ( 4 )
在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，梯度由差分代替微分實(shí)現(xiàn) IV/"力I = t/Xu) —/(i + l，力P +[/^，力—+ (5) Sobel算子采用以下兩個(gè)模板做巻積，分別對(duì)應(yīng)于Gx和Gy，利 用公式(5)即可計(jì)算出像素點(diǎn)的梯度。<formula>formula see original document page 12</formula>
通過(guò)對(duì)像素點(diǎn)的梯度的計(jì)算，可以提取絕緣子的邊緣輪廓。見(jiàn)圖
4所示，圖4為絕緣子提取的邊緣輪廓的結(jié)果。 (2)邊緣輪廓的橢圓擬合 在已知區(qū)域形狀的條件下，利用哈夫變換(Hough transform) 可以方便地檢測(cè)到邊界曲線。哈夫變換的主要優(yōu)點(diǎn)是受噪聲和曲線間 斷的影響小。
在圖像空間xy中，過(guò)點(diǎn)(x， y)的直線方程可以表示為y-ox + " 其中a、 b分別表示直線的斜率和截距。如果將直線方程改寫(xiě)為 6 = -^ + y,則它表示ab空間中斜率為-x，截距為y的一條直線，且 經(jīng)過(guò)(a， b)點(diǎn)。對(duì)于圖像中與(x， y)共線的另一點(diǎn)(xl， yl)， 它滿足方程yl-oxl + "對(duì)應(yīng)于參數(shù)空間中的斜率為-xl，截距為yl 的一條直線，也必然經(jīng)過(guò)(a, b)點(diǎn)。因此，可以推知，圖像中間的 同一條直線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于參數(shù)空間中相交于一點(diǎn)的一系列直線。
哈夫變換建立一個(gè)累加數(shù)組，數(shù)組的維數(shù)與曲線方程的未知參數(shù) 個(gè)數(shù)相同。對(duì)于橢圓而言，其一般方程為
<formula>formula see original document page 12</formula> (6)
此公式中^"三個(gè)參數(shù)長(zhǎng)軸a、短軸b、橢圓中心0(m，n)，所以 在參數(shù)空間中建立一個(gè)三維的累加數(shù)組A，其元素可以寫(xiě)成A (a， b，0)。讓a， b依次變化，并對(duì)A (a， b， 0)進(jìn)行累加。其中的極值將 被記錄，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)則表達(dá)了橢圓的參數(shù)(a， b， 0)。橢圓檢測(cè)的過(guò) 程與直線檢測(cè)的過(guò)程類似，不過(guò)參數(shù)空間多了一維，復(fù)雜程度增加了。
(3) 輪廓面積閾值處理 絕緣子的外形近似橢圓且面積大體相同，通過(guò)對(duì)輪廓面積的閾值
設(shè)定可排除一些過(guò)大和過(guò)小的橢圓形狀干擾?？紤]到算法應(yīng)用的實(shí)時(shí) 性，本發(fā)明對(duì)輪廓的面積采用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部(含邊界上的點(diǎn))的像素 的數(shù)目。面積A的計(jì)算公式為
通過(guò)計(jì)算輪廓面積，設(shè)定合適的閾值，排除過(guò)大及過(guò)小輪廓的干擾。
(4) 橢圓中心的直線擬合 絕緣子在圖像中表現(xiàn)為直線串，因此，所檢測(cè)到的橢圓輪廓的中
心點(diǎn)應(yīng)表現(xiàn)為直線。因此，對(duì)橢圓的中心進(jìn)行直線擬合。直線擬合通 過(guò)求取s"附^(r,)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線。其中n是第/個(gè)點(diǎn)到 直線的距離，p(。為可選的距離函數(shù)，以下是以偽代碼的形式表明在 算法程序中可以提供直線擬合算法參數(shù)的選擇。包括
Dist—type=CV—DIST—L2，有p(r) = 一 / 2 ;
Dist—type=CV—DIST一L1 ，有々)=/ ;
Dist—type=CV—DIST—L12 (L1-L2)，有/ 0)-2.(a/i + ,2/2-1); Dist—type=CV—DIST—FAIR ， 有
p(r) = C2 [WC — log(l + r /C)], C = 1.3998 ;<formula>formula see original document page 14</formula>
C/2)r>C C-1.345 (5)絕緣子像素的標(biāo)定與輸出 最終檢測(cè)到的絕緣子以直角坐標(biāo)方式存儲(chǔ)并顯示，存儲(chǔ)類型為包 含橢圓中心、長(zhǎng)短軸坐標(biāo)的點(diǎn)陣序列。算法本身封裝為Win32平臺(tái)下 的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)形式，可在后臺(tái)運(yùn)行，通過(guò)在后臺(tái)執(zhí)行程序， 將絕緣子在圖像中的具體位置(極坐標(biāo)或直角坐標(biāo))返回給主系統(tǒng)。 也可以單獨(dú)應(yīng)用，對(duì)圖像中絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示及報(bào)告等。算 法的處理時(shí)間平均大約為50毫秒。可以應(yīng)用于視頻的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。
實(shí)施例2
本發(fā)明所提出的絕緣子圖像識(shí)別方法依據(jù)上速絕緣子的圖像特 征來(lái)開(kāi)發(fā)，其算法的流程見(jiàn)圖l。其中的詳細(xì)內(nèi)容如下 (1)圖像的讀入、灰度化及邊緣輪廓提取
絕緣子的圖像識(shí)別算法基于Visual 0++平臺(tái)開(kāi)發(fā)，圖2為操控 臺(tái)運(yùn)行程序界面圖，其中圖像的封裝基類為CImage。圖像的讀入及 處理利用CImage中封裝的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。CImage是由微軟開(kāi)發(fā)的DIB圖 像封裝類庫(kù)，也是圖像處理中經(jīng)常使用的基類，實(shí)施例2采集的源圖 像見(jiàn)圖5所示。
對(duì)于一個(gè)三分量為R、 G、 B的彩色圖像像素，該點(diǎn)的亮度按以下公式計(jì)算
<formula>formula see original document page 15</formula>
按照公式(1)將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。圖3是將彩色圖像 由24位的RGB空間轉(zhuǎn)換到8位的灰度空間，其計(jì)算過(guò)程就是依照公 式/ = 0.35 + 0.59(7 + 0.11及分別將每個(gè)彩色圖像像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為灰度圖像 像素點(diǎn)。圖像的讀入及處理利用CImage中封裝的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 圖像中邊緣輪廓的提取通過(guò)Sobel算子模板實(shí)現(xiàn)。 圖像的梯度對(duì)應(yīng)于一階導(dǎo)數(shù)，對(duì)于一個(gè)連續(xù)圖像函數(shù)/(x，力，它 在點(diǎn)/(;c,力處的梯度是一個(gè)矢量，定義為
V/(;r，力；[G工耐
其中，Gx和Gy分別為沿x和y方向的梯度。梯度的幅度和方向 角分別為
，/(x，力l ==(Gx2 +G/)1/2 (3)
，力=arctan(qy / Gx) ( 4 )
在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，梯度由差分代替微分實(shí)現(xiàn)
IV/"力卜||/(;<:,力_/(義+ 1，力]2 /(xj + l)2} (5)
Sobel算子采用以下兩個(gè)模板做巻積，分別對(duì)應(yīng)于Gx和Gy，利
用公式(5)即可計(jì)算出像素點(diǎn)的梯度。
復(fù)！
(2)-l01
-202
-l01
121
000
_1-2-l
通過(guò)對(duì)像素點(diǎn)的梯度的計(jì)算，可以提取絕緣子的邊緣輪廓。見(jiàn)圖
6所示，圖6為實(shí)施例2的絕緣子提取的邊緣輪廓的結(jié)果。 (2)邊緣輪廓的橢圓擬合 在已知區(qū)域形狀的條件下，利用哈夫變換(Hough transform) 可以方便地檢測(cè)到邊界曲線。哈夫變換的主要優(yōu)點(diǎn)是受噪聲和曲線間 斷的影響小。
在圖像空間xy中，過(guò)點(diǎn)(x， y)的直線方程可以表示為>> =似+ 6， 其中a、 b分別表示直線的斜率和截距。如果將直線方程改寫(xiě)為 6 = -^ + ^，則它表示ab空間中斜率為-x，截距為y的一條直線，且 經(jīng)過(guò)(a， b)點(diǎn)。對(duì)于圖像中與(x， y)共線的另一點(diǎn)(xl， yl)， 它滿足方程^1 =似1 + 6，對(duì)應(yīng)于參數(shù)空間中的斜率為-xl，截距為yl 的一條直線，也必然經(jīng)過(guò)(a， b)點(diǎn)。因此，可以推知，圖像中間的 同一條直線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于參數(shù)空間中相交于一點(diǎn)的一系列直線。
哈夫變換建立一個(gè)累加數(shù)組，數(shù)組的維數(shù)與曲線方程的未知參數(shù) 個(gè)數(shù)相同。對(duì)于橢圓而言，其一般方程為
"2+"2=1 (6)
此公式中有三個(gè)參數(shù)長(zhǎng)軸a、短軸b、橢圓中心0(m，n)，所以 在參數(shù)空間中建立一個(gè)三維的累加數(shù)組A，其元素可以寫(xiě)成A(a， b，0)。讓a， b依次變化，并對(duì)A (a， b， 0)進(jìn)行累加。其中的極值將 被記錄，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)則表達(dá)了橢圓的參數(shù)(a， b， 0)。橢圓檢測(cè)的過(guò) 程與直線檢測(cè)的過(guò)程類似，不過(guò)參數(shù)空間多了一維，復(fù)雜程度增加了。
(3) 輪廓面積閾值處理 絕緣子的外形近似橢圓且面積大體相同，通過(guò)對(duì)輪廓面積的閾值
設(shè)定可排除一些過(guò)大和過(guò)小的橢圓形狀干擾?？紤]到算法應(yīng)用的實(shí)時(shí) 性，本發(fā)明對(duì)輪廓的面積采用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部(含邊界上的點(diǎn))的像素 的數(shù)目。面積A的計(jì)算公式為
扣SZ/",力 (7)
;c=0 "0
通過(guò)計(jì)算輪廓面積，設(shè)定合適的閾值，排除過(guò)大及過(guò)小輪廓的干擾。
(4) 橢圓中心的直線擬合 絕緣子在圖像中表現(xiàn)為直線串，因此，所檢測(cè)到的橢圓輪廓的中
心點(diǎn)應(yīng)表現(xiàn)為直線。因此，對(duì)橢圓的中心進(jìn)行直線擬合。直線擬合通 過(guò)求取w附,p(r,)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線。其中^是第/個(gè)點(diǎn)到 直線的距離，/^)為可選的距離函數(shù)，以下是以偽代碼的形式表明在 算法程序中可以提供直線擬合算法參數(shù)的選擇。包括
Dist—type=CV—DIS乙L2，有/ (。 = 一 /2 ; Dist—type《V—DIST—Ll，有p(。"；
Dist一type-CV一DIST一L12 (Ll-L2)，有p(r)-2.(Vl + 一/2-l); Dist—type=CV—DIST_FAIR ， 有
p(r) = C2 / C — log(l + r / C)l， C = 1.3998 ;<formula>formula see original document page 18</formula>(5)絕緣子像素的標(biāo)定與輸出
最終檢測(cè)到的絕緣子以直角坐標(biāo)方式存儲(chǔ)并顯示，存儲(chǔ)類型為包
含橢圓中心、長(zhǎng)短軸坐標(biāo)的點(diǎn)陣序列。算法本身封裝為Win32平臺(tái)下
的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)形式，可在后臺(tái)運(yùn)行，通過(guò)在后臺(tái)執(zhí)行程序，
將絕緣子在圖像中的具體位置(極坐標(biāo)或直角坐標(biāo))返回給主系統(tǒng)。
也可以單獨(dú)應(yīng)用，對(duì)圖像中絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示及報(bào)告等。算
法的處理時(shí)間平均大約為50毫秒?？梢詰?yīng)用于視頻的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特征在于包括如下步驟(1)將拍取的彩色圖像通過(guò)亮度計(jì)算轉(zhuǎn)換為灰度圖像并對(duì)圖像中邊緣輪廓進(jìn)行提取，提取后獲得已知區(qū)域形狀；(2)對(duì)已知區(qū)域的邊緣輪廓進(jìn)行橢圓擬合，利用哈夫變換，檢測(cè)到邊界曲線，得到橢圓的長(zhǎng)軸、短軸、中心點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)；(3)輪廓面積閾值處理，采用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部，含邊界上的點(diǎn)的像數(shù)數(shù)目來(lái)計(jì)算輪廓面積，然后根據(jù)輪廓面積來(lái)設(shè)定合適的面積閾值；(4)橢圓中心的直線擬合，通過(guò)求取sumiρ(ri)，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線，符合直線擬合要求的橢圓中心點(diǎn)將被識(shí)別為絕緣子目標(biāo)，得出橢圓中心、長(zhǎng)短軸坐標(biāo)；(5)絕緣子像素的標(biāo)定與輸出，對(duì)圖像中的絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示和報(bào)告。
2、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特 征在于所述的步驟(1)中彩色圖像通過(guò)亮度計(jì)算轉(zhuǎn)換為灰度圖像 是指首先將彩色圖像像素按紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)分成三分量， 對(duì)于一個(gè)三分量為R、 G、 B的彩色圖像像素，該點(diǎn)的亮度按以下公式 i十算/ - 0.35 + 0.59G + 0.1 l及按照上述公式將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
3、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，■征在于所述的步驟(1)中圖像邊緣輪廓的提取通過(guò)Sobel算子模板實(shí)現(xiàn)。
4、 如權(quán)利要求3所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特 征在于所述的Sobel算子模板在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，梯度由差分代替微分實(shí)現(xiàn)力|=t/"力—/a+1,力]2 + 力—y+1)]2}。
5、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特征在于所述的步驟(2)中邊緣輪廓的橢圓擬合的方法是指在邊緣輪廓的提取后得到已知區(qū)域形狀，利用哈夫變換可以檢測(cè)到邊界曲線；建立一個(gè)累加數(shù)組，數(shù)組的維數(shù)與曲線方程的未知參數(shù)個(gè)數(shù)相同； 對(duì)于橢圓而言，其一般方程為此公式中有三個(gè)參數(shù)長(zhǎng)軸a、短軸b、橢圓中心0(m，n)，所以 在參數(shù)空間中建立一個(gè)三維的累加數(shù)組A，其元素可以寫(xiě)成A(a， b， 0)。讓a, b依次變化，并對(duì)A (a， b， 0)進(jìn)行累加。其中的極值將 被記錄，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)則表達(dá)了橢圓的參數(shù)(a， b， 0)。
6、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特 征在于所述的步驟(3)中輪廓面積閾值處理是指絕緣子的外形近 似橢圓且面積大體相同，通過(guò)對(duì)輪廓面積的閾值設(shè)定可排除一些過(guò)大 和過(guò)小的橢圓形狀干擾；本發(fā)明對(duì)輪廓的面積采用統(tǒng)計(jì)邊界內(nèi)部，含 邊界上的點(diǎn)的像素的數(shù)目；面積A的計(jì)算公式為通過(guò)計(jì)算輪廓面積，設(shè)定合適的閾值，排除過(guò)大及過(guò)小輪廓的干擾。
7、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特征在于所述的步驟(4)中橢圓中心的直線擬合是指絕緣子在圖像 中表現(xiàn)為直線串，所檢測(cè)到的橢圓輪廓的中心點(diǎn)應(yīng)表現(xiàn)為直線；因此， 對(duì)橢圓的中心進(jìn)行直線擬合，直線擬合通過(guò)求取s"m,p(A",)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用 二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線。
8、 如權(quán)利要求1所述的絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，其特 征在于所述的步驟(5)中絕緣子像素的標(biāo)定與輸出是指將最終檢 測(cè)到的絕緣子以直角坐標(biāo)方式存儲(chǔ)并顯示，存儲(chǔ)類型為包含橢圓中 心、長(zhǎng)短軸坐標(biāo)的點(diǎn)陣序列，對(duì)圖像中的絕緣子的具體位置進(jìn)行顯示 和報(bào)告。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種絕緣子輪廓的快速圖像識(shí)別方法，包括如下步驟(1)將拍取的彩色圖像通過(guò)亮度計(jì)算轉(zhuǎn)換為灰度圖像并對(duì)圖像中邊緣輪廓進(jìn)行提取，提取后獲知已知區(qū)域形狀；(2)對(duì)已知區(qū)域的邊緣輪廓進(jìn)行橢圓擬合，利用哈夫變換，檢測(cè)到邊界曲線，得到橢圓的長(zhǎng)軸、短軸、中心點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)；(3)輪廓面積閾值處理，根據(jù)輪廓面積來(lái)設(shè)定合適的面積閾值；(4)橢圓中心的直線擬合，通過(guò)求取sum_iρ(r_i)，用二維點(diǎn)集來(lái)擬合直線；(5)絕緣子像素的標(biāo)定與輸出。本發(fā)明針對(duì)直升機(jī)或機(jī)器人對(duì)輸電線路巡檢的具體要求，實(shí)現(xiàn)了絕緣子的實(shí)時(shí)精確提取，為實(shí)現(xiàn)后續(xù)攝像機(jī)的拉近拍攝和部件缺陷診斷提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有很好的理論和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101620676SQ200910100170
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者亮 張, 弛 張, 雄 徐, 成劍英, 韋愛(ài)平, 黃宵寧 申請(qǐng)人:浙江省電力公司;紹興電力局;南京工程學(xué)院