本發(fā)明屬于電線結(jié)冰檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法。

背景技術(shù)：

在冬季氣候比較濕冷的地方，冷空氣中的水分容易附著在電線上形成冰層，電線結(jié)冰后，受重力作用，電線被拉彎，隨著冰層越堆積越厚，當(dāng)冰層的重量超過電線的承重能力后將拉斷電線造成電力供應(yīng)的中斷、電網(wǎng)線路損毀，給人們的生活帶來麻煩和不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

為了避免以上問題發(fā)生，需要在電線超出負(fù)載極限之前，對電線結(jié)冰情況進(jìn)行評判，確認(rèn)結(jié)冰后電線的狀況，根據(jù)結(jié)冰電線狀況作出對應(yīng)的解決措施，如向指揮中心發(fā)出警報(bào)，立即派遣搶救隊(duì)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法，將電線與背景區(qū)分，獲得圖像中結(jié)冰電線的擬合結(jié)冰電線。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法，包括：

步驟S1、設(shè)置成像裝置的視場并獲取結(jié)冰電線的圖像，其中，所述視場包括相鄰兩根電線桿中的任一根所述電線桿，以及架設(shè)在所述電線桿上的電線；以所述電線桿作為所述視場的縱向起始邊界，所述視場的縱向結(jié)束邊界設(shè)置在相鄰兩根所述電線桿之間，所述電線與所述電線桿交點(diǎn)為交點(diǎn)A，所述電線與所述縱向結(jié)束邊界的交點(diǎn)為交點(diǎn)B；

步驟S2、以所述交點(diǎn)A作為原點(diǎn)，以所述電線桿作為Y軸，為所述圖像建立直角坐標(biāo)系，通過分割線將所述圖像分割成n個(gè)區(qū)間，n＞2，所述分割線垂直于X軸，每個(gè)所述區(qū)間的兩側(cè)均設(shè)有所述分割線，其中，第i區(qū)間兩側(cè)的所述分割線分別為分割線Split_i和分割線Split_i+1，i＝1、2…n；

步驟S3、所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i上設(shè)有所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin，所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i+1上設(shè)有所述第i區(qū)間的終止點(diǎn)Pos(i)_end，其中，所述第1區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(1)_begin為原點(diǎn)；設(shè)定所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α，以所述第i區(qū)間的所述起始點(diǎn)Pos(i)_begin作為所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的頂點(diǎn)，從所述起始點(diǎn)Pos(i)_begin向所述分割線Split_i+1分別延伸出所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊和終邊，得到所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角，其中，所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊與所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i+1垂直，所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的終邊位于所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊下方，以所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的終邊作為掃描基準(zhǔn)線L_i；

步驟S4、設(shè)定所述第i區(qū)間的搜索角的角度β，以所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin為頂點(diǎn)，以所述掃描基準(zhǔn)線L_i為所述第i區(qū)間的所述搜索角的角平分線，得到所述第i區(qū)間的搜索角，其中，所述第i區(qū)間的搜索角的兩邊分別為U_i和V_i；

以所述第i區(qū)間的搜索角作為搜索區(qū)間，設(shè)定搜索間隔角度θ，以U_i或V_i為搜索起始邊，每隔所述搜索間隔角度θ，從所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin延伸出一條至所述分割線Split_i+1的掃描線段Line(i)_j；

步驟S5、獲取所述掃描線段Line(i)_j的灰度平均值，選取灰度平均值最小的所述掃描線段Line(i)_j作為所述第i區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段LineData(i)，i＝1、2....n；

所述第i區(qū)間中，將所述擬合線段LineData(i)與所述分割線Split_i+1的交點(diǎn)作為所述第i區(qū)間的終止點(diǎn)Pos(i)_end，相鄰所述區(qū)間之間，前一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)為后一個(gè)所述區(qū)間的起始點(diǎn)；

各個(gè)所述區(qū)間的結(jié)冰電線的所述擬合線段依次連接，構(gòu)成擬合結(jié)冰電線。

進(jìn)一步地，所述步驟S5中，還包括：所述第i區(qū)間中，所述第i區(qū)間的擬合線段LineData(i)與所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角始邊的構(gòu)成所述第i區(qū)間的電線實(shí)測角；相鄰所述區(qū)間，將上一個(gè)所述區(qū)間的電線實(shí)測角的角度作為下一個(gè)所述區(qū)間的描基準(zhǔn)角的角度。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述第1區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α設(shè)定為30°。

進(jìn)一步地，所述步驟S5中，獲取所述掃描線段Line(i)_j的灰度平均值方法為：

式中：

Beginx(i)表示第i區(qū)間起始點(diǎn)的x坐標(biāo)值；

Endx(i)表示區(qū)間i內(nèi)x的最大值；

m表示Beginx(i)與Endx(i)之間的x坐標(biāo)值；

p(m)表示在直線Line(i)_j上，x取值為m的坐標(biāo)點(diǎn)在圖像上對應(yīng)的灰度值。

進(jìn)一步地，步驟S1中，所述交點(diǎn)A和所述交點(diǎn)B之間所述電線長度為相鄰兩根所述電線桿之間所述電線長度的1/3。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中，通過所述分割線將所述圖像分割成30個(gè)區(qū)間。

進(jìn)一步地，沿X軸方向，所述第i區(qū)間的寬度為w_i，i＝2、...、n，其中，w₁＝w₂＝....＝w_n。

進(jìn)一步地，所述步驟S4中，所述第1區(qū)間搜索角的角度β設(shè)定為30°，所述第i區(qū)間搜索角β設(shè)定為15°，i＝2、...、n。

進(jìn)一步地，所述步驟S4中，所述搜索間隔角度θ設(shè)定為1°。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中，所述成像裝置為高清相機(jī)。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，至少具備以下有益效果：

本發(fā)明提供一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法，獲取結(jié)冰電線的圖像，對圖像建立直角坐標(biāo)系，將圖像分割成多個(gè)區(qū)間，確定每個(gè)區(qū)間的掃描基準(zhǔn)線，通過掃描基準(zhǔn)線獲得搜索角，在搜索角范圍內(nèi)每隔搜索間隔角度，得到一條掃描線段；將灰度平均值最小的掃描線段作為該區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段，將上一區(qū)間的擬合線段的終點(diǎn)作為下一區(qū)間的起始點(diǎn)，獲得下一區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段，各個(gè)區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段依次連接，構(gòu)成擬合結(jié)冰電線，通過本發(fā)明可在電線結(jié)冰超出負(fù)載極限之前，對結(jié)冰電線彎曲情況進(jìn)行評判，根據(jù)結(jié)冰電線彎曲狀況作出對應(yīng)的解決措施。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法中成像裝置的視場設(shè)置示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法對獲取的結(jié)冰電線圖像分割區(qū)間的示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法中一個(gè)區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角和搜索角的示意圖；

圖4為本發(fā)明一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法中建立搜索角獲得的掃描線段Line(i)_j的示意圖。

圖中1-成像裝置；2-電線桿；3-電線；4-交點(diǎn)A；5-交點(diǎn)B；6-分割線；601-分割線Split_i；602-分割線Split_i+1；7-起始點(diǎn)Pos(i)_begin；8-掃描基準(zhǔn)角的始邊；9-掃描基準(zhǔn)角的終邊；10-U_i；11-V_i；12-掃描線段Line(i)_j；13-所述擬合線段LineData(i)；14-終止點(diǎn)Pos(i)_end。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種基于圖像處理獲取擬合結(jié)冰電線的方法，包括：

步驟S1、如圖1所示，設(shè)置成像裝置1的視場并獲取結(jié)冰電線的圖像，其中，所述視場包括相鄰兩根電線桿中的任一根所述電線桿2，以及架設(shè)在所述電線桿2上的電線3；以所述電線桿2作為所述視場的縱向起始邊界，所述視場的縱向結(jié)束邊界設(shè)置在相鄰兩根所述電線桿之間，所述電線3與所述電線桿交點(diǎn)為交點(diǎn)A 4，所述電線3與所述縱向結(jié)束邊界的交點(diǎn)為交點(diǎn)B 5；

步驟S2、如圖2所示，以所述交點(diǎn)A 4作為原點(diǎn)，以所述電線桿2作為Y軸，為所述圖像建立直角坐標(biāo)系，通過分割線6將所述圖像分割成n個(gè)區(qū)間，n＞2，所述分割線6垂直于X軸，每個(gè)所述區(qū)間的兩側(cè)均設(shè)有所述分割線6，其中，第i區(qū)間兩側(cè)的所述分割線分別為分割線Split_i601和分割線Split_i+1602，i＝1、2…n；

步驟S3、如圖3所示，所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i601上設(shè)有所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin7，所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i+1602上設(shè)有所述第i區(qū)間的終止點(diǎn)Pos(i)_end，其中，所述第1區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(1)_begin為原點(diǎn)；設(shè)定所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α，以所述第i區(qū)間的所述起始點(diǎn)Pos(i)_begin7作為所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的頂點(diǎn)，從所述起始點(diǎn)Pos(i)_begin7向所述分割線Split_i+1602分別延伸出所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊8和終邊9，得到所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角，其中，所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊8與所述第i區(qū)間的所述分割線Split_i+1602垂直，所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的終邊9位于所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的始邊下方，以所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的終邊9作為掃描基準(zhǔn)線L_i；

步驟S4、如圖3所示，設(shè)定所述第i區(qū)間的搜索角的角度β，以所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin7為頂點(diǎn)，以所述掃描基準(zhǔn)線L_i為所述第i區(qū)間的所述搜索角的角平分線，得到所述第i區(qū)間的搜索角，其中，所述第i區(qū)間的搜索角的兩邊分別為U_i 10和V_i 11；

如圖4所示，以所述第i區(qū)間的搜索角作為搜索區(qū)間，設(shè)定搜索間隔角度θ，以U_i 10或V_i 11為搜索起始邊，每隔所述搜索間隔角度θ，從所述第i區(qū)間的起始點(diǎn)Pos(i)_begin 601延伸出一條至所述分割線Split_i+1 602的掃描線段Line(i)_j 12；

步驟S5、如圖4所示，獲取所述掃描線段Line(i)_j 12的灰度平均值，選取灰度平均值最小的所述掃描線段Line(i)_j 12作為所述第i區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段LineData(i)13，i＝1、2....n；

所述第i區(qū)間中，將所述擬合線段LineData(i)13與所述分割線Split_i+1 602的交點(diǎn)作為所述第i區(qū)間的終止點(diǎn)Pos(i)_end 14，相鄰所述區(qū)間之間，前一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)為后一個(gè)所述區(qū)間的起始點(diǎn)；

各個(gè)所述區(qū)間的結(jié)冰電線的所述擬合線段依次連接，構(gòu)成擬合結(jié)冰電線。

本發(fā)明上述方案中，對所述圖像建立直角坐標(biāo)系，將所述圖像分割成多個(gè)所述區(qū)間，確定每個(gè)所述區(qū)間的所述掃描基準(zhǔn)線L_i，通過所述掃描基準(zhǔn)線L_i獲得各個(gè)所述區(qū)間的搜索角，在搜索角范圍內(nèi)每隔所述搜索間隔角度，得到一條掃描線段Line(i)_j 12；將灰度平均值最小的所述掃描線段Line(i)_j 12作為該所述區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段LineData(i)13，將上一所述區(qū)間的擬合線段的終止點(diǎn)作為下一所述區(qū)間的起始點(diǎn)，獲得下一所述區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段，各個(gè)所述區(qū)間的結(jié)冰電線的擬合線段依次連接，構(gòu)成擬合結(jié)冰電線。

通過本發(fā)明在電線結(jié)冰超出負(fù)載極限之前，通過獲得的所述擬合結(jié)冰電線對結(jié)冰電線彎曲情況進(jìn)行評判，判斷當(dāng)前結(jié)冰電線的危險(xiǎn)級別并向外發(fā)出警報(bào)級別，如向指揮中心發(fā)出警報(bào)，立即派遣搶救隊(duì)處理。通過本發(fā)明可以解決電線被冰覆蓋時(shí)，因冰的反光影響，可見光相機(jī)采集到的圖像中，結(jié)冰電線與背景過渡邊界對比不明顯的問題。

通過設(shè)置所述成像裝置的視場并獲取結(jié)冰電線的圖像，為了使獲得的圖像具有更高的分辨率，以在對圖像放大時(shí)具有更好的分辨效果，本發(fā)明所述步驟S1中，所述成像裝置可以采用高清相機(jī)。

為了獲得較為理想的背景效果，便于后續(xù)圖像處理算法實(shí)現(xiàn)，所述成像裝置的架設(shè)方式如圖1所示，所述成像裝置架設(shè)在地面附近，背景為天空，所述成像裝置視場中所述交點(diǎn)A和所述交點(diǎn)B之間所述電線長度優(yōu)選為相鄰兩根所述電線桿之間所述電線長度的1/3，為了便于具體說明描述，本發(fā)明給出如圖3所示，通過所述分割線將所述圖像分割成30個(gè)區(qū)間，這樣的所述視場中，能夠保證結(jié)冰電線呈現(xiàn)為連續(xù)下降趨勢，因而最后一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)下沉最為嚴(yán)重，也即所述擬合結(jié)冰電線的末端下沉最為嚴(yán)重，因此只需要計(jì)算最后一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)下沉距離即可，如可以將X軸可看成電線未結(jié)冰時(shí)狀態(tài)，最后一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)的坐標(biāo)Y₁值即為下沉的距離；更為精確的方式是，事先獲取電線未結(jié)冰時(shí)的圖像，獲取電線未結(jié)冰時(shí)最后一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)的坐標(biāo)Y₀值，與所述擬合結(jié)冰電線最后一個(gè)所述區(qū)間的終止點(diǎn)的坐標(biāo)Y₁值進(jìn)行比較，Y₀-Y₁即為所述擬合結(jié)冰電線的下沉最大距離值，設(shè)定下沉距離報(bào)警閾值，如果下沉距離最大值大于報(bào)警閾值，則向指揮中心發(fā)出警報(bào)，立即派遣搶救隊(duì)處理，如果下沉距離最大值小于報(bào)警閾值，則認(rèn)為電線安全。

本發(fā)明所述步驟S2中，沿X軸方向，所述第i區(qū)間的寬度為w_i，i＝2、...、n，對于各個(gè)區(qū)間的寬度的設(shè)定，如圖2所示，本發(fā)明給出一種優(yōu)選方案，w₁＝w₂＝....＝w_n，即各個(gè)所述區(qū)間寬度相同的方案，但本發(fā)明可以不限于該優(yōu)選方案，各個(gè)所述區(qū)間寬度可以設(shè)定為逐漸遞增關(guān)系，也可以設(shè)定為逐漸遞降關(guān)系。

上述各方案中，在對各個(gè)所述區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α的設(shè)定方面，需要人為去設(shè)定賦予一個(gè)值，但是在分割的所述區(qū)間較多的情況下，每個(gè)所述區(qū)間都人為去設(shè)定一個(gè)優(yōu)選值，這樣顯然不是一個(gè)較佳的方案，對此本發(fā)明還提供如下改進(jìn)方案，該方案具體為：所述步驟S5中，還包括：所述第i區(qū)間中，所述第i區(qū)間的擬合線段LineData(i)13與所述第i區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角始邊8的構(gòu)成所述第i區(qū)間的電線實(shí)測角；相鄰所述區(qū)間，將上一個(gè)所述區(qū)間的電線實(shí)測角的角度作為下一個(gè)所述區(qū)間的描基準(zhǔn)角的角度。通過該改進(jìn)方案，只需人為設(shè)定所述第1區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α，其他區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α便可自動獲得。

在本發(fā)明還給出所述步驟S3中，所述第1區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α，所述步驟S4中，所述第i區(qū)間搜索角β，i＝1、2、...、n，以及所述搜索間隔角度θ的優(yōu)選的實(shí)施角度，具體為：所述步驟S3中，所述第1區(qū)間的掃描基準(zhǔn)角的角度α設(shè)定為30°；所述步驟S4中，所述第1區(qū)間搜索角的角度β設(shè)定為30°，所述第i區(qū)間搜索角β設(shè)定為15°，i＝2、...、n；所述步驟S4中，所述搜索間隔角度θ設(shè)定為1°。

電線結(jié)冰后，因冰的反光影響，結(jié)冰電線相對背景天空灰度值比較低，因而在本發(fā)明所述步驟S5中，選取灰度平均值最小的所述掃描線段Line(i)_j12作為所述第i區(qū)間結(jié)冰電線的擬合線段LineData(i)13。

對于灰度平均值的獲得方法方面，本發(fā)明還給出一種具體的實(shí)施方案，如下所示：

所述步驟5中，獲取所述掃描線段Line(i)_j12的灰度平均值方法為：

式中：

Beginx(i)表示第i區(qū)間起始點(diǎn)的x坐標(biāo)值；

Endx(i)表示區(qū)間i內(nèi)x的最大值；

m表示Beginx(i)與Endx(i)之間的x坐標(biāo)值；

p(m)表示在直線Line(i)_j上，x取值為m的坐標(biāo)點(diǎn)在圖像上對應(yīng)的灰度值。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。