本發(fā)明涉及一種基于圖像處理的二值搖桿開關(guān)位置檢測方法，適用于搖桿開關(guān)位置的自動(dòng)分析診斷，在電力系統(tǒng)、航空系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)等領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景，可為設(shè)備監(jiān)測人員提供輔助，發(fā)現(xiàn)開關(guān)位置異常，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)和航空系統(tǒng)等領(lǐng)域，實(shí)時(shí)可靠的判斷開關(guān)狀態(tài)并使其保持在正確的位置對保證系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行至關(guān)重要。由于控制系統(tǒng)運(yùn)行的開關(guān)多種多樣紛繁復(fù)雜，設(shè)備監(jiān)控人員在作業(yè)過程中極易漏掉某開關(guān)，導(dǎo)致當(dāng)前以人工為主的監(jiān)控手段很難避免由人為差錯(cuò)引起的安全隱患。此外，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，即便某開關(guān)位置錯(cuò)誤，系統(tǒng)自身的自檢系統(tǒng)可能無法發(fā)現(xiàn)此類安全隱患，錯(cuò)誤的開關(guān)狀態(tài)，將導(dǎo)致某項(xiàng)指令誤執(zhí)行，不僅對會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生危害，也嚴(yán)重威脅了工作人員的人身安全。迫切需要自動(dòng)化的無損檢測手段來輔助解決這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的內(nèi)容是：針對在電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)和航空系統(tǒng)等領(lǐng)域中廣泛存在的搖桿開關(guān)陣列，提供了一種基于圖像處理技術(shù)的二值搖桿開關(guān)位置檢測方法，可對搖桿狀態(tài)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確分析判斷。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于圖像處理的二值搖桿開關(guān)位置的檢測方法，包括如下步驟：

a，采集搖桿開關(guān)圖像；

b，基于采集的搖桿開關(guān)圖像特點(diǎn)，提取搖桿開關(guān)頭部圖像；

c，定位各搖桿開關(guān)工作區(qū)；

d，根據(jù)各搖桿開關(guān)工作區(qū)坐標(biāo)，裁剪各搖桿開關(guān)頭部區(qū)域圖像以獲取各搖桿開關(guān)頭部區(qū)域的子圖像；

e，優(yōu)化步驟d獲取的各子圖像；

f，通過比較各子圖像中搖桿開關(guān)頭部像素區(qū)坐標(biāo)和圖像中心坐標(biāo)，判別各搖桿開關(guān)狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述搖桿開關(guān)圖像特點(diǎn)為真彩色圖像rgb格式，且允許圖像存在仿射、旋轉(zhuǎn)、光照、尺度和視角變化；搖桿頭部為紅色，搖桿底部為兩個(gè)白色圓弧區(qū)，搖桿開關(guān)工作區(qū)域?yàn)榕c圖像背景區(qū)分度較高的黑色矩形框。

進(jìn)一步的，所述步驟b中提取開關(guān)搖桿頭部的方法為：

b1，轉(zhuǎn)換搖桿開關(guān)真彩圖像rgb顏色空間為hsv顏色空間，提取hsv空間的色調(diào)，設(shè)定紅色色調(diào)的閾值為0.05，將hsv空間中色調(diào)值小于0.05或大于0.95作為紅色色調(diào)區(qū)；

b2，轉(zhuǎn)換步驟b1中紅色色調(diào)圖為灰度圖，并歸一化處理；

b3，圖像取補(bǔ)并采用大小為5x4的模板進(jìn)行中值濾波；

b4，設(shè)定閾值為0.9，遍歷整幅圖像，將圖像中灰度值小于0.9的像素灰度設(shè)置為0，圖像黑白反轉(zhuǎn)；

b5，移除圖像中的孤立像素點(diǎn)，采用半徑為4的圓盤結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕處理。

進(jìn)一步的，定位搖桿開關(guān)工作區(qū)的具體步驟為：

c1，轉(zhuǎn)換搖桿開關(guān)真彩圖像為灰度圖，對灰度圖進(jìn)行歸一化處理；

c2，選取閾值0.3對灰度圖進(jìn)行全局閾值分割，初步提取搖桿開關(guān)區(qū)域，圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像；

c3，二值圖像黑白反轉(zhuǎn)，并填充圖像中的空洞區(qū)域；

c4，統(tǒng)計(jì)步驟c3中離散像素區(qū)域的個(gè)數(shù)，若像素區(qū)域的數(shù)目大于圖像中實(shí)際搖桿開關(guān)數(shù)，則刪除圖像中最小面積像素區(qū)域，并采用半徑為1的圓盤結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行膨脹處理，填充圖像中的空洞區(qū)域；

c5，統(tǒng)計(jì)圖像中的離散區(qū)域個(gè)數(shù)，若仍大于搖桿開關(guān)數(shù)，則重復(fù)步驟c4，直至圖像中離散區(qū)域的個(gè)數(shù)與搖桿開關(guān)數(shù)相等。

進(jìn)一步的，所述裁剪搖桿開關(guān)頭部圖像的方法為根據(jù)各搖桿開關(guān)工作區(qū)域的頂部和底部左右四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，裁剪搖桿開關(guān)頭部圖像，獲取各搖桿頭部區(qū)域的子圖像。

進(jìn)一步的，所述優(yōu)化各子圖像的方法為：統(tǒng)計(jì)子圖像中的離散區(qū)域的個(gè)數(shù)，若大于1，則刪除最小面積的像素區(qū)域，并重復(fù)此步驟，直至各子圖像中僅存一個(gè)離散像素區(qū)。

進(jìn)一步的，所述判別決策各搖桿開關(guān)狀態(tài)的方法為：統(tǒng)計(jì)各子圖像中搖桿開關(guān)頭部的像素區(qū)質(zhì)心坐標(biāo)；若開關(guān)沿豎直方向掰動(dòng)，則比較質(zhì)心的縱坐標(biāo)與子圖像中心縱坐標(biāo)，若質(zhì)心的縱坐標(biāo)大于子圖像中心縱坐標(biāo)，則搖桿開關(guān)指示上部，否則，搖桿開關(guān)指示下部。

本發(fā)明的有益效果為：采用本發(fā)明方法，可以基于圖像處理技術(shù)對搖桿開關(guān)位置自動(dòng)分析診斷，通過定位分割各搖桿區(qū)域，裁剪獲取各搖桿區(qū)域子圖像，比較各子圖像中搖桿頭部像素區(qū)的質(zhì)心坐標(biāo)和子圖像中心坐標(biāo)，對各搖桿開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行判斷。采用本發(fā)明方法，可對搖桿開關(guān)進(jìn)行分析，判斷搖桿開關(guān)位置，為診斷開關(guān)位置異常提供參考，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

附圖說明

為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明方法的流程框圖，

圖2為本發(fā)明中的搖桿開關(guān)圖，

圖3為本發(fā)明中的紅色色調(diào)圖，

圖4為本發(fā)明中的搖桿頭部區(qū)域圖，

圖5為本發(fā)明中的搖桿開關(guān)工作區(qū)域圖，

圖6為本發(fā)明中的各搖桿開關(guān)頭部區(qū)域裁剪圖，

圖7為本發(fā)明中的各子圖優(yōu)化圖，

圖8為本發(fā)明中的各搖桿開關(guān)狀態(tài)判別圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參考圖1，本發(fā)明提出一種基于圖像處理的二值搖桿開關(guān)位置檢測方法，其包括如下步驟：

a，采集搖桿開關(guān)圖像；

b，基于采集的搖桿開關(guān)圖像特點(diǎn)，提取搖桿開關(guān)頭部圖像；

c，定位各搖桿開關(guān)工作區(qū)域；

d，根據(jù)各搖桿開關(guān)工作區(qū)坐標(biāo)，裁剪各搖桿開關(guān)頭部區(qū)域圖像以獲取各搖桿開關(guān)頭部區(qū)域的子圖像；

e，優(yōu)化步驟d獲取的各子圖像；

f，通過比較各子圖像中搖桿開關(guān)頭部像素區(qū)坐標(biāo)和圖像中心坐標(biāo)，判別各搖桿開關(guān)狀態(tài)。

采用本發(fā)明方法，可以基于圖像處理技術(shù)對搖桿開關(guān)位置自動(dòng)分析診斷，通過定位分割各搖桿區(qū)域，裁剪獲取各搖桿區(qū)域子圖像，比較各子圖像中搖桿頭部像素區(qū)的質(zhì)心縱坐標(biāo)和子圖像中心縱坐標(biāo)，對各搖桿開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行判斷。采用本發(fā)明方法，可對搖桿開關(guān)進(jìn)行分析，判斷搖桿開關(guān)位置，為診斷開關(guān)位置異常提供參考，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

本發(fā)明中搖桿開關(guān)圖像特點(diǎn)為真彩色圖像rgb格式，且允許圖像存在仿射、旋轉(zhuǎn)、光照、尺度和視角變化；搖桿頭部為紅色，搖桿底部為兩個(gè)白色圓弧區(qū)，搖桿開關(guān)工作區(qū)域?yàn)榕c圖像背景區(qū)分度較高的黑色矩形框。

實(shí)施例：

1、提取開關(guān)搖桿頭部圖像，包括如下步驟：

1.1轉(zhuǎn)換搖桿開關(guān)真彩圖像（即圖2）rgb顏色空間為hsv顏色空間，提取hsv空間的色調(diào)，設(shè)定紅色色調(diào)的閾值為0.05，將hsv空間中色調(diào)值小于0.05或大于0.95作為紅色色調(diào)區(qū)，如圖3所示；

1.2轉(zhuǎn)換步驟1.1中紅色色調(diào)圖為灰度圖，并歸一化處理；

1.3圖像取補(bǔ)并采用大小為5x4的模板進(jìn)行中值濾波；

1.4設(shè)定閾值為0.9，遍歷整幅圖像，將圖像中灰度值小于0.9的像素灰度置為0，然后圖像黑白反轉(zhuǎn)；

1.5移除圖像中的孤立像素點(diǎn)，采用半徑為4的圓盤結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕處理，最終處理結(jié)果如圖4所示。

2、定位搖桿開關(guān)工作區(qū)，其包括如下步驟：

2.1轉(zhuǎn)換搖桿開關(guān)真彩圖像為灰度圖，對灰度圖進(jìn)行歸一化處理；

2.2選取閾值0.3對灰度圖采用全局閾值進(jìn)行分割，初步提取搖桿開關(guān)區(qū)域，圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像；

2.3二值圖像黑白反轉(zhuǎn)，并填充圖像中的空洞區(qū)域；

2.4統(tǒng)計(jì)步驟2.3中離散像素區(qū)域的個(gè)數(shù)，若像素區(qū)域的數(shù)目大于圖像中實(shí)際搖桿開關(guān)數(shù)，則刪除圖像中最小面積像素區(qū)域，并采用半徑為1的圓盤結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行膨脹處理，填充圖像中的空洞區(qū)域；

2.5統(tǒng)計(jì)圖像中的離散區(qū)域個(gè)數(shù)，若仍大于搖桿開關(guān)數(shù)，則重復(fù)步驟2.4，直至圖像中離散區(qū)域的個(gè)數(shù)與搖桿開關(guān)數(shù)相等，結(jié)果如圖5所示。

3、裁剪開關(guān)搖桿頭部區(qū)

裁剪開關(guān)搖桿頭部區(qū)圖像，獲取開關(guān)搖桿頭部的一系列子圖像；

其中裁剪搖桿開關(guān)頭部區(qū)域圖像的方法：根據(jù)各搖桿開關(guān)區(qū)域的頂部和底部左右四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，裁剪搖桿開關(guān)頭部區(qū)域圖像（圖4），得到包含各搖桿頭部區(qū)域的一系列子圖像，如圖6所示。

4、優(yōu)化子圖像

統(tǒng)計(jì)子圖像中的離散區(qū)域的個(gè)數(shù)，若大于1，則刪除最小面積像素區(qū)，并重復(fù)此步驟，直至子圖像中僅存一個(gè)離散像素區(qū)域，如圖7所示。

5、判別決策各搖桿開關(guān)狀態(tài)

統(tǒng)計(jì)各子圖像中搖桿開關(guān)頭部像素區(qū)質(zhì)心坐標(biāo)，若開關(guān)沿豎直方向掰動(dòng)，比較質(zhì)心縱坐標(biāo)與子圖像中心縱坐標(biāo)，若質(zhì)心圖像縱坐標(biāo)大于子圖像中心縱坐標(biāo)，則搖桿開關(guān)指示上部，否則，搖桿開關(guān)指示下部，判決結(jié)果如圖8所示。若開關(guān)沿其他方向掰動(dòng)，則按照同樣的方式沿掰動(dòng)方向判別即可，若開關(guān)沿水平方向掰動(dòng)，比較質(zhì)心橫坐標(biāo)與子圖像中心橫坐標(biāo)，若質(zhì)心圖像橫坐標(biāo)大于子圖像中心橫坐標(biāo)，則搖桿開關(guān)指示右部，否則，搖桿開關(guān)指示下部。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都會(huì)落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。