專利名稱：基于dsp視頻處理的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于DSP嵌入式終端的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)， 具體涉及一種基于DSP視頻處理的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及利用該系統(tǒng)進(jìn)行 監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
由于某些地區(qū)特殊的自然地理環(huán)境因素，會引起輸電線覆冰、舞動等不良狀況發(fā) 生，輸電線路舞動會導(dǎo)致跳閘、導(dǎo)線電弧燒傷、金具損壞、導(dǎo)線斷股、斷線、倒塔等危害，嚴(yán)重 影響輸電線路的安全運行[1_2]。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展，對供電系統(tǒng)可靠性的要求不斷 提高。對輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，并準(zhǔn)確提供預(yù)警信息，對于實 現(xiàn)輸電線路由計劃檢修到狀態(tài)檢修的過渡，提高輸電線路和供電系統(tǒng)的可靠性具有重要的 意義。但傳統(tǒng)的人工線路巡視，不但工作量大，危險性高，而且效率也十分低，是目前供電企 業(yè)的巨大負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)代檢測技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，為輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測 提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，使得輸電線路遠(yuǎn)程在線監(jiān)測成為可能。隨著無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出很多關(guān)于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測系統(tǒng)方案 和監(jiān)測方法的成果[3_9]，其中有很多方案和方法已經(jīng)應(yīng)用到了實際的監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對 待監(jiān)測場景各狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測，具有一定的應(yīng)用價值。比如張占龍等人提出了基于視 頻監(jiān)視和GPRS通信技術(shù)的輸電線路舞動遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)利用攝像頭采集輸電線 路的圖像，將圖像通過GPRS通信傳輸回監(jiān)控中心，運行檢測人員可以實時觀測輸電線路的 舞動情況的圖像。為研究導(dǎo)線舞動特點、規(guī)律和防A舞動方案評估提供了科學(xué)依據(jù)。深圳 市融創(chuàng)天下科技發(fā)展有限公司的發(fā)明專利《一種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的系統(tǒng)及方法》[9](申請?zhí)?200910105705. 9，公開號CN101547343,
公開日2009. 09. 30)，提供了 一種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的 系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)由前端裝置和用戶終端組成，由前端裝置完成音視頻采集、編碼，然后由 嵌入式流服務(wù)器通過移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至用戶終端。利用移動通信網(wǎng)絡(luò)傳遞信息方便以及 不受地域限制的特點，將前端裝置監(jiān)控的音視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到移動終端中供用戶察看，實現(xiàn) 了用戶終端對前端監(jiān)視場景的監(jiān)視及對前端裝置的遠(yuǎn)程控制。但是，目前大多數(shù)遠(yuǎn)程視頻 監(jiān)測系統(tǒng)，都是在監(jiān)控終端先利用攝像頭采集現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)，然后將視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮后 通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測中心，再由工作人員對視頻進(jìn)行查看、分析、處理操作。由于視頻 采集的數(shù)據(jù)量龐大，無線網(wǎng)絡(luò)的通信速率相對較低，這樣直接傳輸視頻數(shù)據(jù)不僅占用大量 的帶寬，而且監(jiān)測的實時性受到很大的限制。另外，系統(tǒng)對于舞動的判斷和分析是靠工作人 員離線進(jìn)行的，監(jiān)測的實時性和有效性受到了極大限制，智能化程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于DSP視頻處理的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，解決了現(xiàn) 有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測系統(tǒng)利用攝像頭采集現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量龐大，而無線網(wǎng)絡(luò)的通信速率 相對較低，導(dǎo)致監(jiān)測的實時性受到很大的限制的問題，以及傳統(tǒng)系統(tǒng)對于輸電線路異常狀
4況的判斷和分析是靠工作人員離線進(jìn)行，導(dǎo)致監(jiān)測的實時性和有效性受到了極大限制，智 能化程度低的問題。而且由于視頻處理在DSP終端完成，大大減輕監(jiān)控中心計算機(jī)運算負(fù) 擔(dān)，因此可以實現(xiàn)多路同時監(jiān)控，另外，通過更新軟件算法可以方便進(jìn)行系統(tǒng)升級或功能 擴(kuò)展。本發(fā)明的另一目的是提供一種采用上述系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系 統(tǒng)，包括依次通過無線連接的監(jiān)控終端、無線網(wǎng)絡(luò)、移動中心服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控 中心。本發(fā)明的特點還在于，其中的監(jiān)控終端包括DSP處理器模塊，DSP處理器模塊上分 別連接有圖像采集模塊、存儲器模塊、電源模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、GPRS模塊及圖像顯示模塊。本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測 方法，具體按照以下步驟實施步驟1 監(jiān)控終端的圖像采集模塊采集視頻幀數(shù)據(jù)，傳遞給DSP處理器模塊；步驟2 =DSP處理器模塊對得到的視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，一方面，進(jìn)行現(xiàn)場圖 像獲取，得到處理后的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流；另一方面，進(jìn)行現(xiàn)場狀況監(jiān)測，得到導(dǎo)線的舞動幅 值、覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo)線異常狀況信息；步驟3 數(shù)據(jù)無線發(fā)送，監(jiān)控終端中的GPRS模塊將步驟2得到的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流、 導(dǎo)線的舞動幅值、覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo)線異常狀況信息依次通過無線網(wǎng)絡(luò)、移動中 心服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)控中心，提供給監(jiān)控人員經(jīng)處理過的有效數(shù)據(jù)信息，或者將 步驟2得到的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流、導(dǎo)線的舞動幅值、覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo)線異常狀況 信息依次通過無線網(wǎng)絡(luò)、移動中心服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送報警信息到監(jiān)控人員手 機(jī)上，及時通曉監(jiān)控人員便于其采取相應(yīng)措施；步驟4 數(shù)據(jù)接收與綜合管理，監(jiān)控中心對個監(jiān)控終端發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和綜合管理，得到圖像數(shù)據(jù)、處理 結(jié)果、輸電線路狀況參數(shù)、異常狀況的有效信息，進(jìn)行顯示、分析、存儲和管理。本發(fā)明的有益效果是，設(shè)計了基于DSP的視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)，利用DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力，在監(jiān)控終端 直接利用視頻圖像處理技術(shù)和相關(guān)算法，對現(xiàn)場采集到的輸電線路視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、清 晰化、異常檢測等分析和處理，自動提取監(jiān)測場景輸電線路狀態(tài)的有效數(shù)據(jù)信息，僅將處理 結(jié)果和有效數(shù)據(jù)信息傳送給監(jiān)控中心，并能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r通過無線模塊發(fā)送報警信息到監(jiān) 控中心或者監(jiān)控人員手機(jī)上，以便及時采取相應(yīng)的措施。這樣在大大減小了傳輸數(shù)據(jù)冗余、 提高監(jiān)測系統(tǒng)實時性的同時，又能夠提供給監(jiān)控人員實時有效的現(xiàn)場信息，減輕了監(jiān)控人 員的工作負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)了實時、有效的智能化監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3是本發(fā)明監(jiān)測方法的軟件工作流程5
圖4是不同天氣下輸電線原圖片，其中，(a)為理想天氣，(b)為陰天，(C)為霧天， (d)為雨天，(e)為雪天，(f)為強光照；圖5是對圖4中各圖片濾波及清晰化處理后效果圖，其中(a)為理想天氣，(b)為 陰天，(c)為霧天，(d)為雨天，(e)為雪天，(f)為強光照；圖6是對圖5中各圖片二值化處理后效果圖，其中(a)為理想天氣，(b)為陰天， (c)為霧天，(d)為雨天，(e)為雪天，(f)為強光照；圖7是對圖6中各圖片形態(tài)學(xué)濾波后效果圖，其中(a)為理想天氣，(b)為陰天， (c)為霧天，(d)為雨天，(e)為雪天，(f)為強光照圖8是導(dǎo)線舞動幅值計算示意圖。圖中，1.監(jiān)控終端，2.無線網(wǎng)絡(luò)，3.移動中心服務(wù)器，4. Internet網(wǎng)絡(luò)，5.監(jiān)控 中心，6. DSP處理器模塊，7.圖像采集模塊，8.存儲器模塊，9.電源模塊，10.網(wǎng)絡(luò)模塊， 11. GPRS模塊，12.圖像顯示模塊。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括 依次通過無線連接的監(jiān)控終端1、無線網(wǎng)絡(luò)2、移動中心服務(wù)器3、Internet網(wǎng)絡(luò)4及監(jiān)控中 心5。監(jiān)控終端1分別設(shè)置在各個不同的輸電線路監(jiān)控點，用于完成對各監(jiān)控點現(xiàn)場視頻 圖像的采集、檢測處理及異常狀況報警，并對處理結(jié)果及有效信息進(jìn)行編碼、壓縮及數(shù)據(jù)發(fā) 送，數(shù)據(jù)依次通過無線網(wǎng)絡(luò)2、移動中心服務(wù)器3、Internet網(wǎng)絡(luò)4最終到達(dá)監(jiān)控中心5。監(jiān) 控中心5實現(xiàn)對各監(jiān)控終端1所發(fā)送的信息進(jìn)行存儲、管理以及對監(jiān)控終端1進(jìn)行遠(yuǎn)程控 制等操作。監(jiān)控終端1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括DSP處理器模塊6，其周邊分別連接有圖像采 集模塊7、存儲器模塊8、電源模塊9、網(wǎng)絡(luò)模塊10、GPRS模塊11及圖像顯示模塊12。各模 塊特點及功能分別如下DSP處理器模塊6 是監(jiān)控終端1的核心單元，完成數(shù)據(jù)處理及各模塊間的協(xié)調(diào)工 作，選用的是TI公司的TMS320DM642處理芯片，是專為數(shù)字媒體應(yīng)用而設(shè)計的高性能數(shù)字 信號處理器，功耗低(核電壓僅1.4V)，外設(shè)接口方便。圖像采集模塊7 采用的解碼芯片是TI公司的TVP5150PBS。它是一款高性能視頻 解碼器，封裝小(32腳的TQFP)、功耗低(< 150mW)，支持PAL/NTSC模擬復(fù)合視頻輸入，輸 出格式為ITU-RBT.656。非常適用于便攜、批量大、高質(zhì)量和高性能的視頻產(chǎn)品。存儲器模塊8 包括系統(tǒng)中外擴(kuò)的4MX64位的SDRAM(同步動態(tài)存儲器)，用于視 頻大數(shù)據(jù)量的高速緩存及部分程序的存儲；和4MX8位的FLASH(異步靜態(tài)存儲器)程序存 儲器，用于固化程序。電源模塊9 采用電源芯片TPS54310，它是TI公司推出的一款高性能、低功耗、電 壓可調(diào)的精準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，主要包括DSP核電壓1.4V和I/O電 壓 3. 3V。網(wǎng)絡(luò)模塊10 采用網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器芯片LXT971進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)控制，并采用RJ45標(biāo)準(zhǔn) 10/100M自適應(yīng)的以太網(wǎng)接口，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。
GPRS模塊11 選用的是譜泰公司的PTW73GPRS MODEM模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，通 訊接口標(biāo)準(zhǔn)DB9RS232，支持標(biāo)準(zhǔn)GSM 07. 07AT指令。由于內(nèi)嵌了 TCP/IP協(xié)議，DSP只需通 過串口向模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令，便可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接及數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能。圖像顯示模塊12 采用SAA7121作為編碼芯片，支持PAL和NTSC格式的視頻編碼， 可將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成模擬信號通過顯示器顯示出來，以查看采集到的視頻或處理后的 視頻畫面效果。系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計整個監(jiān)控終端系統(tǒng)軟件設(shè)計采用了 DSP/BI0S_，它是TI提供的一個簡易的實時 多任務(wù)微操作系統(tǒng)，是一種可裁剪的實時處理內(nèi)核，具有任務(wù)的調(diào)度管理、任務(wù)間的同步 和通訊等多種實時操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)基于DSP/BI0S，采用多任務(wù)編程技術(shù)，設(shè)計了 4個任 務(wù)模塊，分別是圖像采集任務(wù)、圖像檢測任務(wù)、傳輸圖像提取任務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，各任務(wù) 間通過SCOM消息機(jī)制進(jìn)行通信。軟件框架及流程如圖3所示系統(tǒng)上電自啟動后，DSP/BI0S會自動進(jìn)行硬件初始化，然后進(jìn)行主函數(shù)的初始化， 主要完成片上緩存的設(shè)置、各個任務(wù)的初始化、SCOM隊列的創(chuàng)建等。主函數(shù)執(zhí)行完以后， DSP把程序的控制權(quán)交給實時操作系統(tǒng)DSP/BI0S的線程調(diào)度器，由調(diào)度器按各任務(wù)的優(yōu)先 級來調(diào)度執(zhí)行。按照任務(wù)的優(yōu)先級，圖像采集任務(wù)首先獲得系統(tǒng)資源而運行。它首先從底層驅(qū)動 獲得一幀圖像，然后將存儲圖像的指針隨同SCOM消息發(fā)送到圖像檢測任務(wù)和傳輸圖像提 取任務(wù)，隨后圖像采集任務(wù)將由運行態(tài)轉(zhuǎn)為掛起態(tài)，等待來自其它任務(wù)的SCOM消息將其激 活。圖像檢測任務(wù)接收到來自圖像采集任務(wù)的SCOM消息后，開始運行。首先從SCOM中 取出存儲圖像的指針，得到一幀圖像數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行檢測處理。若檢測出有異常狀況發(fā)生， 便會給數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)發(fā)送包含預(yù)警信息的SCOM消息。其處理完后將給圖像采集任務(wù)返回 一個SCOM消息，轉(zhuǎn)為掛起態(tài)。傳輸圖像提取任務(wù)同樣通過來自圖像采集任務(wù)的SCOM消息，獲得圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)前 幀圖片與背景圖片做差，分割出相對背景有變化的差值及位置信息，如果幀間圖像差別大 于設(shè)定閾值，則對差別信息進(jìn)行壓縮、編碼、打包后，將數(shù)據(jù)包隨同SCOM發(fā)送給傳輸任務(wù)。 同時也給圖像采集任務(wù)返回一個SCOM消息，之后便轉(zhuǎn)為掛起態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)收到SCOM消息后，從中得到待發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后通過串口向 GPRS模塊11發(fā)送相應(yīng)的AT指令，將數(shù)據(jù)及命令傳送到GPRS模塊11，并控制GPRS模塊11 進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送，GPRS模塊11內(nèi)嵌的TCP/IP協(xié)議棧的緩存區(qū)有限，串口寫入速率又高 于GPRS傳輸速率，可能會丟失數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用了?shù)據(jù)分包來實現(xiàn)流 控制將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先打成若干個小數(shù)據(jù)包，逐個寫入串口，接收到模塊返回的發(fā)送成功 的應(yīng)答幀后，再繼續(xù)發(fā)下一個數(shù)據(jù)包。若超時還未返回應(yīng)答幀，則重發(fā)上一個數(shù)據(jù)包。這樣 雖然犧牲了一定時間，但很好地保證了圖像傳輸?shù)目煽啃?。發(fā)送完成后將會給相應(yīng)任務(wù)返 回SCOM消息。這樣在DSP/BI0S操作系統(tǒng)的實時任務(wù)調(diào)度和管理下，各任務(wù)模塊相互協(xié)作 執(zhí)行任務(wù)，完成圖像采集到檢測處理及傳輸所有軟件功能。監(jiān)控中心5接收到各監(jiān)測點發(fā)來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)標(biāo)識進(jìn)行分別存儲和解析，獲得 圖像、處理結(jié)果、異常狀況等有效信息。這樣在大大減小了傳輸數(shù)據(jù)冗余、提高監(jiān)測系統(tǒng)實時性的同時，又能夠提供給監(jiān)控人員實時有效的現(xiàn)場信息，減輕了監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)，實 現(xiàn)了實時、有效的智能化監(jiān)控。而且由于視頻處理在DSP終端完成，大大降低了對傳輸信道 帶寬的要求，減輕監(jiān)控中心5計算機(jī)運算負(fù)擔(dān)，因此可以實現(xiàn)多路同時監(jiān)控，另外，通過更 新軟件算法可以方便進(jìn)行系統(tǒng)升級或功能擴(kuò)展。本發(fā)明基于DSP視頻處理的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，具體按照以下步驟實施步驟1 監(jiān)控終端1的圖像采集模塊7采集視頻幀數(shù)據(jù)，傳遞給DSP處理器模塊6 ；步驟2 =DSP處理器模塊6對得到的視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，利用圖像處理技術(shù)， 從現(xiàn)場圖像獲取和現(xiàn)場狀況監(jiān)測兩個方面來提高系統(tǒng)的實時性、有效性及智能化程度，具 體按照以下步驟實施—方面，進(jìn)行現(xiàn)場圖像獲取，得到處理后的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流，具體按照以下步驟實 施獲取監(jiān)視場景圖像是遠(yuǎn)程監(jiān)測必要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的圖像獲取方法是將采 集到的視頻的每幀圖像經(jīng)過壓縮后，通過無線模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。由于視頻數(shù)據(jù)量龐大， 而無線通信速率相對較低，這樣直接傳輸視頻數(shù)據(jù)不僅占用大量的帶寬，而且監(jiān)測的實時 性受到很大的限制。本發(fā)明采用如下方法來提高監(jiān)測系統(tǒng)的實時性和有效性，具體算法實 施步驟為a 獲取參考幀圖像從視頻采集模塊底層驅(qū)動中獲取完整的第一幀現(xiàn)場圖像作為參考幀(記為Iref)， 并將其保存在終端系統(tǒng)內(nèi)存中，同時將參考幀數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮后通過GPRS模塊11發(fā)送到監(jiān) 控中心5，也保存起來。b 計算當(dāng)前幀與參考幀的灰度差值用后續(xù)采集到的每幀圖像(記為I)與參考幀圖像對應(yīng)位置像素值做差。用i，j 分別表示圖像中某一像素的橫縱坐標(biāo)，I (i，j)表示當(dāng)前幀圖像中位置(i，j)處像素的灰度 值，Iref (i, j)表示參考幀對應(yīng)位置的像素灰度值，則得到當(dāng)前幀與參考幀圖像(i，j)位置 處的像素灰度變化量ΔΙ( ，j)為ΔΙ( , j) = I(i, j)-Iref (i, j)(1)c 差值數(shù)據(jù)傳送給定一個門限值ε，對滿足條件Δ I (i，j) > ε的像素點，即當(dāng)前圖像中相對于 參考幀相應(yīng)位置像素灰度值有較大變化量的點，將它們的位置和灰度變化量壓縮打包后傳 送給監(jiān)控中心5。由于實際場景變化速度相對于視頻幀率來說要緩慢得多，可利用視頻圖 像幀間相似性，對于當(dāng)前幀，僅傳送其中變化量較大的像素點的灰度值和其位置到監(jiān)控中 心5，這樣相對于每幀都傳送整幅圖像數(shù)據(jù)，大幅度減小了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)冗余，提高 了傳輸?shù)膶崟r性。ε的選取要適當(dāng)，其值若偏大，則對圖像變化不敏感，丟失過多變化的信 息，過小又不能有效減小冗余和傳輸數(shù)據(jù)量。經(jīng)過分析和實驗，ε取10個灰度級左右的值 比較合適。監(jiān)控中心5對收到的數(shù)據(jù)后對其進(jìn)行解壓，然后從中獲得位置和對應(yīng)的灰度值信 息后，將參考幀中相應(yīng)位置的灰度值進(jìn)行數(shù)據(jù)替換生成新的一幀圖像，恢復(fù)出現(xiàn)場圖像幀， 然后保存起來。現(xiàn)場環(huán)境隨著天氣等因素再長時間內(nèi)會有變化，之前的參考幀數(shù)據(jù)較早，和當(dāng)前
8幀數(shù)據(jù)會有較大差異，導(dǎo)致需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大。因此為了適應(yīng)環(huán)境變化以及減小需要 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，需要適時的對參考幀進(jìn)行更新。更新方法是，計算當(dāng)前幀數(shù)據(jù)和參考幀數(shù)據(jù) 的平均變化量，即用總的變化量除以一幀圖像的像素總數(shù)，如果平均變化量超過一個閾值， 就用當(dāng)前幀數(shù)據(jù)作為新的參考幀數(shù)據(jù)，同時通知監(jiān)控中心也用恢復(fù)出的當(dāng)前幀圖像作為新 的參考幀，以保持同步。更新不會增加額外的運算量和數(shù)據(jù)量，因此更新閾值不能過大，否 則不能及時更新，使得傳輸數(shù)據(jù)量較大，可以選取得較小，以較好的適應(yīng)環(huán)境變化，同時減 小傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，實驗中取3個灰度級。另一方面，進(jìn)行現(xiàn)場狀況監(jiān)測，得到導(dǎo)線的舞動幅值、覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo) 線異常狀況信息；算法思路為利用圖像處理技術(shù)，直接在監(jiān)控終端1對采集到的現(xiàn)場視頻進(jìn)行分 析處理，提取有效信息、檢測異常狀況等，并將提取到的有效信息和處理結(jié)果傳回到監(jiān)控中 心5，并對異常情況進(jìn)行報警，以便工作人員及時發(fā)現(xiàn)異常。這相對于傳統(tǒng)的在監(jiān)控中心5 對現(xiàn)場視頻進(jìn)行處理，或是由工作人員進(jìn)行人工處理和分析的方式，不但減輕了監(jiān)控中心 5和工作人員的負(fù)擔(dān)，而且能夠獲得實時有效的處理結(jié)果，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的實時性、有效 性以及智能化程度。具體按照以下步驟實施a:圖像去噪為了減小圖像噪聲的影響，先對采集到的視頻中的圖像幀進(jìn)行濾波處理。濾波算 法采用中值濾波，該算法既能消除噪聲又能保持圖像的細(xì)節(jié)信息，而且算法復(fù)雜度相對較 低。中值濾波算法計算公式為g(i，j) = Med{f(i-k, j-1)，(k，1) e ff}(2)其中g(shù)為處理后圖像，f為待處理原圖像。W為二維模板，選擇模板滑動窗口大小 為3X3的中值濾波算法，其計算過程為首先將模板中心放在圖像的第1行第1列位置，接著對模板范圍內(nèi)的9個點按像 素灰度值進(jìn)行排序，然后以位置在最中間的點的灰度值替換當(dāng)前像素的灰度值，移動模板 到下一個像素點，循環(huán)進(jìn)行此過程，直到將所有覆蓋范圍內(nèi)的像素點都處理完畢，即可得濾 波后的圖像。b:圖像清晰化清晰化處理可以使在霧天、陰天等對比度較低、目標(biāo)模糊不清的環(huán)境下，使得圖像 變得清晰，以提供給監(jiān)控中心良好的圖像效果。清晰化算法采用非線性對比度展寬，非線性 對比度展寬的處理后的視覺效果很好，而且算法復(fù)雜度低。非線性對比度展寬的目的是把 在不良環(huán)境下所采集到的動態(tài)變化范圍較窄的圖像的動態(tài)變化范圍增大，來達(dá)到清晰化的 最終目的。按照下式對每個像素點進(jìn)行處理=(3)
y max J ram其中，g為對比度展寬后的灰度圖像，f為待處理原圖像。對圖4中不同天氣環(huán)境干擾下的圖片，經(jīng)過中值濾波和非線性對比度展寬清晰化 處理后，得到圖5處理后的效果。為了客觀定量評價處理效果，對處理前后圖像對比度進(jìn)行 計算并比較如表1所示。表1濾波及清晰化處理前后圖像對比度比較
9
權(quán)利要求
一種基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括依次通過無線連接的監(jiān)控終端(1)、無線網(wǎng)絡(luò)(2)、移動中心服務(wù)器(3)、Internet網(wǎng)絡(luò)(4)及監(jiān)控中心(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在 于，所述的監(jiān)控終端(1)包括DSP處理器模塊(6)，DSP處理器模塊(6)上分別連接有圖像 采集模塊(7)、存儲器模塊(8)、電源模塊(9)、網(wǎng)絡(luò)模塊(10)、GPRS模塊(11)及圖像顯示 模塊(12)。
3.一種基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在于，采用一種基于 DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為包括依次通過無線連接的監(jiān)控終 端(1)、無線網(wǎng)絡(luò)(2)、移動中心服務(wù)器(3)、Internet網(wǎng)絡(luò)(4)及監(jiān)控中心(5)，所述的監(jiān)控 終端(1)包括DSP處理器模塊(6)，DSP處理器模塊(6)上分別連接有圖像采集模塊(7)、 存儲器模塊(8)、電源模塊(9)、網(wǎng)絡(luò)模塊(10)、GPRS模塊(11)及圖像顯示模塊(12)，具體按照以下步驟實施步驟1 監(jiān)控終端(1)的圖像采集模塊(7)采集視頻幀數(shù)據(jù)，傳遞給DSP處理器模塊(6)；步驟2 :DSP處理器模塊(6)對得到的視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，一方面，進(jìn)行現(xiàn)場圖像 獲取，得到處理后的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流；另一方面，進(jìn)行現(xiàn)場狀況監(jiān)測，得到導(dǎo)線的舞動幅值、 覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo)線異常狀況信息；步驟3:數(shù)據(jù)無線發(fā)送，監(jiān)控終端(1)中的GPRS模塊(11)將步驟2得到的現(xiàn)場圖像 數(shù)據(jù)流、導(dǎo)線的舞動幅值、覆冰覆雪厚度變化情況及導(dǎo)線異常狀況信息依次通過無線網(wǎng)絡(luò) (2)、移動中心服務(wù)器(3)、Internet網(wǎng)絡(luò)(4)送到監(jiān)控中心(5)，提供給監(jiān)控人員經(jīng)處理過 的有效數(shù)據(jù)信息，或者將步驟2得到的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)流、導(dǎo)線的舞動幅值、覆冰覆雪厚度變 化情況及導(dǎo)線異常狀況信息依次通過無線網(wǎng)絡(luò)(2)、移動中心服務(wù)器(3)、Internet網(wǎng)絡(luò)(4)直接發(fā)送報警信息到監(jiān)控人員手機(jī)上，及時通曉監(jiān)控人員便于其采取相應(yīng)措施； 步驟4:數(shù)據(jù)接收與綜合管理，監(jiān)控中心(5)對個監(jiān)控終端(1)發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和綜合管理，得到圖像數(shù)據(jù)、處 理結(jié)果、輸電線路狀況參數(shù)、異常狀況的有效信息，進(jìn)行顯示、分析、存儲和管理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在 于，所述的步驟2中現(xiàn)場圖像獲取，具體按照以下步驟實施a 獲取參考幀圖像，從視頻采集模塊底層驅(qū)動中獲取完整的第一幀現(xiàn)場圖像作為參考幀Iref，并將其保存 在終端系統(tǒng)內(nèi)存中，同時將參考幀數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮后通過GPRS模塊(11)發(fā)送到監(jiān)控中心(5)，保存起來；b 計算當(dāng)前幀與參考幀的灰度差值，用后續(xù)采集到的每幀圖像I與參考幀圖像對應(yīng)位置像素值做差，用i，j分別表示圖像 中某一像素的橫縱坐標(biāo)，I (i，j)表示當(dāng)前幀圖像中位置(i，j)處像素的灰度值，Iref (i, j) 表示參考幀對應(yīng)位置的像素灰度值，得到當(dāng)前幀與參考幀圖像(i，j)位置處的像素灰度變 化量ΔΙ( , j)為ΔΙ( , j) = I(i，j)-Iref(i, j)；c 差值數(shù)據(jù)傳送，給定一個門限值ε，對滿足條件ΔΙ( ，j) > ε的像素點，即當(dāng)前圖像中相對于參考 幀相應(yīng)位置像素灰度值有較大變化量的點，將它們的位置和灰度變化量壓縮打包后傳送給 監(jiān)控中心(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DSP視頻處理技術(shù)的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在 于，所述的步驟2中現(xiàn)場狀況監(jiān)測，具體按照以下步驟實施 a:圖像去噪，采用中值濾波算法對采集到的視頻中的圖像幀進(jìn)行濾波處理，中值濾波算法計算公式為g(i，j) = Med{f(i-k, j-1)，(k，1) e ff},其中g(shù)為處理后圖像，f為待處理原圖像，W為二維模板，選擇模板滑動窗口大小為3X3 的中值濾波算法，其計算過程為首先將模板中心放在圖像的第1行第1列位置，接著對模板范圍內(nèi)的9個點按像素灰 度值進(jìn)行排序，然后以位置在最中間的點的灰度值替換當(dāng)前像素的灰度值，移動模板到下 一個像素點，循環(huán)進(jìn)行此過程，直到將所有覆蓋范圍內(nèi)的像素點都處理完畢，即得濾波后的 圖像；b:圖像清晰化，采用非線性對比度展寬，按照下式對每個像素點進(jìn)行處理J max J min其中，g為對比度展寬后的灰度圖像，f為待處理原圖像； C 目標(biāo)提取，圖像二值化采用自適應(yīng)迭代閾值二值化方法，具體按照以下步驟實施1)求出圖像中的最小、最大灰度值fmin，fmax，閾值初始值為Tk — (fmin+fmax)/2，迭代次數(shù)k初始值為0;2)根據(jù)閾值Tk將圖像分割成目標(biāo)和背景兩部分，分別計算兩部分的像素數(shù)N1,N2,以及 灰度平均值U1, U2,即分別用兩部分所有像素灰度值之和除以各自的像素總數(shù)；3)求出新的閾值Tk+1= (U^U2)/2 ；4)如果前后兩次計算出的閾值相等或迭代次數(shù)k>100，則轉(zhuǎn)到步驟5)；否則k = k+l， 轉(zhuǎn)到步驟2)；5)用Tk作為閾值對圖像進(jìn)行二值化處理； d 異常狀況檢測，當(dāng)導(dǎo)線靜止時記錄下導(dǎo)線在圖像中的位置和寬度，用后續(xù)每一幀圖像中導(dǎo)線的位置與 靜止時導(dǎo)線的位置做差并求絕對值，然后求出最大的差值，即得到導(dǎo)線的舞動幅值；采用對 后續(xù)幀中輸電線的寬度變化情況進(jìn)行比較，得到輸電線變粗細(xì)的變化情況，進(jìn)而檢測出覆 冰覆雪厚度變化情況，若導(dǎo)線的舞動幅值超出預(yù)設(shè)門限值或者連續(xù)監(jiān)測到導(dǎo)線直徑增大， 則自動判斷是否出現(xiàn)異常狀況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP視頻處理的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，設(shè)計了基于DSP的視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)，利用DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力，在監(jiān)控終端直接利用視頻圖像處理技術(shù)和相關(guān)算法，對現(xiàn)場采集到的輸電線路視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、清晰化、異常檢測等分析和處理，自動提取監(jiān)測場景輸電線路狀態(tài)的有效數(shù)據(jù)信息，僅將處理結(jié)果和有效數(shù)據(jù)信息傳送給監(jiān)控中心，并能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r通過無線模塊發(fā)送報警信息到監(jiān)控中心或者監(jiān)控人員手機(jī)上，以便及時采取相應(yīng)的措施。這樣在大大減小了傳輸數(shù)據(jù)冗余、提高監(jiān)測系統(tǒng)實時性的同時，又能夠提供給監(jiān)控人員實時有效的現(xiàn)場信息，減輕了監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)了實時、有效的智能化監(jiān)控。
文檔編號H04N7/18GK101977304SQ201010522839
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者任海鵬, 馬展峰 申請人:西安理工大學(xué)