[发明专利]基于视频差异分析的输电线路绝缘子覆冰厚度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于数字视频图像处理及输电线路在线监测技术领域，涉及一种覆冰厚度测量方法，具体涉及一种基于视频差异分析的输电线路绝缘子覆冰厚度测量方法。

背景技术

输变电系统中，输电线路覆冰现象十分普通。覆冰可能引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塔及绝缘子闪络等重大事故，严重威胁着电力系统的安全运行。随着科技的快速发展，覆冰的在线监测方法也得到了发展，目前主要有两种绝缘子覆冰检测方案：(1)通过巡视人员现场观测记录气象信息及覆冰情况。但由于输电线路覆冰所处地区人烟稀少、交通不便，极大地增加了巡视人员的劳动强度；另外，输电线路覆冰情况受局部微地形影响大，这样也降低的监测结果的时效性和准确性；(2)通过在线路上安装测量张力、重量、气候等参数的传感器，实现覆冰监测。但是张力、重量与覆冰状况之间的对应关系不明确，缺少直接判断依据，很难判断覆冰的冰厚、冰量、绝缘子覆冰类型等情况，而且传感器的安装也不方便，因而应用受到限制。本发明以安装在输电线路杆塔上的摄像机采集到的现场图像为研究对象，通过对现场图像进行一系列图像处理后，识别并计算输电线路绝缘子的覆冰厚度，该方法能够实现超限报警，为输电线路覆冰监测提供了一种经济、直观又简单的手段，对保证电力系统的安全运行有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视频差异分析的输电线路绝缘子覆冰厚度测量方法，解决了现有绝缘子覆冰监测方法巡视人员劳动强度高、传感器安装不方便的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于视频差异分析的输电线路绝缘子覆冰厚度测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：通过安装在杆塔上的摄像机采集输电线路的图像信号，将采集到的图像信号无线传送至监控中心，监控中心从图像信号中获取所监测的输电线路现场的数字图像，得到监测目标图像；

步骤2：对摄像机进行标定，确定世界坐标系中已知点与它们在投影图像中的对应关系；

步骤3：对步骤1得到的监测目标图像进行预处理；

步骤4：对步骤3得到的预处理后的图像进行模板匹配；

步骤5：在步骤4确定的算法处理区域中利用图像分割将绝缘子分割出来；

步骤6：通过计算步骤5中分割出的绝缘子的边界距离判断是否覆冰；

步骤7：计算步骤6提取得到的绝缘子覆冰前后边界之间的距离，这两个距离之差便是绝缘子的覆冰厚度。

本发明的特点还在于，

其中步骤2中的摄像机标定，具体按照以下步骤实施：

1)选择合适的标定板，创立描述标定板行数和列数、外框的几何尺寸、方向标记、圆形标志的半径的描述文件；

2)利用标定板的特点，通过阈值分割、边缘提取、最小化代数误差拟合算法提取目标板的特征，确定容易确定的标志点及其与图像中投影的关系；

3)确定标定板上圆形标志点的二维坐标，并得到摄像机外部参数的初始值；

4)通过提供的初始参数为初始值，进行优化搜索获得误差最小化的过程，计算出摄像机的所有参数，记下标定结果。

其中步骤3中图像预处理，具体按照以下步骤实施：

首先将采集的输电线路RGB图像按下式转换成灰度图像：

Y＝0.299R+0.587G+0.114B，

上式中，Y为亮度，即RGB图像转换成灰度图像后对应像素点的灰度值；R、G、B分别表示红色分量值、绿色分量值和蓝色分量值；

其次对灰度图像进行图像增强，采用直方图均衡化对通过灰度化处理得到的图像进行处理；

最后采用中值滤波法对图像进行滤波。

其中步骤4中的模板匹配，具体按照以下步骤实施：

1)以未覆冰图像作为参考图像，从参考图像中选取含绝缘子生成模板，使用Canny滤波器处理模板和搜索图像，并计算出边缘上点的方向向量；

2)构建模板和搜索图像的图像金字塔，使用2*2均值滤波器平滑；

3)使用图像金字塔分层搜索，首先在图像金字塔最顶层遍历搜索进行相似性度量匹配，并返回潜在匹配点、匹配分值及其变换参数，将模板进行相应的变换；然后按照这些潜在匹配点匹配分值的大小依次跟踪到图像金字塔下一层潜在匹配点位置，在潜在匹配点5*5邻域将变换后的模板与搜索图像进行匹配，并返回潜在匹配点及其变换；重复此过程直至图像金字塔最底层匹配结束；

4)使用最小二乘法调整匹配参数，使其达到亚像素精度。