[发明专利]基于图像处理的输电线路覆冰厚度测量算法

说明书

技术领域

本发明属于输电线路监测系统，具体设计到基于图像处理的输电线路覆冰厚度测量算法。

背景技术

受大气候、微地形和微气象条件的影响，我国成为遭受覆冰灾害最严重的国家之一，冰灾事故频繁发生，覆冰引起事故的直接原因都是大范围、长时间的低温、雨雪冰冻天气，但同时也反映出电网抵御恶劣气候能力不足，缺乏在第一时间掌握线路运行情况的手段，因此对输电线路覆冰在线监测的研究有着重大的现实意义。现在的输电线路覆冰在线监测方法主要有2种。第1种是通过监测导线覆冰前后重量的变化，绝缘子倾斜角度以及环境风速等气候条件，利用导线覆冰厚度计算模型得到当前线路的覆冰厚度。由于这种方法需要现场安装力学传感器，不仅改变了原有的力学结构，而且需要对力学传感器进行机械强度、疲劳破坏等性能测试，因而应用受到了限值。第2种是在杆塔上安装视频监控系统，通过视频图像观察现场覆冰情况，这种方法虽然将现场的情况直接地展现给工作人员，但是只能通过人眼判断覆冰而不能实现对覆冰的定量分析。

为了适应智能化电网建设的要求，将视频监控装置拍摄的现场图像利用图像处理技术进行定量地计算导线及绝缘子的覆冰厚度，当覆冰厚度超出规定的安全范围时，自动进行报警，提示相关部门及时采取除冰措施，从而保证电力系统安全运行。

发明内容

本发明的目的是通过图像处理技术计算到输电线路覆冰厚度，提出了基于图像处理的输电线路覆冰厚度测量算法。本发明的具体步骤如下：

步骤1：摄像机标定

摄像机标定是测量输电线路覆冰厚度的必要过程，标定过程是确定摄像机的几何和光学参数以及摄像机相对于世界坐标系的方位。摄像机标定的过程如下：

步骤1.1 选择合适的标定板之后，创立描述标定板的行数和列数、外框的几何尺寸、方向标记和圆形标志的半径等信息的描述文件；

步骤1.2 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等算法提取目标板的特征，确定容易确定的标志点及其图像中投影的关系；

步骤1.3 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；

步骤1.4 通过以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。

步骤2： 图像灰度化

输电线路现场采集到的图像大多是彩色图像，需要将其转换成灰度图像，计算公式见（1）

Y=0.299R+0.587G+0.114B                             （1）

其中R,G,B分别为红色分量值、绿色分量值和蓝色分量值。

步骤3：图像增强

图像增强用于消除各种可能在图像采集、量化等过程中或图像传送过程中产生的干扰和噪音。本发明采用灰度直方图进行图像增强，具体步骤如下： 

1）统计图像中灰度均值和其方差，得到满足[μ-3δ, μ+3δ]的灰度范围；

2）根据以上范围得出该范围内的最大值F_max和最小值F_min；

3）统计范围内有效灰度级的个数，将最大值F_max映射为255，最小值F_min映射为0，其他有效灰度级按等距离重新排列构成新的直方图；

4）根据新得到的灰度直方图将原始图像的像素映射到新的灰度值上；

5）采用中值滤波器对图像进行处理。

步骤4： 图像分割

由于输电线路覆冰前后的图像背景有很大差别，因此必须要将输电线路从图像中提取出来。本发明采用模糊算法进行图像分割，具体算法如下：

1） 选择初始的主隶函数μ_I(x,y) 

[0034]给定初值T，则初始的主隶属函数为：