[发明专利]一种基于图像的覆冰检测和厚度估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种覆冰检测和厚度估计方法，尤其涉及一种基于图像的覆冰检测和厚度估计方法，它是对视频图像进行检测并获取轮廓信息，再结合摄像头本身的标定参数，分析并计算目标厚度的方法。此方法可用于部分复杂背景和目标在视频图像中存在较大位移的情况。

背景技术

在输电线路系统中，保障输电线的安全可靠是保证供电系统稳定的一个重要工作。在冰雪灾害下，过量的雪块或是雨水结冰覆盖在输电线路上，受其重力作用的影响，会将输电线压断，从而导致供电系统的瘫痪。针对这一现象，在冰雪灾害比较严重的区域往往会设立人工巡视岗位，通过人力实地检测输电线路覆冰情况，但是，考虑到输电线路分布的广泛性和灾害天气工作人员出行检测的不便利性，这项工作对于人力资源是一个巨大的挑战。所以，基于传感器的自动输电线覆冰监控监测显得极为重要。

经过对现有技术的文献检索发现，徐青松等人在《高电压技术》2007年第33卷第7期上发表的论文“输电线路弧垂的实时监测”提出了利用输电线在积雪堆积作用下本身在空中形成的弧垂进行检测计算，从而得出覆冰情况；龚坚刚等人在《电力建设》2010年第31卷第12期上发表的论文“输电线路覆冰的模拟导线实时监测”通过输电线路模拟导线的方法做到对覆冰情况的实时监测。但是，他们监视输电线路情况的方法均需要利用输电线覆冰后的物理特性，而且需要利用特殊的仪器来获取这些物理特性的数据值。考虑到架设这种仪器的费用和一些特殊情况的局限性，他们的方法在一定程度上并不适用广大规模的输电线实时监控。

与上述方法相对的是利用基于图像视频信息的方法来对输电线路进行实时监测。这类方法价格低廉，仅需要造价便宜的普通摄像头来完成。同时这种方法适应性也非常强，能够被安装在各种极端角落进行实时监测。经过对现有技术的文献检索发现，陆佳政等人在《高电压技术》2009年第35期第3卷上发表的论文“自适应分割阈值在覆冰厚度识别中的应用”利用了图像二值化的方法捕捉了覆冰电线的边缘信息，并通过霍夫变化估计了覆冰厚度情况；Wang等人在《高电压技术》2008年第34卷第12期上发表的论文“Study on Edge Extraction Methods for Image-based Icing On-line Monitoring on Overhead Transmission Lines”提出了利用小波变化可以更好的获取了覆冰线路边界条件的方法。然而，这些图像检测方法并没有考虑不同摄像头的参数对于厚度估计结果的影响，导致估计结果出现偏差。此外，这些方法也忽略了覆冰输电线在图像中移动的情况。当摄像头架设在输电线路附近并且固定时，由于积雪堆积的作用，输电线很有可能受其重力的影响而产生下垂，从而使得摄像头捕捉输电线路图像中输电线在图像中的位置产生位移。而这种因为位移而带来的厚度估计误差往往导致厚度估计结果出现巨大误差。

因此，以上种种存在的问题促使我们去寻找更加全面的覆冰检测和厚度估计算法。使其能够应对更加复杂的边缘检测环境和输电线位移之后的厚度估计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像的覆冰检测和厚度估计方法，该方法通过利用覆冰的颜色和位置等先验知识对输电线路的冰层边缘进行检测，提高了边缘检测的准确性和抵抗复杂背景干扰的能力。同时，结合摄像头的标定参数，更为精确地估计冰层的厚度。此外，考虑到输电线路因重力等因素而产生的空间位移，本发明引入自动追踪输电线移动的步骤，并结合标定参数自适应估计冰层厚度，从而解决输电线由于位移和透视等影响而导致的厚度估计误差。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于图像的覆冰检测和厚度估计方法，特征是：具体步骤如下：

A、利用架设好的摄像头获取一张没有冰雪覆盖的输电线图像作为系统初始参考图像，并提取其边缘轮廓信息。同时，针对该信息，计算未覆冰输电线的上下边界轮廓在图像中的平均纵坐标值；

B、基于标定好的摄像头参数和输电线的实际直径，结合步骤A中得到的未覆冰输电线的上下边界平均纵坐标值，计算摄像头与输电线平面之间的距离；

C、根据输电线初始位置设置初始追踪区域；并实时追踪输电线的上下边缘区域，从而保证在输电线移动或因覆冰而下垂时也准确检测并分割出输电线轮廓边界；

D、在步骤C中追踪得到的当前帧追踪区域内结合位置及颜色等先验知识提取边缘的二值化信息并寻找上下边缘轮廓；并计算当前帧的上下边界轮廓在图像中的平均纵坐标值；

E、结合摄像头标定参数和步骤D中得到的覆冰输电线边缘信息，估计覆冰厚度并判断是否覆冰。