[发明专利]一种无人机巡检航拍复杂背景影像中绝缘子的提取方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感影像技术领域，尤其是涉及一种无人机巡检航拍复杂背景影像中绝缘子的提取方法。

背景技术

输电线路是国家电网中一个重要的组成部分，主要承担电能的输送，其中超高压输电线作为电网的主干线路，对电网的安全、可靠运行起着至关重要的作用，直接影响国民经济的稳定发展。大多输电线都暴露在户外环境中，长期经历着风吹日晒、雨雪、电闪雷击、污移及沉陷等外界环境的侵害，同时还承受着电力负荷和机械载荷的内部压力。上述因素都会造成输电线部件不同程度的老化甚至破损，若不能及时发现和消除这些输电线中的隐患，就可能给输电环节带来更大危害，对国家电网的安全运行构成严重的潜在威胁。因此，定期检查输电线是一项有效保证输电线安全、正常输送的重要工作，是国家电网对电能的可靠供应和安全传输的基础和前提。

传统人工定期检修和事后维修输电线的检修模式，很难满足高压输电线日常的维修要求，对国家电网的安全运行造成巨大隐患，已难以满足我国当今输电网的发展要求。直升飞机巡线的技术在我国发展至今已有20多年，电力部门对直升机巡线检测技术进行了大量的实验研究，一些电力部门也开展了直升机巡线的应用。直升机巡线数据采集中，多采用红外摄影仪、数码摄像机、高分辨望远镜、可见光录像机等设备作为观测工具。利用直升机巡检电网，不仅可以消除人工高空作业存在的危险，而且飞机的全方位拍摄检测效果比人工检测更加全面，可以及时发现问题并将它解决。

绝缘子是架空输电线路的重要组成部分，其作用是支撑导线和防止电流回地。由于绝缘子要长期经受风吹、日晒、雨淋，再加上自己身机械疲劳，因此绝缘子出现破碎，裂缝等损伤，使绝缘子不能正常的发挥作用。利用直升机巡线方式可以每小时采集到数百兆的图像视频数据，在识别、判断输电线图像数据过程中，如果工作人员采用肉眼方式判断图像中是否存在异常现象，将会需要大量的人力物力财力，并且人工判读时间一长，容易引起视觉疲劳，易发生误判或漏判情况，难以准确发现输电线路存在的安全隐患。因此利用图像处理的方法和模式识别的方法，从影像中快速识别出绝缘子是发展的必然趋势。目前在阈值分割法提取绝缘子的过程中，仅仅利用HSI彩色空间中的某一变量来作为分割的基础，并不适用于绝大部分绝缘子。采用单纯的光谱特征进行遥感影像分类容易产生同物异谱现象，例如绝缘子和电力塔的颜色相似并且背景复杂，那么在部分情况中利用光谱特征来分割出绝缘子的效果不太理想。正是在这种背景下，针对无人机拍摄影像中绝缘子的识别进行了相关研究。

发明内容

针对现有许多绝缘子提取算法多是针对于简单背景下进行的问题，本发明提供了一种无人机巡检航拍复杂背景影像中的绝缘子提取方法。

本发明所采用的技术方案是：一种无人机巡检航拍复杂背景影像中绝缘子的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对原始遥感影像进行颜色空间转换，将RGB影像转换成HSI影像，对转换后的HSI影像提取S变量，利用二维OSTU阈值分割法对S变量二值影像进行处理，得到土壤二值图；

步骤2：对原始遥感影像进行处理，得到植被二值图；

步骤3：利用二维OSTU阈值分割法对原始遥感影像进行处理，得到分割后的初步的绝缘子二值图；

步骤4：根据电力塔在原始影像中具有光谱显著性，通过光谱值分割提取电力塔二值图；

步骤5：根据土壤二值图、植被二值图和电力塔二值图，去除初步的绝缘子二值图中的土壤、植被和电力塔，得到粗绝缘子二值图；

步骤6：对粗绝缘子二值图进行连通域主方向标记；首先计算每个连通域像素的像元形状指数，经过统计后得到该连通域主方向；然后利用主方向及像素的形状指数计算得到该连通域的主轴像素，并将其像素坐标保存；遍历像素坐标的每个主轴像素，在主轴像素上做一条垂直于主方向的法线，将法线与连通域相交的最远距离保存；

步骤7：根据航拍中绝缘子的大小特性，若步骤6中得到的最远距离存在大于60或者小于10的元素，就将连通域去除；

步骤8：对步骤7中得到的最远距离做进一步处理；根据航拍中绝缘子的形状特性，求取最远距离的平均值，再将最远距离的每个数值与平均值相减，该处理使得绝缘子的齿轮特征更加显著；

步骤9：对步骤8中经过进一步处理后的最远距离进行统计，计算相邻的当前最远距离大于或等于0，而下一个距离小于0的距离长度，如果相同的距离长度积累次数出现大于3，则可以判定该连通域为绝缘子，最终得到精确的绝缘子二值图。

作为优选，步骤2中是利用Ecognition软件中RGB植被提取公式，对原始遥感影像进行处理。