[发明专利]一种“模拟‑真实”平行结构的绝缘子定位软识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉科学技术领域，特别涉及一种“模拟-真实”平行结构的绝缘子定位软识别方法。

背景技术

随着智能电网的发展，利用图像处理技术对目标设备进行识别和定位已成为关键技术。绝缘子是输电线路中的重要元器件，由于常年暴露在自然环境中，受雷击等因素影响，极易损坏。据统计，电力系统故障率排在首位的就是由于绝缘子断裂而引发的事故。因此对绝缘子进行定期检测，及时发现绝缘子故障就变得非常重要，而对绝缘子精确定位是进行故障检测的前提。

文献中报告绝缘子定位方法主要分为四大类:(1)基于边缘检测的定位。因为航拍图像背景非常复杂，包含输电线、杆塔、防震锤等多个目标，使得边缘检测算法的定位精度受到影响。(2)基于图像匹配的方法。这种算法在纯净背景下的定位准确性高，但存在杆塔等伪目标时容易误检。(3)基于阈值分割的方法。这种方法不通用，容易受与绝缘子相近的其他目标的干扰。(4)基于纹理特征的定位。该定位方法计算复杂度高，实时性差。

在人类的视觉认知机理方面，人类往往会对某一物体在思维中进行建模，构造其立体形象。通过大脑的三维建模能力，可以适应多角度、多尺度的目标识别，并在真实目标识别的过程中，大脑对于模拟与真实特征进行反馈比较，实现对目标的准确识别。

综上所述，本发明的基本思想即源于此认知机理，并借鉴控制工程领域中软测量的概念和平行系统理论，构造实现软识别的“模拟-真实”平行结构。

软识别——基于表面图像的软识别方法是在结构分析的基础上，建立目标结构模型并生成模拟图像样本，确定图像表层特征(称为主导特征)与目标结构形态之间的数学关系，定义深层特征并作为评价依据，从而实现对目标的识别。

“模拟-真实”平行结构——通过结构建模构建大量优质、全面的绝缘子模拟图像，以此图像样本作为模拟训练样本，对基于真实航拍图像样本确定的特征值进行参数确定和反馈校正，进而得到更准确的绝缘子特征参数。

本发明提出了“模拟-真实”平行结构的软识别方法，在特征提取过程中增加由三维模型生成的模拟二维图像样本，克服了一般绝缘子定位方法中绝缘子定位精度不足，提高定位精度。本发明的绝缘子定位可以用于电网巡检、绝缘子状态检测和故障诊断等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种“模拟-真实”平行结构的绝缘子定位软识别方法，采用结构建模技术建立各类绝缘子结构模型，获得绝缘子优质模拟图像，将此图像作为模拟训练样本，提取绝缘子空域形态特征；提取真实航拍绝缘子图像空域形态特征；构建“模拟-真实”平行结构的软识别系统，根据先验知识提出绝缘子空域特征，并利用所提取的绝缘子特征对所提空域特征进行测试优化和反馈校正，获得绝缘子空域形态一致性特征描述与定义，利用该一致性特征实现绝缘子精确定位。

为了实现上述目的，本发明提供一种“模拟-真实”平行结构的绝缘子定位软识别方法，包括步骤：

建立各类绝缘子结构模型，得到海量的绝缘子模拟图像；

将绝缘子模拟图像作为模拟训练样本，提取模拟绝缘子图像空域形态特征；

获取真实航拍绝缘子图像；

获取真实航拍绝缘子图像空域形态特征；

根据先验知识定义通用绝缘子图像空域特征；

利用模拟绝缘子空域形态特征和真实航拍绝缘子图像空域形态特征对通用绝缘子图像空域特征进行测试优化和反馈校正，得到绝缘子空域形态一致性特征；

利用绝缘子空域形态一致性特征精确定位绝缘子。

可选的，采用结构建模技术通过3DMAX软件建立各类绝缘子结构模型，得到海量的绝缘子模拟图像。

可选的，提取模拟绝缘子图像空域形态特征包括对绝缘子模拟图像分别沿水平方向和垂直方向进行二值像素累积投影，将图像矩阵转换为投影曲线；投影曲线中定义9个表征绝缘子串空域形态特征的描述子，包括垂直投影曲线中定义的波峰个数、波峰值方差、波峰位置间距方差、波谷个数、波谷值方差、波谷位置间距方差和水平投影曲线中定义的波峰值、波峰宽度与相邻两波峰值之差。

可选的，提取真实航拍绝缘子图像空域形态特征包括对真实航拍绝缘子图像分别沿水平方向和垂直方向进行二值像素累积投影，将图像矩阵转换为投影曲线；投影曲线中定义9个表征绝缘子串空域形态特征的描述子，包括垂直投影曲线中定义的波峰个数、波峰值方差、波峰位置间距方差、波谷个数、波谷值方差、波谷位置间距方差和水平投影曲线中定义的波峰值、波峰宽度与相邻两波峰值之差。