[发明专利]基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法

权利要求书

1.基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：通过高清摄像头采集输电线路舞动视频，并将相关视频图像通过远程无线传输模块传给监控中心进行处理；

步骤2：监控中心按照视频播放顺序依次提取输电线路舞动视频中的图像帧，前一帧图像作为原始图像，后一帧图像作为对比图像，此后每提取一帧图像都和前一帧图像组成两张相邻图像；

步骤3：对两张相邻图像分别进行灰度化处理和基于线型特征模版的均值滤波处理；

步骤4：通过基于线型特征模板的帧差法计算两张相邻图像的差分图像；

步骤5：根据提出的二值化阈值计算方法计算二值化分割阈值，对所得差分图像进行二值化处理，将输电线轮廓以二值图的形式显示；

步骤6：对二值图像进行适当形态学闭运算处理，平滑输电线轮廓特征；

步骤7：应用曲线函数拟合输电线轮廓，求出符合输电线轮廓像素坐标分布的拟合函数；

步骤8：对拟合函数进行参数分析，计算输电线路舞动的幅值、频率及输电线弯曲程度。

2.根据权利要求1所述的基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述的步骤3中的线型特征模板是根据输电线在较短区间内近似直线的特点，将常用的正方形均值滤波模板改为直线形状或近似直线形状的滤波模板。

3.根据权利要求1所述的基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述的步骤4中的基于线型特征模板的帧差法是用步骤2所述类型的模板分别遍历两张相邻图像，用模板所覆盖像素的灰度平均值代替中心像素灰度值，然后将处理后的两张图像的对应坐标的像素灰度值做差取绝对值，求得差分图像。

4.根据权利要求1所述的基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述的步骤5中的二值化阈值计算方法,具体包括以下步骤：

步骤A：按照所安装摄像头距离输电线的距离预估所拍摄输电线轮廓的像素数量占整张图像像素数量的比例p%-q%，并根据估计比例计算输电线轮廓的像素数量范围为c-d，其中p%为最小估计比例，q%为最大估计比例，c为图像总像素个数乘以p%，d为图像总像素个数乘以q%；

步骤B：遍历差分图像中灰度值不为零的像素，并将不同灰度值对应的像素个数按照灰度值从大到小的顺序放入可变数组中；

步骤C：按照灰度值从大到小的顺序判断可变数组中第c个像素和第d个像素的灰度值，假设灰度值分别为c₁和d₁；

步骤D：判断当d₁<=10时，阈值取c₁；d₁>10时，判断c₁与d₁的差值h，如果h<=5，阈值取c₁；如果5<h<=15，阈值取c₁-h/4；如果15<h<=25，阈值取c₁-h/3；如果h>25，阈值取c₁-h/2，其中对于计算出的非整数阈值按照四舍五入的方法求其整数阈值作为二值化阈值。

5.根据权利要求1所述的基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述的步骤7中的用曲线函数拟合输电线轮廓是将所求得输电线轮廓图像的最左上角视为坐标原点，将像素点的行列坐标分别视为变量y和变量x，然后用二次多项式函数拟合所有输电线轮廓像素点，求出关于变量y和变量x的二次多项式函数。

6.根据权利要求1所述的基于改进帧差法的输电线路舞动特征提取及参数分析方法，其特征在于，所述的步骤8中的对拟合函数进行参数分析，具体包括以下步骤：

步骤A：计算在设定时间t内所求得的所有二次多项式函数的极值点坐标（x，y），并在极值点坐标（x，y）中寻找y坐标的最大值和最小值，求出y坐标的最大值和最小值的差值h1，h1即为时间t内舞动输电线在图像上的最大纵向幅值；

步骤B：根据输电线舞动轨迹最低点成像原理，由三角形相似原理有公式：

df=h2h1]]>

其中h₂为输电线舞动的实际纵向幅值，h₁为映射在图像上的输电线舞动的纵向幅值，f为摄像机的焦距，d为摄像机光心距离舞动输电线的水平距离，根据实际情况可以确定f和d的值，然后根据上述公式计算出输电线舞动的实际纵向幅值h₂；

步骤C：忽略输电线在风激励作用下产生的微小形变，从输电线杆塔的位置沿输电线方向观察其最低点的运动轨迹，可以近似为一个圆形,根据勾股定理能够得出公式：r²=h₂²+z²，其中r为轨迹圆的半径，其实际长度可以近似为输电线的实际弧垂，h₂为计算出来的实际纵向舞动幅值，根据上述公式可以计算出输电线的实际横向舞动幅值z；

步骤D：按照视频图像的时间顺序遍历所求出二次多项式函数的极值点的y坐标，找到y坐标峰值最大的相邻的两个点，并记录两个点之间（包括两个点）的所有极值点数量n，则一个周期内的图像帧数为n+1；

步骤E：根据所用摄像机1秒钟拍摄的照片数量m，计算输电线舞动的频率f为：

f=1T=1n+1m=mn+1]]>

为了减小计算误差，可以重复步骤D、E，求取多个周期的频率平均值作为输电线舞动的实际频率；

步骤F：计算在一个周期内弯曲程度最大，即二次项系数的绝对值最大的二次项函数的极值点处的曲率，曲率计算公式如下：

K=dads=y"1+y'23/2]]>；

步骤G：设定横向幅值、纵向幅值、舞动频率和最大曲率的限值，判断横向幅值、纵向幅值、舞动频率和最大曲率值是否超过限值并对超过设定限值的舞动状况进行预警。