[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

说明书

技术领域

本发明专利涉及图片处理技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

近年来输电线路舞动事件频繁发生，因舞动造成的输电线闪络、断线、杆塔倒塌、金具损坏等事故严重危害电力系统的稳定运行，造成了巨大的经济损失，因此对输电线路进行实时在线监测，及时发现故障，及时预防和治理有着重大的意义。

随着图像处理技术的发展和应用，通过智能视频监测并判断输电线路舞动状况的方法开始被研究，但目前该方法还停留在通过人工查看输电线路舞动视频判断输电线舞动状态的阶段，只能进行定性的观察，无法得到精确参数，难以实现智能化监测。

采用基于智能视频的输电线路在线监测技术能够实时监测输电线路舞动状况，具有实时性强、精确度高并且监测范围广等优点。它是通过对输电线路舞动视频图像进行智能化处理，根据获取的特征参数分析输电线路舞动程度，对较为严重的舞动情况进行预警。目前国内关于此方面的专利十分稀少，中国专利“高压输电线舞动的识别方法”（申请号：201210584044.4）提出跟踪高压输电线上固定点的摇摆轨迹来监测输电线路舞动情况，方法简单，但该方法受环境影响较大，固定点的检测跟踪容易受到环境噪声干扰导致检测结果不准确；中国专利“一种基于视频差异分析的输电线路导线舞动测量方法”（申请号：201110054088.1）提出利用光流算法实现输电线舞动测量，适用性强，但该方法计算量较大，图像处理时间较长，难以实现输电线路舞动的实时在线监测。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种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，方法简单，计算量小。通过二次多项式函数拟合舞动输电线轮廓的像素点，根据拟合函数分析输电线舞动情况，受环境干扰较小，去噪能力和适应性较强。提出了二值化阈值计算方法，避免了手动选取阈值的局限性。

本发明的一种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，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。

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。其中滤波模板的大小可以根据图像分辨率来设定。

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。

由于输电线近似直线的特性，基于线型特征模板的帧差法对其灰度值变化的影响较小，而对图像中非目标物体的灰度值变化有着良好的抑制作用，因此该方法能够适当的消弱噪声并较好的保留输电线轮廓特征。

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；