[发明专利]基于无人机的复合绝缘子缺陷检测系统

权利要求书

1.基于无人机的复合绝缘子缺陷检测系统，其特征在于，包括：

无人机，所述无人机用于对输电线路上的复合绝缘子进行巡检，拍摄复合绝缘子的图像信息，并将图像信息传输给地面监控站；所述无人机包括无人机本体、若干个均匀布设于无人机本体周侧的摄像头、GPS模块、电源模块以及无线通信模块；

若干个地面接收站，用于与无人机进行通信，读取无人机飞行状态数据和巡检结果数据，并与无人机进行时钟同步，将采集到的图像信息发送给数据处理平台；

数据处理平台，用于读取若干个地面接收站的无人机的飞行状态信息和巡检结果数据，并与地面接收站进行时钟同步；对巡检结果数据进行处理、缺陷诊断，并对缺陷诊断出的缺陷进行管理，能够手工对复合绝缘子的缺陷进行标识和编辑；

缺陷显示平台，用于对所述GPS模块获取的地理位置及相应位置复合绝缘子的缺陷进行显示及报警；

所述数据处理平台，包括数据储存模块与数据处理模块；

所述数据处理模块包括样本过滤单元、绝缘子区域提取单元、绝缘子特征提取单元和绝缘子缺陷识别单元；所述样本过滤单元用于从样本数据库单元存储的绝缘子缺陷样本图像中过滤出限定数量的绝缘子缺陷样本图像用于缺陷识别；所述绝缘子区域提取单元用于提取出复合绝缘子图像中的绝缘子区域；所述绝缘子特征提取单元用于对绝缘子区域中的绝缘子特征进行提取；所述绝缘子缺陷识别单元用于根据所述限定数量的绝缘子缺陷样本图像对所述绝缘子特征进行分析，从而对绝缘子区域中的绝缘子的缺陷进行分类识别；

所述数据处理模块可用于对所读取到的巡检结果数据中复合绝缘子图像中的绝缘子进行缺陷识别，确定绝缘子存在缺陷的复合绝缘子图像并计算出绝缘子的缺陷类别，绝缘子存在缺陷的复合绝缘子图像为所述缺陷复合绝缘子图像；所述数据储存模块用来储存所述地面接收站发送过来的复合绝缘子图像以及储存所述缺陷复合绝缘子图像、图像特征以及缺陷类别；

所述数据储存模块包括待测数据库单元和样本数据库单元；样本数据库单元用来储存所述绝缘子中的所述缺陷复合绝缘子图像、图像特征以及对应绝缘子缺陷类别；待测数据库单元可用于储存地面接收站发送过来的复合绝缘子图像；其中，样本数据库单元还用于储存通过人工录入的所述缺陷复合绝缘子图像、图像特征以及缺陷类别；

所述样本过滤单元还用于将所述限定数量的绝缘子缺陷样本图像按缺陷类别进行分类集合；

所述绝缘子区域提取单元用于将所述待测数据库单元中的复合绝缘子图像提取出来，对所述复合绝缘子图像进行分割，得到所述复合绝缘子图像中的绝缘子区域，具体包括：

(1)通过一定大小的滑动窗口在复合绝缘子图像上进行窗口分割，获得对应于复合绝缘子图像的矩形块集合K，计算矩形块集合K中矩形块j对应的局部区域平均灰度值GQ(j)以及矩形块j的平均显著性GP(j)；

(2)由上述矩形块集合K中矩形块j的局部区域平均灰度值GQ(j)和平均显著性GP(j)以及绝缘子区域与背景区域的先验差异特征对绝缘子区域进行粗定位，也就是依先验差异特征对每个矩形块j进行判别，判别其属于绝缘子区域还是背景区域，其中背景区域为复合绝缘子图像中不含有绝缘子的图像区域；

(3)剔除所有不属于绝缘子区域的矩形块，将所有属于绝缘子区域的矩形块j合并，统计剩余属于绝缘子区域的矩形块的数目K₁，然后计算绝缘子区域的中心位置，公式为：

式中，j＝1，2，...，K₁；(x₀，y₀)为将属于绝缘子区域的矩形块j合并后的区域的中心位置坐标；

(4)利用绝缘子区域的先验边缘信息进行修正，并通过绝缘子区域的边缘信息来确定相对于绝缘子区域的中心位置的长、宽偏移量，以此确定绝缘子区域；

(5)对待测图像进行分割，从待测图像中提取出绝缘子区域；

矩形块j的局部区域平均灰度值GQ(j)以及的平均显著性GP(j)的计算公式为：

式中，g(u，v)代表矩形块j中的一点(u，v)的灰度值，其中u∈[(j-1)c，jc]，v∈[(j-1)b，jb]，c为矩形块j的长；b为矩形块的宽；θ，为设定的平衡因子；k₁，k₂为根据矩形块大小设置的尺度因子；n为与矩形块j邻接的矩形块数目；其中，(x_i，y_i)代表与矩形块j邻接的第i个矩形块的中心点坐标；(x_j，y_j)代表矩形块j的中心点坐标；h(x_i，y_i)代表矩形块i中心点灰度值；h(x_j，y_j)代表矩形块j中心点的灰度值；Δs_ij为矩形块j与所述第i个矩形块之间的欧氏距离；

对矩形块i进行判别的判别公式为：

式中，v(j)代表矩形块j的中心到待测图像中心的几何距离，λ，μ为分配的权重系数，而参数α则是根据绝缘子区域与背景区域的先验差异特征确定的判别因子；β为考虑到n过大时避免出现属于绝缘子区域的孤立矩形块的限制常数；doug(j)为判别结果，当值为1时，矩形块j属于绝缘子区域；

绝缘子区域的中心位置的长、宽偏移量的计算公式为：

式中，m_x为绝缘子区域的中心位置横向的长偏移量；n_y为绝缘子区域的中心位置纵向的宽偏移量；e1为绝缘子区域的横向边缘的像素数；e2为绝缘子区域的纵向边缘的像素数；p_x(x，y)为绝缘子区域的横向边缘的像素点的灰度值；p_y(x，y)为绝缘子区域的纵向边缘的像素点的灰度值。