[发明专利]一种基于同心圆检测的导线舞动监测方法

权利要求书

1.一种基于同心圆检测的导线舞动监测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1、将同心圆形态物固定在输电导线上；

步骤2、在电力铁塔或塔基上安装摄像机，用于获取含有所述同心圆形态物的视频图像集合记为T＝{T₁,T₂,…,T_i,…T_N}，T_i表示第i帧图像；i∈[1,N]，N表示总的图像帧数；

步骤3、对含有同心圆形态物的视频图像集合进行处理，检测目标同心圆，并计算其中心坐标；

步骤3.1、初始化i＝1；

步骤3.2、将第i帧图像T_i从RGB色度图转化成第i帧GRAY灰度图；

步骤3.3、对第i帧GRAY灰度图进行中值滤波处理，得到去噪后的第i帧灰度图；

步骤3.4、对去噪后的第i帧灰度图进行二值化处理，得到第i帧二进制图像T_i′；

步骤3.5、利用图形扩张修复算法修复图像缺损；

定义模板E为带参考点的正方形或圆形；将模板E与所述第i帧二进制图像T_i′进行卷积处理，计算所述模板E在第i帧二进制图像T_i′中覆盖区域的像素点最大值，并将所述像素点最大值赋值给参考点在第i帧二进制图像T_i′上所覆盖的像素，从而得到修复后的第i帧二进制图像T_i″；

步骤3.6、定义第i帧图像T_i中最终检测到的目标同心圆个数为m_i，并初始化m_i＝0；

步骤3.7、提取修复后的第i帧二进制图像T_i″中的轮廓点，并形成n个闭合区域，每一个闭合区域称为一个连通域，所有连通域记为第i个连通域集合表示第i帧二进制图像T_i″中的第r个连通域；

步骤3.7.1、初始化r＝1；

步骤3.7.2、绘制第r个连通域的最小外接矩形

步骤3.7.3、根据式(1)计算第r个连通域在其最小外接矩形中的填充率

式(1)中，是第r个连通域的面积，是第r个连通域的最小外接矩形的面积；

步骤3.7.4、利用式(2)判断第r个连通域是否为候选同心圆；若满足式(2)，则保留第r个连通域作为候选同心圆，并执行步骤3.7.5；否则，将第r个连通域剔除后，执行步骤3.7.7；

式(2)中，μ_i为修复后的第i帧二进制图像T_i″的填充率容限系数；

步骤3.7.5、根据式(3)计算第r个连通域的最小外接矩形的长宽比

式(3)中，是第r个连通域的最小外接矩形的长度，是第r个连通域的最小外接矩形的宽度；

步骤3.7.6、根据式(4)判断第r个连通域是否是目标同心圆；若满足式(4)，则表示第r个连通域是目标同心圆，将m_i+1赋值给m_i；否则，将第r个连通域剔除；

SC_i∈[1-ν_i,1+ν_i] (4)

式(4)中，ν_i为修复后的第i帧二进制图像T_i″的长宽比容限系数；

步骤3.7.7、将r+1赋值给r，判断r＞n是否成立；若成立，则表示在修复后的第i帧二进制图像T_i″中得到m_i个连通域所对应的目标同心圆，执行步骤3.8；否则，返回步骤3.7.2；

步骤3.8、利用式(5)、式(6)和式(7)所示的博弈容限系数策略对修复后的第i帧二进制图像T_i″的填充率容限系数μ_i和长宽比容限系数ν_i进行动态调整，得到第i+1帧二进制图像T_i+1″的填充率容限系数μ_i+1和长宽比容限系数ν_i+1；

μ_i+1＝μ_i+I(·)·Θ_μ (5)

v_i+1＝v_i+I(·)·Θ_ν (6)

式(5)、式(6)和式(7)中，Θ_μ是填充率容限系数增量，Θ_ν是长宽比容限系数增量，I(·)是关于第i帧图像T_i中目标同心圆个数m_i的符号函数；T为同心圆形态物本身包含的圆的个数；

步骤3.9、计算同心圆的中心；

分别将修复后的第i帧二进制图像T_i″中m_i个目标同心圆所对应的连通域的最小外接矩形的中心作为标志物的中心，从而得到m_i个中心坐标其中，(x_f,y_f)表示修复后的第i帧二进制图像T_i″中第f个同心圆的中心坐标；f∈[1,m_i]；

利用式(8)得到修复后的第i帧二进制图像T_i″中所有目标同心圆的中心坐标的平均值并作为修复后的第i帧二进制图像T_i″对应同心圆标志物的中心坐标，记为

步骤3.10、将i+1赋值给i，判断i＞N是否成立；若成立，则表示得到修复后的N帧二进制图像所对应的同心圆标志物的中心坐标集合并执行步骤4；否则，返回步骤3.2；

步骤4、计算导线舞动的轨迹；

采用滤波算法对中心坐标集合进行平滑处理，从而得到导线舞动轨迹(X,Y)；

步骤5、计算导线舞动的最大幅度；

计算所述导线舞动轨迹(X,Y)的所有坐标点与同心圆形态物的基准坐标(x₀,y₀)之间的欧式距离，并选择最大距离作为导线舞动的最大幅度；

步骤6、计算导线舞动的主频率；

采用快速傅里叶变换对导线舞动轨迹(X,Y)的的所有坐标点进行数据处理，得到坐标变化的主频，并作为导线舞动的主频率；从而实现导线舞动的监测。