[发明专利]基于矩形图像检测的导线舞动在线监测方法及装置

权利要求书

1.一种基于矩形图像检测的导线舞动在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在导线弧垂点安装标志物，所述标志物为黑色的矩形图案；

步骤2、在杆塔上架设红外夜视摄像机用于对所述标志物进行拍摄，从而获取含有所述标志物的视频图像集合并转化为灰度图集合记为T＝{T₁,T₂,…,T_t,…T_N}，T_t表示第t帧灰度图像；t∈[1,N]，t表示帧数，N表示总的图像帧数；

步骤3、识别所述灰度图集合T中的标志物，并计算标志物的中心坐标，得到中心坐标集合D；

步骤4、对所述中心坐标集合D进行平滑处理，从而得到导线舞动轨迹；

步骤5、令静止状态下所述标志物的中心坐标为(x₀,y₀)，以(x₀,y₀)作为监测导线舞动状态的基准，计算所述中心坐标集合D的所有中心坐标与基准坐标(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、判断所述最大幅度是否超过预设值，若超过，则进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于矩形图像检测的导线舞动在线监测方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1、初始化t＝1；

步骤3.2、获取所述灰度图集合T中前K帧灰度图像的同一位置像素点(x,y)的灰度值并进行升序排序后，舍弃第k帧到第K帧灰度图像的同一位置像素点(x,y)的灰度值，并对前k帧灰度图像的同一位置像素点(x,y)的灰度值求均值，从而生成像素点(x,y)的灰度均值A_t-1(x,y)，进而得到初始背景模型A_t-1；

步骤3.3、选取所述灰度图集合T中的连续两帧灰度图像T_t、T_t+1及初始背景模型A_t-1，利用背景差分法对灰度图像T_t和初始背景模型A_t-1进行处理，得到差分图像G_t；利用帧间差分法对两帧灰度图像T_t、T_t+1进行处理，得到差分图像Z_t；且所得到的两幅差分图像G_t、Z_t的目标像素用“1”表示，背景像素用“0”表示；

步骤3.4、根据两幅差分图像G_t、Z_t中同一位置的像素点是否为目标像素点，利用式(1)判断新的差分图像GZ_t中每个像素点是否为目标像素，从而得到新的差分图像GZ_t：

式(1)中，GZ_t(x,y)表示新的差分图像GZ_t中的像素点(x,y)，G_t(x,y)表示差分图像G_t中的像素点，Z_t(x,y)表示差分图像Z_t中的像素点(x,y)；若G_t(x,y)＝1，则表示为目标像素；若G_t(x,y)＝0，则表示为背景像素；若Z_t(x,y)＝1，则表示为目标像素；若Z_t(x,y)＝0，则表示为背景像素；

步骤3.5、根据背景模型A_t-1和第t帧灰度图像T_t，利用式(2)得到更新后的背景模型A_t：

式(2)中，β为更新参数；T_t(x,y)表示第t帧灰度图像T_t中的像素点(x,y)；A_t(x,y)表示更新后的背景模型A_t中的像素点(x,y)；

步骤3.6、利用式(3)对第t帧灰度图像T_t和背景模型A_t进行差分，得差分图像F_t：

F_t(x,y)＝|T_t(x,y)-A_t(x,y)| (3)

式(3)中，F_t(x,y)表示差分图像F_t中的像素点(x,y)；

步骤3.7、提取所述标志物的目标图像：

步骤3.7.1、将差分图像F_t中所有的像素点的均值作为阈值τ₃；

步骤3.7.2、利用阈值τ₃将差分图像F_t分成背景区域E_t和目标区域E′_t；其中，所述背景区域E_t中像素点的灰度值小于阈值τ₃，目标区域E_t中像素点的灰度值大于等于阈值τ₃，并计算目标区域E′_t的灰度均值FE′_t；

步骤3.7.3、利用最大类间方差法对差分图像F_t进行计算，得到在区间[τ₃,FE′]的阈值τ₄，并利用式(4)对差分图像F_t进行分割，得到二值化图像掩膜H_t：

式(4)中，H_t(x,y)为二值化图像掩膜H_t中的像素点(x,y)；

步骤3.8、修复图像缺损：

步骤3.8.1、利用式(5)将二值化图像掩膜H_t转换为数组矩阵M_t：

式(5)中，M_t[x][y]为数组矩阵M_t中第x行第y列的元素；

步骤3.8.2、对数组矩阵M_t中的元素同时进行横向纵向扫描，寻找数组矩阵M_t中元素为1的所有像素点(x,y)作为标记点；

步骤3.8.3、将所有标记点组成一个标记区域J，并同时对标记区域中行和列两个方向进行排除杂质干扰的操作和补全标记区域的空洞操作，从而得到标记区域J′；

步骤3.9、基于标记区域J′的面积和周长的筛选：

步骤3.9.1、计算标记区域J′的面积S_t和周长L_t；

步骤3.9.2、判断S_min≤S_t≤S_max且L_min＜L_t＜L_max是否成立，若成立，则保留标记区域J′，并执行步骤3.10；否则，直接执行步骤3.11；其中，S_min、S_max、L_min、L_max分别为预先设定的面积、周长的最小值和最大值；

步骤3.10、绘制标记区域J′的最小外接矩形，并得到最小外接矩形的中心坐标(x_t,y_t)；

步骤3.11、判断t≤N是否成立，若成立，则将t+1赋值给t，返回进行步骤3.3；否则，表示得到所有标记区域的最小外接矩形的中心坐标集合D＝{(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…，(x_t,y_t)，…，(x_p,y_p)}，p表示最小外接矩形的个数，p≤N，并执行步骤4。