[发明专利]基于二代曲波系数形态学条带能量法的绝缘子破损故障检测方法

摘要

本发明提出一种高铁接触网棒式绝缘子不良状态检测的快速模糊匹配方法，针对电气化铁路接触网绝缘子瓷瓶破损故障检测问题，利用二代曲波对综合列检车现场拍摄图像进行各向异性方向滤波获取绝缘子特征量；为解决绝缘子不同瓷瓶特征系数分布不规则问题，提出一种利用方向性形态学闭运算对曲波系数均衡化的方法；为解决智能识别问题，提出一种利用能量条代法对曲波系数矩阵进行降维的方法，最终可获得绝缘子位置信息，判断绝缘子故障。实验表明，该方法可直接对现场拍摄的图像进行全局分析，对于图像中绝缘子定位以及绝缘子故障信息的判断都达到了较高的准确性，为电气化铁路绝缘可靠性检测提供了一种新手段。

主权项

基于二代曲波系数形态学条带能量法的绝缘子破损故障检测方法，利用二代曲波对综合列检车现场拍摄图像进行各向异性方向滤波获取绝缘子特征量；顺序经过图像获取、图像预处理、图像特征归一化处理、根据所获曲波系数形态学修正能量条带分布间距D为绝缘子破损故障判据并输出判断结果等步骤，包括以下利用方向性形态学闭运算对曲波系数均衡化的手段：1）基于曲波方向性滤波的绝缘子定位：a.绝缘子图像预处理：为提高图像识别算法精度，降低绝缘子图像亮度不均匀等问题对识别的影响，对图像进行预处理，抑制图像中灰度值较低和过高的部分，同时增强绝缘子上灰度值特定范围的像素，灰度值均衡原理如下式所示： M ( m , n ) = 0 I ( m , n ) < L in orI ( m , n ) > H in ( I ( m , n ) - L in ) · H out - L out H in - L in + L out L in < I ( m , n ) < H in 其中，I为原始图像，M为增强后的图像。Lin和Hin为原图像欲增强像素范围，Lout和Hout为增强后的像素范围；b.曲波方向滤波绝缘子特征提取：二代曲波变换定义为： C ( j , l , k ) = 1 ( 2 π ) 2 ∫ f ^ ( ω ) U j ( R θ l ω ) e i < x k ( j , l ) , ω > dω 2）基于曲波方向特性的方向性数学形态学图像特征归一化：基于曲波方向矩阵信息的方向性形态学腐蚀膨胀方法：形态学腐蚀膨胀定义为：膨胀运算定义为：dilation(A,B)＝{a+b|a∈A,b∈B}定义腐蚀运算为:erosion(A,B)＝{a|(a+b)∈A,a∈A,b∈B}对于各个曲波分解矩阵对应的方向分解角θ来说，分别产生一个方向为θ的腐蚀膨胀模板；为实现归一化绝缘子曲波系数集群的目的，采用大膨胀小腐蚀的方法进行处理：膨胀腐蚀操作使用矩形模板，膨胀模板为20×2，腐蚀模板为4×1；3）曲波系数方向性条带能量分析方法：为解决不同绝缘子瓷片位置曲波系数值相差较大难于分析的问题，条带能量定义为曲波系数值大于给定阈值的系数个数，如下式所示：f(x)＝Cj(x,y)·δ(Linej |Cj(x,y)＞k)其中，f为条带能量分布函数，Cj为分解角度j的曲波系数矩阵，δ为对应角度的条带选择函数，k为给定阈值；4）条带能量间隙距离绝缘子破损自动识别：定义曲波系数形态学修正能量条带分布间距D为绝缘子破损故障判据，当间距D大于条带宽度均值1.2倍W时，判断绝缘子出现破损，反之当间距D小等于条带宽度均值1.2倍W判断绝缘子正常，输出判断结果至后续处理设备。