專利名稱：基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，屬于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線覆冰、桿塔傾斜、導(dǎo)線風(fēng)偏、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線通道安全區(qū)域和線路微型氣象等，現(xiàn)在已有的監(jiān)測方法大都是在桿塔和線路上安裝傳感器，實時檢測線路和桿塔數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到監(jiān)測中心進行實時監(jiān)視預(yù)警。現(xiàn)有的基于圖像識別的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通常采用的方法是對導(dǎo)線和絕緣子圖像進行直接圖像采集、圖像處理和識別，提取圖像中的導(dǎo)線和絕緣子圖形，計算出相對 位置坐標(biāo)。這種方法在復(fù)雜背景情況下，比如大霧、沙塵、冰雪、昏暗光線以及混亂景物等背景環(huán)境下采集到的圖像中，線路或絕緣子與周圍背景融入在一起，缺少明顯的特征，很難提取出來，對目標(biāo)圖像識別帶來很大困難，雖然有關(guān)圖像處理和特征提取技術(shù)上做了大量的也很卓有成效的圖像算法研究和實踐，但都是基于事后處理辦法，算法中帶有像素補償、模糊規(guī)則推理和圖像配準(zhǔn)等事后技術(shù)處理手段，準(zhǔn)確性和可靠性的提高都依賴于經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，使得現(xiàn)有的基于圖像識別的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)僅僅是定性監(jiān)測。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，代替基于傳感器的測量手段，解決現(xiàn)有檢測系統(tǒng)只能夠定性監(jiān)測的技術(shù)問題，從而能有效的解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在導(dǎo)線上的標(biāo)靶、安裝在桿塔上的攝像機和圖像處理系統(tǒng)、安裝在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的計算機處理系統(tǒng)，所述攝像機與標(biāo)靶相對應(yīng)，攝像機的輸出端與圖像處理系統(tǒng)的輸入端相連，圖像處理系統(tǒng)的輸出端與計算機處理系統(tǒng)的輸入端相連。作為一種優(yōu)選方式，其中所述標(biāo)靶和攝像機之間的距離小于或等于120m。作為一種優(yōu)選方式，其中所述圖像處理系統(tǒng)包括圖像采集模塊、圖像存儲模塊、圖像處理模塊、圖像識別模塊。作為優(yōu)選方式，所述計算機處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、狀態(tài)識別模塊、狀態(tài)預(yù)警模塊和狀態(tài)顯示模塊。作為優(yōu)選方式，所述標(biāo)靶包括有源標(biāo)靶和無源標(biāo)靶。作為優(yōu)選方式，所述標(biāo)靶為底面為黑色底板中間具有白色反光環(huán)的方形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果本實用新型基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，安裝設(shè)備少，直接物理尺寸測量，實現(xiàn)非接觸測量，采用掛接在導(dǎo)線和絕緣子上的一個目標(biāo)裝置標(biāo)靶，作為導(dǎo)線和絕緣子位置的定位裝置，在被監(jiān)測的輸電線路或絕緣子上掛裝標(biāo)靶目標(biāo)，在復(fù)雜背景和惡劣的氣象情況下所采集到的輸電線路或?qū)Ь€圖像，由于標(biāo)靶獨特的形狀特征，使得被監(jiān)測對象能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的圖像定位識別，利用后端先進的圖像處理和識別技術(shù)，提高了目標(biāo)的識別率和精準(zhǔn)率，并以精確到像素級的標(biāo)靶中心圓點坐標(biāo)值作為被監(jiān)測對象位置移動的基準(zhǔn)點，從而實現(xiàn)了基于圖像識別的輸電線路狀態(tài)的定量測量。

圖I是本實用新型基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為標(biāo)靶的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是標(biāo)靶安裝后的示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步的說明。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質(zhì)和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個特征之一系列等效或類似特征中的一個實施例而已。如圖I所示，本實用新型基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，分為前端和后端，前端圖像采集和位置識別系統(tǒng)5包括標(biāo)靶I、攝像機2和圖像處理系統(tǒng)3，后端狀態(tài)識別和顯示預(yù)警6包括計算機處理系統(tǒng)4。標(biāo)靶I安裝在導(dǎo)線上、攝像機2和圖像處理系統(tǒng)3安裝在桿塔上、計算機處理系統(tǒng)4安裝在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。所述攝像機2與標(biāo)靶I相對應(yīng)，所述標(biāo)靶I和攝像機2之間的距離小于或等于120m。攝像機2的輸出端與圖像處理系統(tǒng)3的輸入端相連，圖像處理系統(tǒng)3的輸出端與計算機處理系統(tǒng)4的輸入端相連。所述圖像處理系統(tǒng)3包括圖像采集模塊31、圖像存儲模塊32、圖像處理模塊33、圖像識別模塊34 ;所述計算機處理系統(tǒng)4包括數(shù)據(jù)處理模塊41、數(shù)據(jù)存儲模塊42、數(shù)據(jù)傳輸模塊43、狀態(tài)識別模塊44、狀態(tài)預(yù)警模塊45和狀態(tài)顯示模塊46。攝像機實時或定時對掛接在導(dǎo)線上的標(biāo)靶進行視頻拍攝，視頻數(shù)據(jù)直接發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對視頻流數(shù)據(jù)進行幀數(shù)據(jù)處理。按照特定算法，得到標(biāo)靶中心點在圖片中的相對坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程后臺數(shù)據(jù)中心，后臺數(shù)據(jù)中心根據(jù)預(yù)先現(xiàn)場預(yù)設(shè)值數(shù)據(jù)，按照特定算法得到線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，如導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線風(fēng)偏角、導(dǎo)線舞動振幅和頻率等，對這些數(shù)據(jù)進行實時顯示和按照預(yù)先設(shè)置的閥值進行預(yù)警。如圖2所示，標(biāo)靶I作為導(dǎo)線和絕緣子位置的定位裝置，標(biāo)靶類似槍靶，整個靶面尺寸呈方形，由鋁制成，整個靶面底板經(jīng)氧化處理后顏色為全黑色底板，按照視覺效果，根據(jù)需要，標(biāo)靶分有源標(biāo)靶和無源標(biāo)靶兩種，無源標(biāo)靶面向攝像機方向上靶面圖案由白色圓環(huán)和中心圓點組成，白色用反光材料涂層。有源標(biāo)靶，在白色圓環(huán)和中心點上，安裝有低功耗的紅外LED燈，LED燈在標(biāo)靶上的數(shù)字電路控制發(fā)出紅外不可見光，在夜間時候，在數(shù)字電路控制下會自動發(fā)出頻閃紅外光，采用高能電池供電，可以提供3年免維護。為了低功耗，采用頻閃爍方式，標(biāo)靶供電采用感應(yīng)取電裝置，從高壓導(dǎo)線上獲得電能。白色反光材料和LED燈可給桿塔上安裝的CCD攝像機提供明顯的視覺目標(biāo)。在被監(jiān)測的輸電線路或絕緣子上掛裝標(biāo)靶目標(biāo)，在復(fù)雜背景和惡劣的氣象情況下所采集到的輸電線路或?qū)Ь€圖像，由于標(biāo)靶獨特的形狀特征，使得被監(jiān)測對象能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的圖像定位識別，再利用后端先進的圖像處理和識別技術(shù)，大大提高了目標(biāo)的識別率和精準(zhǔn)率，并以精確到像素級的標(biāo)靶中心圓點坐標(biāo)值作為被監(jiān)測對象位置移動的基準(zhǔn)點，從而實現(xiàn)了基于圖像識別的輸電線路狀態(tài)如導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線覆冰、桿塔傾斜、導(dǎo)線風(fēng)偏、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線通道安全區(qū)域等的定量測量。如圖3所示，標(biāo)靶I掛架在導(dǎo)線上，距離桿塔上的CXD攝像機2不超過120米距離，根據(jù)需要，C⑶攝像機采用大于或等于120mm的遠(yuǎn)焦距720P高清攝像機。圖片分辨率越高，識別率越高。攝像機供電系統(tǒng)采用風(fēng)光互補供電。在安裝以后正式實時使用以前，必須獲取將現(xiàn)場安裝的標(biāo)準(zhǔn)圖片，該標(biāo)準(zhǔn)圖片上必須物理測量到標(biāo)靶中心點距離地面參考點的距離作為導(dǎo)線弧垂的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及照片中 標(biāo)靶中心點距離垂線左右的偏離角度初始值作為導(dǎo)線風(fēng)偏和舞動的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。采用基于視覺注意機制的圖像處理算法，開始，然后實時采集到的高清彩色原始圖像通過色調(diào)、飽和度和亮度的調(diào)節(jié)后，再通過傅里葉變換，然后計算撲參差后進行傅里葉反變換后再進行色調(diào)顯著圖、飽和度顯著圖以及亮度顯著圖后實現(xiàn)綜合顯著圖后進行結(jié)果分割。導(dǎo)線弧垂實時監(jiān)測技術(shù)的實現(xiàn)原理開始，輸入導(dǎo)線基準(zhǔn)圖像、實時采集圖像、初始弧垂&、標(biāo)靶圓環(huán)的外圓直徑D，然后基予視覺注意機制的圖像預(yù)處理，根據(jù)圖像二值化、目標(biāo)提取、特征分析，自動提取出基準(zhǔn)圖像和實時圖像中的標(biāo)靶圓環(huán)，實現(xiàn)對標(biāo)靶的定位，并計算出圖像中標(biāo)靶圓環(huán)的外圓直徑d，然后再根據(jù)定位結(jié)果，自動查找和計算出基準(zhǔn)圖像中標(biāo)靶的中心點坐標(biāo)O (X，Y)和實時圖像中標(biāo)靶的中心點坐標(biāo)O1 (X1, Y1),最后根據(jù)初始弧垂fQ、0 (XjWPO1 (X1, Y1)確定實時采集圖像時刻的導(dǎo)向弧垂fff。+ Cyy1) D/do導(dǎo)線弧垂是指檔距最低點離地面的高度。掛接在導(dǎo)線上標(biāo)靶，根據(jù)實際情況可安裝在距離桿塔不超過120米的導(dǎo)線位置上，首先記錄下標(biāo)靶離地面的實際高度，以此為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，攝像機實時比如每I分鐘或定時比如每60分鐘采集視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)視頻幀數(shù)據(jù)處理，對幀圖片標(biāo)靶中心點進行位置識別，得到標(biāo)靶中心點相對照片的位置坐標(biāo)，再與原基準(zhǔn)照片的位置坐標(biāo)進行比較得到位置差，從而可得到導(dǎo)線弧垂數(shù)據(jù)。導(dǎo)線風(fēng)偏和舞動實現(xiàn)原理開始，輸入一段時間內(nèi)采集的所有風(fēng)偏圖像If In，將每相鄰兩幅圖像對應(yīng)圖像坐標(biāo)下像素按灰度值相減，求的其絕對值，作為新圖像中的像素值，然后將每幅新圖像中按對應(yīng)坐標(biāo)下的最大灰度值的像素提取處理啊形成圖像I，對圖像I進行動態(tài)二值化形成二值圖像，對該二值圖像從下向上、從左向右查找連續(xù)的灰度值為255的像素，當(dāng)這些像素y方向坐標(biāo)的最大與最小值之差h大于給定值時，則這些像素的坐標(biāo)在最大擺動幅度時的導(dǎo)線上，設(shè)這些像素的坐標(biāo)集為U1，同理從下向上、從右向左查找得到的像素的坐標(biāo)集為U2 ;對原采集圖像，通過邊沿檢測和圖像二值化得到包含導(dǎo)線邊界的二值圖像；根據(jù)坐標(biāo)集Ul分別查找每幅二值圖像中對應(yīng)坐標(biāo)處的灰度值為255的像素個數(shù)，若大于給定值，則判定當(dāng)前二值圖像Ml為擺幅最大像素，根據(jù)圖像覆冰檢測時的算法得到導(dǎo)線的中線LI，同理，根據(jù)U2依次查找與Ml最近采集的得到另一副圖像M2中導(dǎo)線的中線L2。[0026]風(fēng)偏角度和舞動幅度，都以攝像機實時采集到的幀圖片與安裝時基準(zhǔn)圖片中的標(biāo)靶中心點位置坐標(biāo)進行比較，可得到。結(jié)合LI、L2和基準(zhǔn)圖像中的導(dǎo)線中線L計算出導(dǎo)線的最大擺動角度，再根據(jù)LI、L2的采集時間，計算出導(dǎo)線從一側(cè)的最大擺動幅度到另一側(cè)最大擺動幅度時的時間，據(jù)此計算出導(dǎo)線的擺動頻率。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括安裝在導(dǎo)線上的標(biāo)靶、安裝在桿塔上的攝像機和圖像處理系統(tǒng)、安裝在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的計算機處理系統(tǒng)，所述攝像機與標(biāo)靶相對應(yīng)，攝像機的輸出端與圖像處理系統(tǒng)的輸入端相連，圖像處理系統(tǒng)的輸出端與計算機處理系統(tǒng)的輸入端相連。
2.如權(quán)利要求I所述的基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)靶和攝像機之間的距離小于或等于120m。
3.如權(quán)利要求I所述的基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)靶包括有源標(biāo)靶和無源標(biāo)靶。
4.如權(quán)利要求3所述的基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)靶為底面為黑色底板中間具有白色反光環(huán)的方形。
專利摘要本實用新型公開了一種基于標(biāo)靶目標(biāo)圖像識別與基準(zhǔn)測量輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在導(dǎo)線上的標(biāo)靶、安裝在桿塔上的攝像機和圖像處理系統(tǒng)、安裝在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的計算機處理系統(tǒng)，所述攝像機與標(biāo)靶相對應(yīng)，攝像機的輸出端與圖像處理系統(tǒng)的輸入端相連，圖像處理系統(tǒng)的輸出端與計算機處理系統(tǒng)的輸入端相連。本實用新型安裝設(shè)備少，直接物理尺寸測量，實現(xiàn)非接觸測量，采用標(biāo)靶，使得被監(jiān)測對象能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的圖像定位識別，利用后端先進的圖像處理和識別技術(shù)，提高了目標(biāo)的識別率和精準(zhǔn)率，并以精確到像素級的標(biāo)靶中心圓點坐標(biāo)值作為被監(jiān)測對象位置移動的基準(zhǔn)點，從而實現(xiàn)了基于圖像識別的輸電線路狀態(tài)的定量測量。
文檔編號G01B11/26GK202676156SQ201220179748
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者趙建軍, 冷彪, 黃勇 申請人:成都森源開關(guān)有限公司