专利名称：基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，属于输电线路状态监测系统技术领域。
背景技术：
输电线路状态监测系统包括导线弧垂、导线覆冰、杆塔倾斜、导线风偏、导线舞动、导线通道安全区域和线路微型气象等，现在已有的监测方法大都是在杆塔和线路上安装传感器，实时检测线路和杆塔数据，通过无线网络传递到监测中心进行实时监视预警。现有的基于图像识别的输电线路状态监测系统通常采用的方法是对导线和绝缘子图像进行直接图像采集、图像处理和识别，提取图像中的导线和绝缘子图形，计算出相对 位置坐标。这种方法在复杂背景情况下，比如大雾、沙尘、冰雪、昏暗光线以及混乱景物等背景环境下采集到的图像中，线路或绝缘子与周围背景融入在一起，缺少明显的特征，很难提取出来，对目标图像识别带来很大困难，虽然有关图像处理和特征提取技术上做了大量的也很卓有成效的图像算法研究和实践，但都是基于事后处理办法，算法中带有像素补偿、模糊规则推理和图像配准等事后技术处理手段，准确性和可靠性的提高都依赖于经验数据统计和分析，使得现有的基于图像识别的输电线路状态监测系统仅仅是定性监测。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，代替基于传感器的测量手段，解决现有检测系统只能够定性监测的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现一种基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，包括安装在导线上的标靶、安装在杆塔上的摄像机和图像处理系统、安装在远程监控中心的计算机处理系统，所述摄像机与标靶相对应，摄像机的输出端与图像处理系统的输入端相连，图像处理系统的输出端与计算机处理系统的输入端相连。作为一种优选方式，其中所述标靶和摄像机之间的距离小于或等于120m。作为一种优选方式，其中所述图像处理系统包括图像采集模块、图像存储模块、图像处理模块、图像识别模块。作为优选方式，所述计算机处理系统包括数据处理模块、数据存储模块、数据传输模块、状态识别模块、状态预警模块和状态显示模块。作为优选方式，所述标靶包括有源标靶和无源标靶。作为优选方式，所述标靶为底面为黑色底板中间具有白色反光环的方形。与现有技术相比，本实用新型的有益效果本实用新型基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，安装设备少，直接物理尺寸测量，实现非接触测量，采用挂接在导线和绝缘子上的一个目标装置标靶，作为导线和绝缘子位置的定位装置，在被监测的输电线路或绝缘子上挂装标靶目标，在复杂背景和恶劣的气象情况下所采集到的输电线路或导线图像，由于标靶独特的形状特征，使得被监测对象能够实现精准的图像定位识别，利用后端先进的图像处理和识别技术，提高了目标的识别率和精准率，并以精确到像素级的标靶中心圆点坐标值作为被监测对象位置移动的基准点，从而实现了基于图像识别的输电线路状态的定量测量。

图I是本实用新型基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统的模块结构示意图；图2为标靶的结构示意图；图3是标靶安装后的示意图。
具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。如图I所示，本实用新型基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，分为前端和后端，前端图像采集和位置识别系统5包括标靶I、摄像机2和图像处理系统3，后端状态识别和显示预警6包括计算机处理系统4。标靶I安装在导线上、摄像机2和图像处理系统3安装在杆塔上、计算机处理系统4安装在远程监控中心。所述摄像机2与标靶I相对应，所述标靶I和摄像机2之间的距离小于或等于120m。摄像机2的输出端与图像处理系统3的输入端相连，图像处理系统3的输出端与计算机处理系统4的输入端相连。所述图像处理系统3包括图像采集模块31、图像存储模块32、图像处理模块33、图像识别模块34 ;所述计算机处理系统4包括数据处理模块41、数据存储模块42、数据传输模块43、状态识别模块44、状态预警模块45和状态显示模块46。摄像机实时或定时对挂接在导线上的标靶进行视频拍摄，视频数据直接发送到图像处理系统，图像处理系统对视频流数据进行帧数据处理。按照特定算法，得到标靶中心点在图片中的相对坐标位置数据，然后通过网络发送到远程后台数据中心，后台数据中心根据预先现场预设值数据，按照特定算法得到线路状态数据，如导线弧垂、导线风偏角、导线舞动振幅和频率等，对这些数据进行实时显示和按照预先设置的阀值进行预警。如图2所示，标靶I作为导线和绝缘子位置的定位装置，标靶类似枪靶，整个靶面尺寸呈方形，由铝制成，整个靶面底板经氧化处理后颜色为全黑色底板，按照视觉效果，根据需要，标靶分有源标靶和无源标靶两种，无源标靶面向摄像机方向上靶面图案由白色圆环和中心圆点组成，白色用反光材料涂层。有源标靶，在白色圆环和中心点上，安装有低功耗的红外LED灯，LED灯在标靶上的数字电路控制发出红外不可见光，在夜间时候，在数字电路控制下会自动发出频闪红外光，采用高能电池供电，可以提供3年免维护。为了低功耗，采用频闪烁方式，标靶供电采用感应取电装置，从高压导线上获得电能。白色反光材料和LED灯可给杆塔上安装的CCD摄像机提供明显的视觉目标。在被监测的输电线路或绝缘子上挂装标靶目标，在复杂背景和恶劣的气象情况下所采集到的输电线路或导线图像，由于标靶独特的形状特征，使得被监测对象能够实现精准的图像定位识别，再利用后端先进的图像处理和识别技术，大大提高了目标的识别率和精准率，并以精确到像素级的标靶中心圆点坐标值作为被监测对象位置移动的基准点，从而实现了基于图像识别的输电线路状态如导线弧垂、导线覆冰、杆塔倾斜、导线风偏、导线舞动、导线通道安全区域等的定量测量。如图3所示，标靶I挂架在导线上，距离杆塔上的CXD摄像机2不超过120米距离，根据需要，C⑶摄像机采用大于或等于120mm的远焦距720P高清摄像机。图片分辨率越高，识别率越高。摄像机供电系统采用风光互补供电。在安装以后正式实时使用以前，必须获取将现场安装的标准图片，该标准图片上必须物理测量到标靶中心点距离地面参考点的距离作为导线弧垂的标准数据，以及照片中 标靶中心点距离垂线左右的偏离角度初始值作为导线风偏和舞动的标准数据。采用基于视觉注意机制的图像处理算法，开始，然后实时采集到的高清彩色原始图像通过色调、饱和度和亮度的调节后，再通过傅里叶变换，然后计算扑参差后进行傅里叶反变换后再进行色调显著图、饱和度显著图以及亮度显著图后实现综合显著图后进行结果分割。导线弧垂实时监测技术的实现原理开始，输入导线基准图像、实时采集图像、初始弧垂&、标靶圆环的外圆直径D，然后基予视觉注意机制的图像预处理，根据图像二值化、目标提取、特征分析，自动提取出基准图像和实时图像中的标靶圆环，实现对标靶的定位，并计算出图像中标靶圆环的外圆直径d，然后再根据定位结果，自动查找和计算出基准图像中标靶的中心点坐标O (X，Y)和实时图像中标靶的中心点坐标O1 (X1, Y1),最后根据初始弧垂fQ、0 (XjWPO1 (X1, Y1)确定实时采集图像时刻的导向弧垂fff。+ Cyy1) D/do导线弧垂是指档距最低点离地面的高度。挂接在导线上标靶，根据实际情况可安装在距离杆塔不超过120米的导线位置上，首先记录下标靶离地面的实际高度，以此为基准数据，摄像机实时比如每I分钟或定时比如每60分钟采集视频数据，经视频帧数据处理，对帧图片标靶中心点进行位置识别，得到标靶中心点相对照片的位置坐标，再与原基准照片的位置坐标进行比较得到位置差，从而可得到导线弧垂数据。导线风偏和舞动实现原理开始，输入一段时间内采集的所有风偏图像If In，将每相邻两幅图像对应图像坐标下像素按灰度值相减，求的其绝对值，作为新图像中的像素值，然后将每幅新图像中按对应坐标下的最大灰度值的像素提取处理啊形成图像I，对图像I进行动态二值化形成二值图像，对该二值图像从下向上、从左向右查找连续的灰度值为255的像素，当这些像素y方向坐标的最大与最小值之差h大于给定值时，则这些像素的坐标在最大摆动幅度时的导线上，设这些像素的坐标集为U1，同理从下向上、从右向左查找得到的像素的坐标集为U2 ;对原采集图像，通过边沿检测和图像二值化得到包含导线边界的二值图像；根据坐标集Ul分别查找每幅二值图像中对应坐标处的灰度值为255的像素个数，若大于给定值，则判定当前二值图像Ml为摆幅最大像素，根据图像覆冰检测时的算法得到导线的中线LI，同理，根据U2依次查找与Ml最近采集的得到另一副图像M2中导线的中线L2。[0026]风偏角度和舞动幅度，都以摄像机实时采集到的帧图片与安装时基准图片中的标靶中心点位置坐标进行比较，可得到。结合LI、L2和基准图像中的导线中线L计算出导线的最大摆动角度，再根据LI、L2的采集时间，计算出导线从一侧的最大摆动幅度到另一侧最大摆动幅度时的时间，据此计算出导线的摆动频率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，其特征在于包括安装在导线上的标靶、安装在杆塔上的摄像机和图像处理系统、安装在远程监控中心的计算机处理系统，所述摄像机与标靶相对应，摄像机的输出端与图像处理系统的输入端相连，图像处理系统的输出端与计算机处理系统的输入端相连。
2.如权利要求I所述的基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，其特征在于所述标靶和摄像机之间的距离小于或等于120m。
3.如权利要求I所述的基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，其特征在于所述标靶包括有源标靶和无源标靶。
4.如权利要求3所述的基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，其特征在于所述标靶为底面为黑色底板中间具有白色反光环的方形。
专利摘要本实用新型公开了一种基于标靶目标图像识别与基准测量输电线路状态监测系统，包括安装在导线上的标靶、安装在杆塔上的摄像机和图像处理系统、安装在远程监控中心的计算机处理系统，所述摄像机与标靶相对应，摄像机的输出端与图像处理系统的输入端相连，图像处理系统的输出端与计算机处理系统的输入端相连。本实用新型安装设备少，直接物理尺寸测量，实现非接触测量，采用标靶，使得被监测对象能够实现精准的图像定位识别，利用后端先进的图像处理和识别技术，提高了目标的识别率和精准率，并以精确到像素级的标靶中心圆点坐标值作为被监测对象位置移动的基准点，从而实现了基于图像识别的输电线路状态的定量测量。
文档编号G01B11/26GK202676156SQ201220179748
公开日2013年1月16日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者赵建军, 冷彪, 黄勇 申请人:成都森源开关有限公司