专利名称：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
技术领域：
本发明涉及的是一种基于图像处理方法的接触网绝缘子破损故障自动识别检测方法。具体说就是一种基于二代曲波系数方向性形态学系数归一化的条带能量自动识别检测方法。
背景技术：
高速铁路均采用电力牵引，电力牵引是目前所知能源利用率最高、最节能环保的轨道交通牵引方式。因此，目前所有新建轨道交通，无论是高速、重载，还是城市轨道交通， 几乎全部采用电力牵引。电力机车在高速运行条件下从接触网上汲取电流，运行中必须保证受流的不间断和绝对可靠，怎么保证高速运行列车具有良好的受流质量是电气化铁路的关键技术之一。我国电气化铁路采用27. 5kV的高电压等级，为确保安全，接触网悬挂装置的带电部分通过绝缘瓷瓶与非绝缘部分隔离。当瓷瓶发生破损的时候，会降低其绝缘性能，严重时甚至会发生闪络，影响人员安全，造成跳闸事故。因此，需要对绝缘瓷瓶进行定期检查。目前我国铁路供电部门对绝缘子的检查主要为人工方式，一般每年安排两次绝缘子清扫，同时对绝缘子瓷瓶进行逐个检查。这种方式效率低，也很难实时监控绝缘子状态，因此急需研究绝缘子实时自动检测分析方法。铁路行业目前自动监控技术发展开始越来越多的采用对行车影响小的图像处理、智能识别技术。其中弓网系统中的图像监控分析研究主要集中于受电弓磨耗和故障图像分析以及接触网的几何参数检测上。例如Landi等人提出通过监控受电弓滑板上的温度变化，利用Hough变换对弓网系统进行检测[Landi, A., L. Menconi and L. Sani, Hough transform and thermo-vision for monitoringpantograph-catenary system.Proceedings of the Institution of MechanicalEngineers—Part F—Journal of Rail&Rapid Transit, 2006. 220 (4):435-447.] Niwakawa等人研究了利用小型化的图像检测设备进行弓网检测的问题[Niwakawa, M. , T.Onda and N. Kinoshita, Stereo Vision Based Measurement of Intersections ofOverhead Contact wires and Pantograph of KYUSHUSHINKANSEN. IEEJ Transactions onIndustry Applications, 2007. 127 (2) : 118-123]。牛大鹏等研究了利用非接触式方法对接触网进行几何参数检测的方法[牛大鹏，非接触式接触网几何参数检测系统研究，2008，西南交通大学.]。范虎伟研究了利用图像处理方法对接触线定位器定位坡度进行检测[范虎伟等，非接触式接触网定位器坡度自动检测技术.计算机应用，2010. 30 (S2) :102-103]。尹保来研究了利用超声波进行受电弓磨耗检测的方法[尹保来与王伯铭，超声波测距原理在受电弓磨耗检测中的应用.机车电传动，2008 (05) :57-59]。马莉等利用同态滤波和边缘检测理论分析了受电弓定位的问题[马莉等，图像处理技术在受电弓滑板检测中的应用.机车电传动，2009 (05) :52-53]。Yangkai等利用C⑶传感器设计了受电弓磨耗检测方法[Yangkai, et al. Application of CCD measurement technique for wear onpantograph sliding plates. 2009. chengdu:The International Society for OpticalEngineering]。Takamasa等人设计了利用紫外线检测接触磨耗的方法[HAYASAKA, T.，M. SHIMIZU and K. NEZU, Development of Contact-Loss Measuring System UsingUltraviolet Ray Detection. Quarterly Report ofRTRI, 2009. 50 (3) : 131-136]。作者研究了利用CCDP变换进行受电弓裂纹检测的方法[韩志伟等，基于二代曲波系数定向映射的受电弓滑板裂纹检测技术.铁道学报，2011 (11) :63-69]。仲莉恩等研究了直方图方法电力系统绝缘 子定位技术[仲莉恩，冯辉与隋立林，一种利用边缘方向直方图检测绝缘子的方法.电气技术，2010(1) :22-25]。但由于接触网悬挂装置图像过于复杂，通过图像智检测方法进行绝缘子瓷瓶故障检测和分析的研究国内外还未见相关报道。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铁路综合检测车获得检测图像的绝缘子破损故障自动识别方法，该方法可以对大量检测图像中的绝缘子破损故障自动识别判断，从而减少人工识别的巨大工作量，也提高检测的准确性，减少人工识别误差。本发明采用的技术是利用曲波方向性滤波特性判断绝缘子位置，利用方向性形态学模板进行曲波系数归一化修正，利用条带能量距离法判断绝缘子故障。本方法的提出是鉴于对以下的使用状态的实际分析提出的目前铁路运营部门主要利用综合检测车进行接触网图像采集。由于白天拍摄易受自然光干扰，因此检测作业主要在夜间通过打射灯的方法进行拍摄，黑色夜空背景使得图像净空状态更良好，减少了云、鸟、树等环境背景对图像识别的干扰。图I显示了现场采集的完整图像。图2为图像局部特征。可见，采集图像效果清晰(分辨率为2448X 2048像素)，局部特征明显，适合于后续图像识别。图3显示了出现断裂故障的绝缘子，红圈标识了绝缘子破损部位。本发明主要针对该类故障进行自动识别研究。由图3可见，绝缘子瓷瓶呈等间距并列叠放、方向一致性强，接触网悬挂装置其它部件都不具有这一特征。利用曲波方向性滤波特性，通过提取绝缘子该唯一性特征量，可直接对原图进行绝缘子故障识别，无需预先分块确定绝缘子位置。算法不受先期绝缘子定位准确性影响，稳定性更好。由于图像灰度值差异，绝缘子上不同瓷瓶提取特征量不完全一致，对后期识别造成干扰，因此提出一种利用形态学闭运算进行系数特征量均衡的方法加以改善。对修正后的系数进行方向性条带能量分析，将二维系数矩阵降阶为一维函数，能够便于智能对比识另IJ。最终通过对条带能量分布图的识别可判断绝缘子故障。鉴于此，本发明方法的主要技术手段为I)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。
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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Htjut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
权利要求
1.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
全文摘要
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。
文档编号G01N21/88GK102749335SQ20121017480
公开日2012年10月24日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者刘志刚, 韩志伟 申请人:西南交通大学