基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法，特别是涉及到计算 机视觉领域的一种输电导线覆冰厚度测量方法，尤其是可以根据图片中导线与覆冰像素点 的比例推算出实际覆冰厚度。
【背景技术】
[0002] 输电线路作为电力系统中最重要的组成部分，是连接电厂与终端用户的纽带。但 在输电、变电系统中，输电线路的覆冰现象是十分普遍的，覆冰造成的高压、超高压输电线 路断线、倒塔、导线舞动、闪络的事故，无论是国内或国外都时有发生。
[0003] 由于输电导线的重冰区大都人烟稀少，因此，测量偏远地区的线路覆冰数据是十 分困难的，这就无形的给电网的稳定运行带来了隐患。近年来，国内外通用的解决办法是建 立观冰站，以便观察输电线路覆冰的情况、收集覆冰导线相关数据。但由于观冰站的前期 投入大，建设周期长，运行成本高，应用范围窄，数量极为有限，不能对整个电网进行实时监 控。
[0004] 近年来，随着计算机的广泛使用以及电脑软件的日趋成熟，输电导线覆冰的图像 处理的方法也在飞速发展。本发明直接对照相机所采集的输电线路导线的图像进行处理， 提取出其边界轮廓，通过将输电导线覆冰状态时的边界与非覆冰状态时的边界进行比较， 推算出导线的覆冰厚度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于图像处理的 输电导线覆冰厚度测量方法，该方法的特点是：1、输电线路巡检现场大都人烟稀少，而且多 数情况都是建在山上等环境恶劣的地方，这给导线的覆冰厚度测量加大了难度，因此发明 了一种基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法；2、针对计算机视觉的图像识别方法， 应用图像处理技术将导线覆冰厚度在图像上的像素值计算出来，并根据导线实际的直径推 算出导线的覆冰厚度；3、图像处理时应用LOG、Prewitt、Sobel、Canny等算子进行边缘检 测。
[0006] 本发明技术方案包括如下步骤： A、 测量之前，将待测覆冰厚度的输电导线型号查明，记录相关参数、数据； B、 利用高分辨率数码相机将覆冰与导线同时拍摄进同一幅照片中； C、 将刚刚拍摄的照片导入电脑当中； D、 利用已有工程软件进行图像处理； E、 将输电导线的实际参数、数据输入电脑中，推算出导线覆冰的厚度； F、 对测量导线进行二次以上测量，再求平均值。
[0007] 本发明所述步骤B需将导线及其覆冰共同拍摄到同一幅图像中，同时，导线应与 相机垂直。
[0008] 本发明所述步骤D，应用不同的边缘检测算子，将图像中导线边缘进行提取，其中 边缘检测算子包括有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。
[0009] 本发明所述步骤E利用下方公式推算导线实际覆冰厚度，其中， @为导线实际直径；?为导线直径在图像中的像素点个数为覆冰的实际厚度：?为覆 冰厚度在图像中像素点的个数：
[0010] 本发明中的四种检测算子如下： 1、Sobel边缘检测算子是一种利用局部差分算子探测边缘的算子。在点（X，y)处， f (X，y)梯度为： 方向为：
因此，用图像的垂直和水平差分来逼近梯度算子是最简单的边缘检测算子。
[0011]因此当想寻找边缘的时候，最简单的方法是计算每一个像素的向量，然后求出其 绝对值，再进行闭值操作，利用这种思想就得到了 Sobel算子：
以两个卷积构成了该算子，图像中的每个像素都是以这两个核心公式为卷积的，一个 核心公式对垂直边缘检测影响很大，另一个核心公式对水平边缘检测影响很大，两个卷积 的最大值即为该点的输出值。Prewitt边缘检测算子使用两个有向算子（一个水平，一个垂 直），即模板如下：
如果用Prewitt算子检测图像M的边缘，首先分别用水平方向算子和垂直方向算子对 图像进行卷积，这样就得到了两个不同的矩阵，和原图像同样大小的在不考虑边界 的情形下，它们分别表示图像M中相同位置处的偏导数。然后把M5、M:对应位置的两个数 平方相加后得到一个新的矩阵G，G表示M中各个像素的灰度的梯度值。然后就可以通过阈 值处理得到边缘图像，总的过程如下：
Thresh :非负的阈值。
[0012] 3、LOG 算子： Laplace算子是线性的、位移不变的算子，它是一种二阶边缘检测算子，定义为：
由于图像在经过二阶微分之后，会在边缘处产生一个陡峭的零交叉，依据这个零交叉 来检测边缘。Laplace算子一般采用的模板如下：
因为图像边缘处的一阶微分是极值点，图像边缘处的二阶微分应为零，确定过零点的 位置要比确定极值点容易得多，而且比较精确。
[0013] 该算法的主要思路是： 选取高斯函数对图像f(x，y)进行平滑滤波，得到滤波图像。二维高斯函数为： 4、Canny 算子
Canny算子是一阶微分算子，其方法的实质是先用一个准高斯函数做平滑运算，然后以 带方向的一阶微分算子定位导数最大值，可以用高斯函数的梯度来近似它，4个指数函数的 线性组合形成的边缘算子是在理论上与它较接近的一个。
其中，M(x，y)反映了图像点（X，y)处的边缘强度；α (X，y)是图像点（X，y)的法向矢量 (正交于边缘方向）。
[0015] 本发明的有益效果是：在环境恶劣、人烟稀少的输电导线巡线现场，减少电力工人 的工作量，并且提高效率，降低员工的危险。
【附图说明】
[0016] 图1为基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法示意图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明技术方案包括如下步骤： A、 测量之前，将待测覆冰厚度的输电导线型号查明，记录相关参数、数据； B、 利用高分辨率数码相机将覆冰与导线同时拍摄进同一幅照片中； C、 将刚刚拍摄的照片导入电脑当中； D、 利用已有工程软件进行图像处理； E、 将输电导线的实际参数、数据输入电脑中，推算出导线覆冰的厚度； F、 对测量导线进行二次以上测量，再求平均值。
[0018] 本发明所述步骤B需将导线及其覆冰共同拍摄到同一幅图像中，同时，导线应与 相机垂直。
[0019] 本发明所述步骤D，应用不同的边缘检测算子，将图像中导线边缘进行提取，其中 边缘检测算子包括有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。
[0020] 本发明所述步骤E利用下方公式推算导线实际覆冰厚度，其中，(?为导线实际直 径；;ft为导线直径在图像中的像素点个数为覆冰的实际厚度；β为覆冰厚度在图像中 像素点的个数： 本发明中的四种检测算子如下：
1、Sobel边缘检测算子是一种利用局部差分算子探测边缘的算子。在点（X，y)处， f (X，y)梯度为： 方向为： 因此，用图像的垂直和水平差分来逼近梯度算子是最简单的边缘检测算子。
[0021] 因此当想寻找边缘的时候，最简单的方法是计算每一个像素的向量，然后求出其 绝对值，再进行闭值操作，利用这种思想就得到了 Sobel算子：
以两个卷积构成了该算子，图像中的每个像素都是以这两个核心公式为卷积的，一个 核心公式对垂直边缘检测影响很大，另一个核心公式对水平边缘检测影响很大，两个卷积 的最大值即为该点的输出值。Prewitt边缘检测算子使用两个有向算子（一个水平，一个垂 直），即模板如下：
如果用Prewitt算子检测图像M的边缘，首先分别用水平方向算子和垂直方向算子对 图像进行卷积，这样就得到了两个不同的矩阵，和原图像同样大小的漏i、凝i在不考虑边界 的情形下，它们分别表示图像M中相同位置处的偏导数。然后把_纟、_对应位置的两个数 平方相加后得到一个新的矩阵G，G表示M中各个像素的灰度的梯度值。然后就可以通过阈 值处理得到边缘图像，总的过稈如下： Thresh :非负的阈值。
[0022] 3、LOG 算子： Laplace算子是线性的、位移不变的算子，它是一种二阶边缘检测算子，定义为：
由于图像在经过二阶微分之后，会在边缘处产生一个陡峭的零交叉，依据这个零交叉 来检测边缘。Laplace算子一般采用的模板如下：
因为图像边缘处的一阶微分是极值点，图像边缘处的二阶微分应为零，确定过零点的 位置要比确定极值点容易得多，而且比较精确。
[0023] 该算法的主要思路是： 选取高斯函数对图像f(x，y)进行平滑滤波，得到滤波图像。二维高斯函数为： 4、Canny 算子
Canny算子是一阶微分算子，其方法的实质是先用一个准高斯函数做平滑运算，然后以 带方向的一阶微分算子定位导数最大值，可以用高斯函数的梯度来近似它，4个指数函数的 线性组合形成的边缘算子是在理论上与它较接近的一个。
其中，M(x，y)反映了图像点（X，y)处的边缘强度；α (X，y)是图像点（X，y)的法向矢量 (正交于边缘方向）。
【主权项】
1. 基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 测量之前，将待测覆冰厚度的输电导线型号查明，记录相关参数、数据； 利用高分辨率数码相机将覆冰与导线同时拍摄进同一幅照片中； 将刚刚拍摄的照片导入电脑当中； 利用已有工程软件进行图像处理； 将输电导线的实际参数、数据输入电脑中，推算出导线覆冰的厚度； 对测量导线进行二次以上测量，再求平均值。2. 如权利要求1所述的基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法，其特征在于，所 述步骤B需将导线及其覆冰共同拍摄到同一幅图像中，同时，导线应与相机垂直。3. 如权利要求1所述的基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法，其特征在于，所 述步骤D，应用不同的边缘检测算子，将图像中导线边缘进行提取，其中边缘检测算子包括 有Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子。4. 如权利要求1所述的基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方 法，其特征在于，所述步骤E利用下方公式推算导线实际覆冰厚度，其中，
【专利摘要】基于图像处理的输电导线覆冰厚度测量方法，步骤如下：测量之前，将待测覆冰厚度的输电导线型号查明，记录相关参数、数据；利用高分辨率数码相机将覆冰与导线同时拍摄进同一幅照片中；将刚刚拍摄的照片导入电脑当中；利用已有工程软件进行图像处理；将输电导线的实际参数、数据输入电脑中，推算出导线覆冰的厚度；对测量导线进行二次以上测量，再求平均值。采用本发明方法，在环境恶劣、人烟稀少的输电导线巡线现场，可在环境恶劣、人烟稀少的输电导线巡线现场，减少电力工人的工作量，并且提高效率，降低员工的危险。减少电力工人的工作量，并且提高效率，降低员工的危险。
【IPC分类】G01B11/06, G06T7/00
【公开号】CN105043275
【申请号】CN201510223085
【发明人】刘冠辰, 吴章勤, 徐辉, 张子阳, 付磊, 潘堉祺, 高琦
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月5日