一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法，将基于CCD传感器的高速摄像机采集的电弧图像转换为黑白图像，采用领域平均法对单帧图像进行滤波去噪。对长间隙空气电弧图像的灰度分布进行调整，进一步增强图像的对比度。对上述图像进行平滑滤波以消除图像噪声并避免图像边缘的模糊。最后采用小波变换法和浮动阈值法提取长间隙空气电弧的边界轮廓，使最终显示出较佳的电弧图像轮廓，有利于对电弧特性进行分析。本发明原理简单、操作方便，可对长间隙空气电弧原始图像进行有效处理，为分析电弧的起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律提供参考。
【专利说明】一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法，属于电力系统领域。
【背景技术】
[0003]电力系统发生接地故障时，交流系统短路故障电弧、潜供电弧、直流系统短路故障电弧等长间隙空气电弧的物理特性对交流系统中性点接地方式、重合闸策略、直流系统重启动策略等有重要意义。为研究长间隙空气电弧起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律，常采用基于CCD传感器的高速摄像机进行图像信息采集与物理特性分析。长间隙空气电弧光照强、温度高，电弧在运动过程中周围空气被迅速气化。视觉系统在图像的生成、采样、量化、传输、变换等过程中，由于CCD传感器的饱和、噪声、光学系统的失真等原因会造成CCD高速摄像机成像质量降低。此外，长间隙空气电弧处在自然环境下，图像背景不理想，再加上一些光照的影响，最终显示的电弧图像必然存在失真，这对电弧特性分析带来不利影响。由此，借鉴相关领域图像处理技术研究成果，有必要提出长间隙空气电弧图像边缘检测方法，为分析电弧的起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律提供参考。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种长间隙空气电弧的边缘检测方法，其核心工作是对CCD高速摄像机采集的电弧图像进行处理，提取它们的边界轮廓，为分析电弧的起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律提供参考。
[0005]本发明采用以下技术方案:它主要包括图像滤波、灰度增强、边缘检测三大部分。将原始长间隙空气电弧彩色图像转换为黑白图像，对图像领域进行平均处理，增强图像的对比度，对图像进行平滑滤波，采用小波变换建立模值图像，采用浮动阈值法提取边界轮廓。
[0006]一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法，其特征是，包括以下步骤:
(1)将CCD高速摄像机采集的彩色图像转换为黑白图像；
(2)采用领域平均法对单帧的黑白图像进行处理，滤除图像中非周期的随机噪声；
(3)通过纳入图像灰度输入输出转移函数，对长间隙空气电弧图像的灰度分布进行调整，增强图像对比度；
(4)采用均值滤波器对经过步骤(3)处理的图像进行平滑滤波；
(5)采用小波变换法提取长间隙空气电弧模值图像，找到图像中导线和绝缘子的边界轮廓； (6)采用浮动阈值法跟踪记录长间隙空气电弧的边界轮廓。
[0007]步骤(6)中，首先将小波变换模值图像的二值化阈值取为最高值，然后逐渐降低阈值，在每一个阈值处将原模值图像转化为相应的二值图像，同时检测长间隙交流空气电弧初始部分的边界轮廓，直到找到满足特征的初始部分边界轮廓。
[0008]检测到长间隙空气电弧的初始边界轮廓后，在此基础上继续搜索跟踪边界轮廓的其它部分。
[0009]本发明所达到的有益效果:
视觉系统在图像的生成、采样、量化、传输、变换等过程中，由于CCD传感器的饱和、噪声、光学系统的影响，再加上长间隙空气电弧处在自然环境下，图像背景不理想，CCD高速摄像机成像图片多存在失真。
[0010]本发明首先将基于CCD传感器的高速摄像机采集的电弧图像转换为黑白图像，采用领域平均法对单帧图像进行滤波去噪。此后对长间隙空气电弧图像的灰度分布进行调整，进一步增强图像的对比度。对上述图像进行平滑滤波以消除图像噪声并避免图像边缘的模糊。最后采用小波变换法和浮动阈值法提取长间隙空气电弧的边界轮廓，使最终显示出较佳的电弧图像轮廓，有利于对电弧特性进行分析。本发明原理简单、操作方便，可对长间隙空气电弧原始图像进行有效处理，为分析电弧的起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律提供参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1长间隙空气电弧边缘提取步骤示意图；
图2拍摄的长间隙空气电弧原始图像；
图3长间隙空气电弧边缘检测图像。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0013]如图1所示，本发明的检测方法具体实施步骤如下:
(I)将CCD高速摄像机采集的彩色图像转换为黑白图像，以减小图像处理的复杂程度，降低图像处理速度。
[0014](2)采用领域平均法对单帧图像进行处理，滤除图像中大部分非周期的随机噪声，减小黑白图像中的噪声信号。
[0015](3)长间隙空气电弧拍摄过程中，由于电弧光照强，整幅电弧图像的对比度通常较低，灰度分布集中，通过纳入图像灰度输入输出转移函数，对长间隙空气电弧图像的灰度分布进行调整，增强图像对比度，以便有利于在图像中提取目标物体的边界轮廓。
[0016](4)采用均值滤波器对上述图像进行平滑滤波，在消除图像噪声特别是鼓励噪声点的同时，最大程度地避免图像边缘的模糊，从而更有利于图像边缘的检测与提取。
[0017](5)采用小波变换法提取长间隙空气电弧模值图像。由于小波变换具有多分辨率的性质，当小波变化的尺度参数较小时，能检测出图像灰度发生的细变化，而当尺度参数较大时，能检测出图象灰度发生的粗变化。这一性质有助于根据图像的实际情况选定合适的尺度参数，尽量避免图像细节的影响，从而准确地找到图像中导线和绝缘子的边界轮廓。
[0018](6)采用浮动阈值法跟踪记录长间隙交流空气电弧的边界轮廓。首先将小波变换模值图像的二值化阈值取为最高值，然后逐渐降低阈值，在每一个阈值处将原模值图像转化为相应的二值图像，同时检测长间隙交流空气电弧初始部分的边界轮廓，直到找到满足一定特征的初始部分边界轮廓。检测到长间隙空气电弧的初始边界轮廓后，在此基础上继续搜索跟踪边界轮廓的其它部分。
[0019]为对比本发明的检测方法的效果，给出了长间隙空气电弧原始图像如图2所示，采用本发明的检测方法后的长间隙空气电弧边缘检测结果如图3所示，可以看出提取出了较佳的边界轮廓。
[0020]本发明原理简单、操作方便，可对长间隙空气电弧原始图像进行有效处理，为分析电弧的起始、运动、发展、熄灭与重燃的演化规律提供参考。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种长间隙空气电弧图像边缘检测方法，其特征是，包括以下步骤: (1)将CCD高速摄像机采集的彩色图像转换为黑白图像； (2)采用领域平均法对单帧的黑白图像进行处理，滤除图像中非周期的随机噪声； (3)通过纳入图像灰度输入输出转移函数，对长间隙空气电弧图像的灰度分布进行调整，增强图像对比度； (4)采用均值滤波器对经过步骤(3)处理的图像进行平滑滤波； (5)采用小波变换法提取长间隙空气电弧模值图像，找到图像中导线和绝缘子的边界轮廓； (6)采用浮动阈值法跟踪记录长间隙空气电弧的边界轮廓。
2.根据权利要求1所述的长间隙空气电弧图像边缘检测方法，其特征是，步骤(6)中，首先将小波变换模值图像的二值化阈值取为最高值，然后逐渐降低阈值，在每一个阈值处将原模值图像转化为相应的二值图像，同时检测长间隙交流空气电弧初始部分的边界轮廓，直到找到满足特征的初始部分边界轮廓。
3.根据权利要求2所述的长间隙空气电弧图像边缘检测方法，其特征是，检测到长间隙空气电弧的初始边界轮廓后，在此基础上继续搜索跟踪边界轮廓的其它部分。
【文档编号】G06T5/00GK103955917SQ201410132332
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】孙秋芹, 周志成, 刘洋, 陶风波, 马勇, 颜彪 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院