一种基于灰度匹配的电力电缆类别检测方法及系统与流程

本发明涉及电力电缆类别检测，尤其涉及一种基于灰度匹配的电缆类别检测系统和检测方法。

背景技术：

电力电缆一般敷设在地表以下，常用作电厂、变电所、厂矿企业的动力引入或引出线。电力电缆具有安全、可靠、分布有利于美化城市与优化厂矿布局等优点。随着我国经济的飞速发展，电能在工业和民用领域中起到越来越重要的作用，对传输电能的载体—电力电缆的需求越来越大。

由于电线电缆行业剧烈竞争的影响、加上部分企业制造工艺以及检测技术的落后，导致诸多电线电缆存在直流导体电阻偏大、电缆结构尺寸不合理、绝缘电阻和交流耐压不达标、机械延伸性和抗拉性能差等质量问题，达不到国家电缆生产执行标准的要求。这些劣质电力电缆的使用往往会给用电企业和用户带来巨大的损失，同时也导致人民的生命财产安全面临严重威胁。因此对电力电缆合格与否进行快速可靠的判断具有十分重要的现实意义和应用前景。

电力电缆质量是否合格主要取决于电力电缆的电气性能、机械性能、热性能、耐环境特性、抗老化性能、特殊性能等。据国家规定，不同的电缆类别有不同的性能标准。因此，快速准确的判断出电缆的类别来对电力电缆质量是否合格进行检验具有十分重要的现实意义和应用前景。

电缆截面灰度图像如附图3至9所示。电缆的类别主要由电缆导体的芯数、形状和横截面积决定。现有的电缆类别检测技术一般是人工测量电缆导体参数然后对比模板电缆导体参数进行类别判断，不仅耗时耗力，而且测量过程比较复杂。现有的灰度匹配的方法并不能很好的根据电缆的特点计算指标匹配出电缆类别，因此如何根据电缆图像信息准确的判断出电缆的类别是急需解决的问题。

技术实现要素：

针对当前电缆类别检测方法简陋而且效率低的问题，本发明设计了一种全新的待测电缆与模板电缆差异性评价指标：差异性距离。与待测电缆差异性距离最小的模板电缆类别即为待测电缆的类别。

为了实现上述基于模板匹配的电缆类别检测方法，本发明专利设计以下方法，包括以下步骤：

(1)、根据定标物信息将电缆截面图像进行缩放保证所有电缆截面图像的像素距离代表同样的实际距离，其中定标物是指已知实际长宽的任意矩形物体；

(2)、从电缆图像中找到电缆区域。

(3)、统计电缆区域的灰度直方图。

(4)、根据步骤(3)得到的电缆区域的灰度直方图计算待测电缆与模板电缆的差异性距离来判断电缆类别，其中，差异性距离hk的计算公式为：

其中，a为待测电缆的灰度直方图，b为各个模板电缆的灰度直方图，n为灰度直方图的长度。

与待测电缆差异性距离最小的模板电缆类别即为待测电缆的类别。

进一步的，从电缆图像中找到电缆区域的具体方法为对电缆图像使用自适应阈值的反二值化算法找到电缆的护套区域，根据电缆护套闭合的特点对图像进行孔洞填充得到电缆区域。

本发明还包括一种基于灰度匹配的电缆类别检测系统，包括：图像采集单元、图像处理单元和输出单元，其中：

所述的图像采集单元用于获取电缆的截面图像信息和定标物图像信息，并将图像信息传递给图像处理单元，所述的定标物是指已知实际长宽的任意矩形物体。

所述的图像处理单元用于进行计算，首先通过定标物信息对电缆截面图像进行缩放以保证所有电缆截面图像的像素距离代表同样的实际距离，之后根据差异性距离来判断电缆的类别，其中差异性距离是用来计算待测电缆与模板电缆间的差异性，与待测电缆差异性最小的模板电缆类别即为该待测电缆类别，差异性距离hk计算公式为：

其中，a为待测电缆的灰度直方图，b为各个模板电缆的灰度直方图，n为灰度直方图的长度。

所述的输出单元用于电缆类别判断结果的输出。

进一步的，图像采集单元中在采集时需要保证采集设备到电缆截面的距离与到定标物的距离相同。

进一步的，所述的灰度直方图通过统计电缆区域的灰度信息得到；所述的电缆区域通过对电缆图像进行自适应阈值的反二值化并填充孔洞得到。

本发明的有益效果是：

本发明针对如何根据待电缆图像判断出电缆类别的问题，提出了基于灰度直方图的差异性距离，来判别待检测电缆与模板电缆的差异，从而准确的判断电缆类别。

附图说明

图1为本发明的基于模板匹配的电缆类别检测流程图；

图2为一号模板电缆图像和该图像的电缆区域；

图3为一号模板横截面图和该图的灰度直方图；

图4为二号模板的横截面图和该图的灰度直方图；

图5为三号模板的横截面图和该图的灰度直方图；

图6为四号模板的横截面图和该图的灰度直方图；

图7为五号模板的横截面图和该图的灰度直方图；

图8为六号模板的横截面图和该图的灰度直方图；

图9为待检测电缆的横截面图和该图的灰度直方图；

图10为待检测电缆和六个模板电缆的差异性距离记录表格。

具体实施方式

以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

电缆的类别繁多，本实施例取一种待测电缆与六个模板电缆进行实施说明，其余的模板电缆均可按此计算与待测电缆的差异性距离来判断待测电缆类别。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明提供一种基于灰度匹配的电缆类别检测方法，包括以下步骤：

(1)、根据定标物信息将电缆截面图像进行缩放保证所有电缆截面图像的像素距离代表同样的实际距离，其中定标物是指已知实际长宽的任意矩形物体；

(2)、从电缆图像中找到电缆区域。

(3)、统计电缆区域的灰度直方图。

(4)、根据步骤(3)得到的电缆区域的灰度直方图计算待测电缆与模板电缆的差异性距离来判断电缆类别。

在步骤(1)中，为保证待测电缆与模板电缆之间具有可比性，需要将所有电缆截面图像缩放到标准大小。根据一个已知实际长宽的定标物，通过对定标物图像进行缩放保证定标物1cm的实际长度在所有电缆截面图像中拥有相同的像素点个数，由于拍摄时保证了定标物图像与电缆截面图像拥有相同的像素大小，也就保证了所有电缆截面图像拥有相同的像素大小。

步骤(2)中用自适应阈值分割的方法，将待检测分类的电缆横截面图和各个模板电缆横截面图中的电缆初步与背景分离，筛选电缆导体区域的二值图，具体实现方式是将彩色样图合成为灰度图，rgb图像转灰度图像的公式如下：

gray＝r*0.299+g*0.587+b*0.114

由于背景为白色而电缆护套为黑色，使用otsu算法对灰度图像进行二值化并取反，otsu算法又称最大类间方差法，该算法假定图像包含两类像素(前景像素和背景像素)，直方图为双峰直方图，然后计算使得两类像素能分开的最佳阈值(类内方差)。记t为前景与背景的分割阈值，u为图像的平均灰度。用t对图像进行阈值分割后，前景点数占图像比例为w0，平均灰度为u0；背景点数占图像比例为w1，平均灰度为u1。前景和背景图象的方差:

g＝w0×(u0-u)×(u0-u)+w1×(u1-u)×(u1-u)＝w0×w1×(u0-u1)×(u0-u1)

对t遍历1至255，找到使得g最大的t值，该值即为最佳分割阈值。这样就找出了电缆护套区域，之后根据电缆护套闭合的特点，填充孔洞来找出整个电缆区域，找出的电缆图像和电缆区域图像如图2所示。

步骤(3)计算分割好的待检测分类的电缆横截面图和各个模板电缆横截面图的灰度直方图，具体实现方式统计电缆灰度样图中不同灰度值出现的次数，然后以灰度值为横坐标，灰度值出现的次数为纵坐标绘制灰度直方图。其中不同灰度值出现的次数可以理解为电缆中护套、填充物、绝缘层以及导体的面积，待测电缆与模板电缆的灰度图和灰度直方图如图3至9所示。

步骤(4)提出了一个差异性距离用来作为待测电缆与模板电缆之间的差异性评价指标，计算公式如下：

其中，a为待测电缆的灰度直方图，b的各个模板的灰度直方图，按照公式分别计算待测电缆和各个模板之间的差异性距离，差异性距离越小说明电缆越相似。在理想情况下，如果是同种电缆，灰度分布一致，那么他们的差异性距离应该是0，但是由于各种各样的环境和拍摄条件的影响，同种电缆会存在一些差异。灰度直方图实际上可以看成存储各灰度值数量的数组，通过差异性距离计算公式依次计算待测电缆与给定的6个模板的差异性距离，计算结果表格如图10，可以看到，与待测电缆差异性距离最小的为6号模板，经验证，6号模板确实与待测电缆属于同一种电缆。结果表明该评价指标能有效判别电缆类别。

本发明还提高一种基于灰度匹配的电缆类别检测系统，包括：电缆图样采集单元，电缆图样预处理单元，待检测电缆与模板电缆匹配单元与输出单元。其中：

所述的图像采集单元用于获取电缆的截面图像信息和定标物图像信息，并将图像信息传递给图像处理单元，图像采集单元可以是任意能进行拍照的设备，如照相机。所述的定标物是指已知实际长宽的任意矩形物体；在采集时需要保证采集设备到电缆截面的距离与到定标物的距离相同。

所述的图像处理单元用来进行处理运算。首先通过定标物信息对电缆截面图像进行放大缩小以保证所有电缆截面图像都拥有同样的像素尺寸，之后通过计算差异性距离来判断电缆的类别，其中差异性距离是用来计算待测电缆与模板电缆间的差异性，与待测电缆差异性最小的模板电缆类别即为该待测电缆类别，差异性距离hk计算公式为：

其中，a为待测电缆的灰度直方图，b为各个模板电缆的灰度直方图，n为灰度直方图的长度。

所述的灰度直方图通过统计电缆区域的灰度信息得到；所述的电缆区域通过对电缆图像进行自适应阈值的反二值化并填充孔洞得到，其中，由于背景为白色而电缆护套为黑色，使用otsu算法遍历分割阈值找到使前景背景灰度值方差最大的分割阈值，根据该阈值对灰度图像进行二值化并取反，这样就找出了电缆护套区域，之后根据电缆护套闭合的特点，填充孔洞来找出整个电缆区域。

所述的输出单元用于电缆类别判断结果的输出，输出设备可以为显示器、打印机等设备。