基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法和装置

本发明涉及一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法和装置，属于输电线检测及图像处理。

背景技术：

1、输电导线舞动是输电线受风雪等恶劣气候条件影响所产生的一种低频大振幅的自激振动现象。该现象会引发螺栓松动、脱落、输电线断股断线以及相间跳闸、输电线烧蚀等问题，严重影响电力系统安全稳定地运行。

2、目前针对输电线舞动检测问题，许多学者提出了多种解决方案。这些方案大致可以分为传感器技术、定位技术和视频在线检测技术三类。(一)耿亮在《基于加速度传感器的输电线路舞动监测系统研发及应用》中通过安装在输电线上的加速度传感器获取输电线舞动的加速度信息,并将加速度数据转化为输电线舞动的位移数据，从而实现输电线的舞动检测。(二)张孜豪在《基于北斗地基增强系统的输电线路舞动监测系统》中利用安装在输电线上的北斗定位模块采集输电线位置信息，从而获取监测点的位移变化值来判断输电线的舞动情况。(三)李振家在《基于数字图像处理技术的输电线路舞动监测》中通过边缘检测和轮廓提取来检测每一帧的间隔棒，然后通过顺序找出边缘点来进行轮廓跟踪，将同一间隔棒的垂直坐标的最大值和最小值之差定义为输电线的舞动幅度。(四)任佳颖在《基于间隔棒跟踪的输电线舞动检测》中利用穿线法定位输电线，在定位的输电线上利用旋转投影定位和laws能量对间隔棒进行定位，采用kcf跟踪算法得到每一帧的间隔棒位置，从而得到其舞动的幅度和频率。

3、目前的研究大多是通过对输电线上间隔棒的状态分析来间接反映输电线的舞动情况，不适用于没有间隔棒分隔的输电线场景。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法和装置，能够在不依赖间隔棒的情况下对输电线的舞动进行检测，且能获得较高的检测准确率。

2、本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

3、一方面，本发明实施例提供的一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法，包括以下步骤：

4、采集输电线现场监控视频；

5、对采集的视频进行预处理，并基于视频图像信息建立输电线场景模型；

6、计算视频图像中每个像素点的平均灰度值，构建随机灰度涨落场；

7、将视频图像逐帧与背景模型进行差分处理，对分割结果利用随机灰度涨落场和3σ准则进行二值化，分割输电线；

8、对输电线分割结果进行灰度累积，进行输电线的运动映射；

9、利用穿线法对输电线运动幅度进行统计平均，得到平均舞动幅度；

10、将平均舞动幅度与静止时的幅度进行对比，判断是否发生舞动。

11、作为本实施例一种可能的实现方式，所述对采集的视频进行预处理，并基于视频图像信息建立输电线场景模型，包括：

12、利用中值滤波对采集的视频进行预处理，并将图像进行灰度化处理；

13、统计每个像素点的灰度分布情况，并将概率最高的灰度值定义为背景模型中当前像素点的灰度值：

14、a(x,y)＝ii(x,y) whenpi(x,y)＝max(p1(x,y),p2(x,y),...,pn(x,y)) i＝1,2,…,n

15、其中，a(x,y)表示输电线场景模型在(x,y)处的灰度值，ii(x,y)表示像素点(x,y)在第i帧的灰度值，pi(x,y)表示像素点(x,y)在第i帧的灰度值出现的概率，n表示视频的总帧数。

16、作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算视频图像中每个像素点的平均灰度值，构建随机灰度涨落场，包括：

17、计算当前视频每个像素点(x,y)的平均灰度值iμ(x,y)：

18、

19、其中，ii(x,y)表示像素点(x,y)在第i帧的灰度值；

20、利用当前视频的灰度值标准差来描述灰度涨落的统计情况，从而构建随机灰度涨落场b(x,y)：

21、

22、其中，iμ(x,y)表示每个像素点的平均灰度值。

23、作为本实施例一种可能的实现方式，所述将视频图像逐帧与背景模型进行差分处理，对分割结果利用随机灰度涨落场和3σ准则进行二值化，分割输电线，包括：

24、将视频图像逐帧与背景模型进行差分处理：

25、di(x,y)＝a(x,y)-ii(x,y)

26、其中，ii(x,y)表示像素点(x,y)在第i帧的灰度值，di(x,y)表示(x,y)处的差分结果；

27、对分割结果利用随机灰度涨落场和3σ准则进行二值化，得到二值化结果ei(x,y)：

28、

29、其中，m是σ的倍数，取值为1,2,3,…，σ是描述整个视频的普遍灰度涨落情况。

30、为本实施例一种可能的实现方式，所述σ利用随机灰度涨落场的均值来表示：

31、

32、其中，w、h分别表示图像的宽度和高度。

33、作为本实施例一种可能的实现方式，所述输电线的运动映射f(x,y)的公式如下：

34、

35、其中，ei(x,y)表示分割后视频的二值化结果。

36、作为本实施例一种可能的实现方式，所述利用穿线法对输电线运动幅度进行统计平均，得到平均舞动幅度，包括：

37、在二值化图f(x,y)中利用最大连通域的方法分割出天空区域；

38、利用穿线法对分割出的天空区域的输电线进行穿线操作，统计每条线上白色像素点的个数，计算平均舞动幅度：

39、

40、其中，d表示平均舞动幅度，l表示本段视频中输电线的根数，l表示穿线的根数，nj,k表示第j根输电线与第k条穿线的交点个数。

41、作为本实施例一种可能的实现方式，所述将平均舞动幅度与静止时的幅度进行对比，判断是否发生舞动，包括：

42、将开始采集输电线现场监控视频时的输电线静止幅度记为平均舞动幅度d1，计算后续视频图像中输电线平均舞动幅度d2，计算出舞动的距离d2-d1进行判断是否发生舞动。

43、另一方面，本发明实施例提供的一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测装置，包括：

44、视频采集模块，用于采集输电线现场监控视频；

45、输电线场景建模模块，用于对采集的视频进行预处理，并基于视频图像信息建立输电线场景模型；

46、随机灰度涨落场构建模块，用于计算视频图像中每个像素点的平均灰度值，构建随机灰度涨落场；

47、输电线分割模块，用于将视频图像逐帧与背景模型进行差分处理，对分割结果利用随机灰度涨落场和3σ准则进行二值化，分割输电线；

48、灰度积累模块，用于对输电线分割结果进行灰度累积，进行输电线的运动映射；

49、平均舞动幅度计算模块，用于利用穿线法对输电线运动幅度进行统计平均，得到平均舞动幅度；

50、输电线舞动判断模块，用于将平均舞动幅度与静止时的幅度进行对比，判断是否发生舞动。

51、第三方面，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述agv仿真装置运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如上述任意一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法的步骤。

52、第四方面，本发明实施例提供的一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意一种基于灰度涨落场和灰度累积的输电线舞动检测方法的步骤。

53、本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

54、本发明采用的视频在线监测技术不需要在输电线上安装相应设备，不会对线路产生影响，能够在不依赖间隔棒的情况下对输电线的舞动进行检测并计算舞动幅度。

55、本发明仅仅对输电线的运动进行映射来达到输电线运动检测的目的，不需要对输电线进行复杂的特征提取就能获得较高的检测准确率。

56、本发明采用背景差分的方式将输电线分割出来，结合随机灰度涨落场和3σ准则对分割结果二值化，消除由于相机拍摄带来的灰度涨落现象对输电线分割的影响。

57、本发明能够在不依赖间隔棒的情况下对输电线的舞动进行检测并计算舞动幅度，不需要对输电线进行复杂的特征提取就能获得较高的检测准确率。