带电绝缘子闪络图像自动提取方法及系统的制作方法
【技术领域】 本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及图像特征分析及关键帧图像提取及检索方 法，更具体地，涉及特高压带电绝缘子闪络试验中的非接触视频监控及闪络图像画面的自 动提取。
【背景技术】 绝缘子污闪事故严重威胁电力系统的安全可靠运行。在对带电绝缘子进行闪络特性试 验，分析研究污秽绝缘子闪络特性、机制及闪络过程中，出现闪络现象的条件、出现闪络时 的火花或电弧形状，对于进一步研究绝缘子特性具有重要的意义。然而，如何记录试验过程 中是否出现闪络、何时出现闪络、闪络瞬间火花形状如何，是带电绝缘子闪络试验面临的难 题。 目前技术存在的问题是，在绝缘子闪络特性试验过程中无法自动捕获并记录闪络瞬间 画面。闪络试验中普遍采用的方法是，根据经验参数，在即将到达闪络条件时，依靠试验人 员的主观判断记录闪络瞬间的参数，拍摄视频或照片。这种方式工作效率低下、且极易错过 闪络瞬间。在带电绝缘子闪络试验过程中采用实时视频监控，能够全程记录试验现象，然 而，依然需要试验人员主观判断出现闪络的时刻，在很长的监控视频中手工查看并截取闪 络画面，工作量大且准确度不高。因此，研究带电绝缘子闪络试验的视频监控及智能分析算 法，实现闪络图像的自动提取，是一项重要的技术。 图像自动提取算法以视频检索技术为核心，关键技术主要有：闪络图像画面的特征分 析及表达、视频捕获及视频解码、关键帧提取、图像特征提取、图像特征的相似性度量。带电 绝缘子闪络图像自动提取系统，需要具有的功能模块包括:闪络电弧图像特征分析、闪络试 验的高清画面采集、闪络视频的实时分析及关键帧提取，相似性计算，闪络图像序列的提取 显不〇
【发明内容】
本发明旨在解决上述技术问题。 为此，本发明提出一套闪络图像自动提取系统，闪络图像自动提取系统其特征在于包 括以下模块： (1) 闪络火花及电弧图像特征分析模块，根据已获取的闪络图像，计算图像的纹理特 征、图像中电弧的轮廓特征，形成闪络图像标准特征集合； (2) 标准特征集合通过智能聚类分析聚为K类;K类图像特征按照电弧轮廓尺寸从小到 大的顺序排序，形成有序的K类标准闪络图像特征向量. (3) 闪络试验的高清画面采集模块，在带电绝缘子闪络试验现场，在带电绝缘子的一个 或多个方向上，各以高清质量捕获试验画面，并编码传送至闪络图像自动提取系统的主控 机； (4) 闪络监控视频的解码关键帧提取模块，在主控机上解码监控视频，提取关键帧画 面，形成N个待测闪络图像序列； (5) 待测闪络图像序列的特征计算，包括纹理、电弧轮廓特征，作为被测闪络图像特征 集合； (6) N个待测闪络图像特征集合与K类标准闪络图像特征向量进行相似性计算； (7) 闪络图像序列的提取显示模块，按照N个待测图像特征集合与有序的K类标准特征 向量相似度结果，每类计算结果中，按照相似度从高到底的顺序输出前Μ个画面，作为自动 提取的闪络图像监控画面。 (8) 系统支持非实时闪络画面的自动提取，用视频文件解码模块替代(3)中的高清画面 采集模块，直接解码所存储的视频文件。 本发明提出的闪络图像的自动提取方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 在闪络火花及电弧图像特征分析模块中，计算所有闪络图像的纹理特征以及图像 电弧轮廓特征，计算电弧尺寸； (2) 将步骤(1)得到的纹理特征自动聚类，得到Κ类特征向量，根据步骤（1)得到的电弧 轮廓尺寸参数，将Κ类纹理特征向量排序； (3) 在闪络试验的高清画面采集模块中，实时的高清画面通过网络摄像机编码压缩，网 络实时传送至闪络图像自动提取系统的主控机，得到实时监控码流； (4) 由步骤(3)得到的实时码流解码得到Ν个闪络图像画面的数据； (5) 计算由步骤(4)得到的Ν个图像的纹理特征及电弧轮廓特征向量、电弧尺寸； (6) 计算由步骤(5)得到的Ν个待测闪络图像的特征与由步骤(2)得到的Κ类标准闪络图 像特征向量的相似系数； (7) 按照步骤(6)得到的相似系数由大到小的顺序对Ν个图像排序，再根据步骤(2)的Κ 类向量的顺序，输出Μ个画面。这Μ个画面就是从闪络试验视频监控中提取的闪络图像。 (8) 上述步骤(1)与步骤(5)所进行的电弧图像特征计算方法，按如下步骤进行 la)对图像进行预处理得到灰度图像。 1 b)生成图像的纹理特征； lc) 运用边缘检测提取电弧的边缘特征 ld) 识别电弧的几何形状，提取闪络图像中的电弧，对电弧边缘进行连续性分析，得到 电弧尺寸。 (9) 上述步骤(2)所进行的纹理特征自动聚类方法，按如下步骤进行 2a)将1C)获得的纹理特征，通过K近邻算法、SVM等智能分类算法进行分类； (10) 上述步骤(6)所进行的相似性计算，是计算图像纹理特征的相关系数。 (11) 步骤(7)所进行的排序，按如下步骤进行： 7a)对纹理特征的相关系数按主关键字排序； 7b)对图像中获取的电弧轮廓尺寸进行次关键字排序。 本发明的有益效果是，基于带电绝缘子闪络典型图片库，形成待匹配的闪络图像特征 序列，通过捕获带电绝缘子闪络试验的实时视频，或打开已经录制好的试验检测视频，通过 计算机智能分析，为闪络试验从视频序列中自动、便捷、准确地提取闪络画面。
【附图说明】
[0035]图1是本发明的系统组成框图。
[0036]图2是本发明的方法流程图。 【具体实施方式】 下面详细描述本发明的实施例。图1是本发明的系统框图，图2是本发明的方法流程。基 于本发明的方法流程，按照系统功能框图，系统工作包括如下步骤： (1) 该系统闪络试验的实时高清画面采集通过网络摄像机非接触式捕获带电绝缘子的 闪络试验画面，摄像机可以放置一台，也可以有多台，布设在不同位置上，从不同角度拍摄 带电绝缘子表面。本实施例示意了一台摄像机。采用多台摄像机的技术方案，也在本发明要 求的保护范围。 (2) 闪络试验的实时高清画面采集，要求图像传感器的成像范围能够捕获带电绝缘子 从顶到底的完整表面。网络摄像机的视频编码速率至少保证每秒25帧。图像采集的响应速 度，能够满足捕获带电绝缘子闪络时电弧的需要 (3) 离线模式下，根据闪络电弧图片集合，计算图像的纹理特征、图像中电弧的轮廓特 征，形成闪络图像标准特征集合，标准特征集合通过自动聚类分析聚为K类;K类图像特征按 照电弧轮廓尺寸从小到大的顺序排序，形成有序的K类标准闪络图像特征向量。标准闪络图 像特征向量可以根据需要进行图片库更新、重新计算并重新得到分类结果。 (4) 在线闪络图像提取，分为两种视频源，一种是实时视频图像，一种是视频文件。实时 闪络视频，通过网络摄像机捕获画面、压缩编码传