[发明专利]基于可见光影像对电力线路缺陷进行诊断的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力设备安全检测方法，具体是指基于可见光影像对电力线路缺陷进行诊断的方法。

背景技术

线路的运行状况和沿线环境状况都会影响到线路的正常运行，需要定期对线路进行巡检和维护。人工巡检是传统的巡检方法，检测结果基于个人经验得出，对作业人员的专业水平有较高要求。因此，故障检测标准无法做到统一，常常出现漏检和错检的情况。输电线路巡检的主要任务是检查杆塔、导线、避雷线、绝缘子和金具的状态。

直升机巡检采集的图像存在不同程度的退化现象，即在成像过程中出现了畸变、模糊、失真或噪声混入，造成了图像质量的下降。造成图像退化的原因很多，主要包括：①光学系统的像差、衍射、带宽有限等造成的图像失真；②太阳辐射、云层遮挡、大气湍流的扰动效应等造成的遥感图像失真；③成像器件的拍摄姿态、光电转换器件的非线性等引起的图像几何失真；④成像系统与被拍摄景物的相对运动造成的图像运动模糊；⑤图像在成像、数字化、采集和处理过程中引入了噪声等。其中，运动模糊和各种噪声的影响尤为严重。四季更替使输电走廊的自然环境和地貌不断变化，采集图像的背景会随环境的变化变得非常复杂，对比度降低，且干扰增多，同时其他自然地貌与人工建筑也使图像背景的复杂程度进一步加深。复杂自然背景下目标图像的提取与识别是输电线故障自动诊断的另一个主要技术瓶颈。输电线路巡检需要监测的设备种类多，故障类型也多，所以自动诊断过程需根据不同的设备和故障类型采用不同的检测方法，如数字图形学方法、神经网络技术和模糊逻辑算法等。国内外在直升机巡检图像处理技术方面的研究已取得一定成果：

1）图像采集方面成果。直升机巡检过程中，目标物体的相对运动以及摄像设备的“振动”会引起图像的退化现象。对于静态图像可以容忍的视场运动需在视场范围的1%～2%，一般应保证在1%以内；同时图像采集过程中视角的变化应小10到4度。为了补偿直升机运动造成的图像退化，采用角点检测方法来配准图像固定点，从而实现相机调焦过程中能够调整检测范围以实现目标跟踪，并设计了摄像机自动控制系统以实现巡检图像的自动采集。

2）目标提取与识别方面成果。巡检图像处理中，目标图像提取是关键。背景复杂性及其变化的多样性使目标图像和背景之间的差异很小，因此目标图像提取与背景去除是巡检图像处理中的瓶颈问题。在输电线提取与识别方面，国内外已有一些初步研究成果。①用Ratio算子提取电力线像素点，然后采用分段Radon变换提取并连接各分段电力线，再利用类卡尔曼滤波技术跟踪连接电力线的断裂部分，从而完成输电线的提取；②采用差分几何方法提取图像边缘，采用Hough变换和数字图形学方法提取输电线；③指出有学者采用雷达反射波极化统计方法提取和识别输电线；④采用神经网络法滤除背景噪声后提取输电线；⑤基于最大熵阈值方法进行图像分割，应用连通区域方法对绝缘子串进行提取和识别。以上方法初步解决了输电线设备的提取和识别问题，但还有待进一步完善。

3）输电线路故障诊断方面成果。在一些文献中介绍了以下几方面：①应用高精度图像分辨技术测量弧垂的装置，其将“聪明相机”固定安装在杆塔上，对准固定悬挂在导线上的标靶，通过装置内部的图像处理软件获取摄取图像中标靶的空间坐标，计算出导线的弧垂数据；文②日本采用直升机巡检输电电缆的方法，通过图像处理软件检测电缆的亮度和形状，判断电缆的受损伤情况；③基于机器视觉原理的输电线弧垂测量方法，通过机器视觉方法确定输电线路上特征点(隔离棒)的空间坐标，进而应用曲线拟合方法实现弧垂的实时测量。④华中电网公司研发了“机载多角度电力巡线系统”，该系统利用多角度图像数据和线路高度数据提取特定目标信息，对目标进行三维重建，可方便获取高压线路走廊周围物体与电力线的距离，进行距离测量和危险点定位，该项目的软硬件系统已开发完毕，并已完成实验样机且进行了飞行实验。

目前，图像处理技术在电力巡检中的应用历史还很短，国内外研究成果还不多，国外研究成果主要集中在图像采集的稳定性和图像质量的改善上，主要应用于摄像机的智能控制方面，输电线路故障的识别与定位方面却很少涉及。国内外在输电线路提取与识别、弧垂测量、电缆状态监测等方面已有初步研究成果，但其精度和实用性方面还有待进一步提高，而杆塔、绝缘子等重要输电设备图像监测方法的相关研究才刚刚起步。可见光影像处理技术在电力巡检领域具有良好的应用前景，但还存在一些关键技术需要解决。