[发明专利]一种基于航拍图像识别的电网地理接线图绘制方法

权利要求书

1.一种基于航拍图像识别的电网地理接线图绘制方法，其具体步骤如下：

步骤一、根据国家电网典型设计手册设计方案选取变电站、杆塔的特征值，随后使用“最小二乘法”对变电站、杆塔的特征值进行拟合；随后将特征值做成模板；

步骤二、使用卫星或者无人机对所需绘制电网地理接线图的区域进行拍摄，得到航拍视频，然后从航拍视频中截取图像帧；

步骤三、对图像进行灰度转换；具体过程如下：

将R、G和B三通道图像转换为单通道灰度图，即三通道数据转换为灰度数据，转换公式如下：

（1）

其中，R为图像中的红色通道，G为图像中的绿色通道，B为图像中的蓝色通道；

步骤四、对灰度转换的图进行直方图均衡化加强，使图像中的边缘信息加强；具体过程如下：

设变量γ为灰度图中像素灰度级；灰度图是由公式（1）由RGB空间转换得到，

图像中灰度级出现的概率

式中，为灰度图像中像素总数，是灰度级为的像素个数，为灰度图中灰度级的总数，将和的关系在直角坐标系中表示出来，得到的图形就是直方图；

灰度图的累积分分布函数即输出图像灰度级为的函数

（2）

应用公式（2），将输入灰度图中灰度级为的各个像素映射到输出图像灰度等级为的对应像素得到输出图像，得到直方图均衡化效果图；

步骤五、将直方图均衡化效果图通过自适应阈值分割，得到二值化效果图；具体过程如下：

根据直方图均衡化效果图灰度级像素的邻域块的像素值分布来确定直方图均衡化效果图灰度级像素位置上的二值化阈值；

步骤六、将二值化效果图进行形态学变换的去噪处理，得到去噪效果图；具体过程如下：

（1）利用腐蚀方法将二值化效果图上的点与核进行卷积，并把卷积结果放到与二值化效果图上的点坐标相同的新的图像中的点上，从而计算核区域像素的最小值；并得到一个腐蚀后的图像；其中，核是一个3×3像素的中间带有参考点的实心圆盘；

（2）膨胀是腐蚀的反操作，即核与腐蚀后的图像卷积后，计算核覆盖的区域的像素点的最大值，并把这个最大值赋值给与腐蚀后的图像上的点坐标相同的新的图像中的点上，最后得到的图像为去噪后效果图；

步骤七、将去噪效果图通过Canny边缘检测，得到只含有边缘信息的前景图，具体过程如下：

（1）用高斯滤波器平滑图像；

其中为去噪效果图的横坐标和纵坐标，为方差

（2）用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；

（3）对梯度幅值进行非极大值抑制；

（4）用双阈值算法检测和连接边缘；

步骤八、将只含有边缘信息的前景图进行轮廓提取得到变电站、杆塔的特征值轮廓的个数，并将各轮廓以轮廓树的形式保存起来，按照轮廓树逐一绘制出前景图的各轮廓，即得到疑似变电站、杆塔的图形轮廓，具体过程如下：

在OpenCV（Open Source Computer Vision Library）里提取目标轮廓的函数为findCoutours，可以识别前景图的轮廓，其中findCoutours的输入图像是一幅二值图像即边缘信息的前景图，findCoutours输出的是边缘信息的前景图中每一个连通区域的轮廓点的集合；轮廓点的集合包括轮廓个数和各轮廓上点的个数信息，并可以根据轮廓点的集合绘制出疑似变电站、杆塔的图形轮廓；

步骤九、将提取的边缘轮廓信息与变电站、杆塔的特征模板进行匹配，匹配成功的杆塔使用绘图软件用一个点在图上做好标记，匹配成功的变电站使用绘图软件将变电站的四个角做好标记；具体过程如下：

（1）采集提取出疑似变电站、杆塔的图形轮廓特征值；

（2）利用疑似变电站、杆塔的图形轮廓特征值创建样本，利用样本训练决策树、贝叶斯、支持向量机和K近邻四种分类器模型，当四种分类器中至少有三个分类器对疑似变电站、杆塔的图形轮廓进行判别的结果一致时，则判别的结果为变电站或者杆塔；

步骤十、利用G语言规范中的连接线图形元素表示形式将变电站或杆塔的关键点连接绘制在电网地理接线图中；具体步骤如下：

识别为220kV变电站的图形，使用蓝色线条将其四个角连接标出，识别为110kV变电站的图形，使用红色线条将其四个角连接标出，识别为35kV变电站的图形，使用黄色线条将其四个角连接标出；识别为220kV杆塔的图形，使用蓝色线段将其一一连接描出；识别为110kV杆塔的图形，使用红色线段将其一一连接描出，识别为35kV杆塔的图形，使用黄色线段将其一一连接描出；

步骤十一、人工核对电网地理接线图，具体步骤如下：

人工审核Ｇ语言绘制好的电网地理接线图，修正偏离实际位置的变电站形状和线路走向。