[发明专利]高铁接触网棒式绝缘子不良状态检测的快速模糊匹配方法

摘要

本发明公开了一种高铁接触网棒式绝缘子不良状态检测的快速模糊匹配方法。包括以下步骤：首先对选取的模板图像进行相应的变形处理，再利用金字塔近邻平均算法对图像与模板分层；接着对分层后的图像和模板进行归一化互相关计算，提取峰值点，达到快速模糊匹配的目的；然后提取匹配的目标区域，并对其横向灰度奇异值检测；最终对棒式绝缘子不良状态做出精确判断。本发明方法有效地降低了归一化互相关的运算量，加快了图像匹配速度，简化了故障诊断的难度，提高了故障检测的精准性，能较针对性的解决高铁接触网的安全运营问题。

主权项

1.高铁接触网棒式绝缘子不良状态检测的快速模糊匹配方法，在接触网棒式绝缘子不良状态检测中保证目标图像匹配的快速性及故障检测的精确性，其具体工作步骤包含：A、目标图像采集：将上行、下行拍摄的图像分别储存在两个图像库中；B、图像做相应的变换处理，得到所需的水平模板、30°模板、60°模板；C、利用归一化互相关函数模糊匹配定位绝缘子：a、引入归一化互相关函数法对目标棒式绝缘子进行定位：设待匹配绝缘子I图像的像素大小为M×N，模板T的像素大小为m×n，从图像I中任意选取一块像素大小为m×n的子图I_x,y，其左上角的图像I坐标为(x,y)，此坐标范围为0≤x≤M-m，0≤y≤N-n；其中，M,N分别为带匹配图像的行数和列数，m,n分别为模板像素的行数和列数,子图I_x，y和模板T的归一化互相关值R_(x，y)定义为：R(x,y)=Σi=0m-1Σj=0n-1[I(x+i,y+j)-I‾x,y][T(i,j)-T‾]Σi=0m-1Σj=0n-1[I(x+i,y+j)-I‾x,y]2Σi=0m-1Σj=0n-1[T(i,j)-T‾]2---(1)]]>式中：(i,j)为像素在模板中的坐标，其中为子图I_x,y的像素平均值，为模板T的像素平均值，所有的归一化互相关值构成归一化互相关并简化得到矩阵R(x,y)′=Σi=0m-1Σj=0n-1I(x+i,y+j)T(i,j)′Σi=0m-1Σj=0n-1[I(x+i,y+j)-I‾x,y]2---(2)]]>b、设置合适的阈值，模糊匹配出图像中所有的棒式绝缘子：待匹配图像与水平模板匹配后，检测出图像内的所有棒式绝缘子；对上行图库处理时，取水平绝缘子模板，并对模板做30°，60°变换处理；对下行图库匹配时需对选取的水平绝缘子模板做-30°，-60°变换处理；D、基于金字塔近邻平均算法的多分辨率图像分解金字塔设定为五层，原图作为金字塔底层，对金字塔i层像素点进行抽样：隔1行隔1列像素奇抽样；隔1行隔1列像素偶抽样；隔1列像素偶抽样，隔1行像素奇抽样；隔1列像素奇抽样，隔1行像素偶抽样；将抽样的像素矩阵变换成同等大小的矩阵，再对这四个抽样像素矩阵取平均，即得到了金字塔的i+1层；E、基于横向灰度奇异值故障检测针对绝缘子横向灰度的周期性，采用检测横向灰度奇异值的方法；主要包括绝缘子水平调整，图像滑动滤波和基于小波变换的奇异值检测三部分：a、绝缘子水平调整提取定位出的绝缘子图片进行高通滤波处理，再利用canny算子对滤波后的图像进行边缘提取，图片出现较为规律的空心亮斑，对每个空心亮斑提取几何中心，拟合出反射线，最后对反射线进行Hough变换，从而精确得到绝缘子偏转角度，并进行相应调整；b、图像滑动平均滤波处理根据特征区域灰度值的周期性确定绝缘子是否夹杂异物、是否破损，从而给出故障判断；T_{m_x}(y)＝T(x＝m,y)       （3）T_{m_x}为m行对应的横向灰度值；采用五点三次滑动平均滤波法，使图片达到较为精确平滑的效果；c、利用小波变换进行奇异值检测后获得检测结果横向灰度值信号在突变点的奇异性通过小波变换模的局部极大值来描述，模极大值的检测过程：1)在图像进行横向基线标定，基线上像素点与小波高斯函数卷积，进行图像的小波变换；2)计算每个像素点的模值，并求出图像小波变换后的模极大值点；3)对模极大值进行归一化处理；4)设定阈值，去除较小的模极大值点；5)找出模极大值区域间离散时间间距，进行相关比较分析，从而检测出异常区域；6）输出检测出异常区域信号至后续处理或标注设备入口。