專利名稱：電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控和圖像識別技術(shù)領(lǐng)域，及電力高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)監(jiān)測。具體地說，涉及應(yīng)用圖像灰度化、二值化、歸一化圖像預(yù)處理技術(shù)對電力高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)進(jìn)行自動圖像識別和故障告警的一種電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法。
背景技術(shù)：
在電力調(diào)度過程中主要依據(jù)斷路器輔助結(jié)點判斷開關(guān)的狀態(tài)和位置。但是，由于腐蝕、磨損、老化等原因，致使輔助開關(guān)切換不到位，有時不能正確判斷開關(guān)的真實位置，為調(diào)度指揮提供了錯誤信息。此時需人工去現(xiàn)場進(jìn)行實地觀測，而且排除故障一般需要較長的時間，給電網(wǎng)供電帶來不安全因素，甚至需停電檢修。
主開關(guān)設(shè)備均聯(lián)動一個ON/OFF指示牌指示斷路器的合分狀態(tài)，通過對ON/OFF指示牌的圖像識別，可以識別出開關(guān)位置的變化。這樣，可使調(diào)度員能真實地了解開關(guān)的位置，調(diào)度指揮更加準(zhǔn)確及時。
遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別系統(tǒng)就是將遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控和圖像識別技術(shù)結(jié)合起來，首先通過攝像頭、解碼器以及視頻服務(wù)器等設(shè)備，將采集到的數(shù)字視頻信號通過傳輸通道以視頻流的方式實時傳送回監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心對現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視，從視頻流中截取監(jiān)視目標(biāo)圖片，通過相應(yīng)的圖像預(yù)處理技術(shù)對數(shù)字視頻圖像進(jìn)行分析、處理和識別。因此應(yīng)用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和圖像識別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)的自動識別和故障告警。該項技術(shù)為保證電力企業(yè)生產(chǎn)安全以及快速診斷故障提供了一種新的直觀而準(zhǔn)確的手段。
電力高壓斷路器開關(guān)在變電站中是十分關(guān)鍵的設(shè)備，運用遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別技術(shù)，對電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，通過圖像處理技術(shù)實現(xiàn)對電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)狀態(tài)的自動識別與故障告警，有著重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)分別用紅底白字的“ON”以及綠底白字的“OFF”來區(qū)分開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)ON/OFF開關(guān)的具體特征，為確保對高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)狀態(tài)的正確識別，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是分別采用顏色特征和字符機(jī)構(gòu)兩種分類匹配的方法，達(dá)到識別開關(guān)狀態(tài)的目的。由于ON/OFF開關(guān)的底色不同，因此可以提取底色區(qū)域的顏色特征作為識別的判斷依據(jù)，如果底色為紅色可以判斷為“ON”，如果為綠色則判斷為“OFF”；在利用字符結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類匹配時，先對圖像進(jìn)行圖像灰度化、二值化、濾波、字符歸一化等一系列的圖像預(yù)處理操作，得到由背景圖像中被分割出來的“ON”、“OFF”字符，對字符進(jìn)行水平方向上的投影，通過觀察投影圖中的黑色像素點的聚集區(qū)域即可做出判斷。
本發(fā)明的有益效果是在識別高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)時，采用顏色特征與字符結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法，兩者互為輔助，降低識別結(jié)果的誤差率，實現(xiàn)對電力高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)的自動識別和故障告警。該項技術(shù)為保證電力企業(yè)生產(chǎn)安全以及快速診斷故障提供了一種新的直觀而準(zhǔn)確的手段。


圖1是本發(fā)明的識別對象—電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)“ON”和“OFF”狀態(tài)的原始圖片。
圖2是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像的顏色區(qū)域劃分圖。
圖3是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像預(yù)處理過程的灰度圖。
圖4是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像預(yù)處理過程的二值化和濾波處理結(jié)果。
圖5是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像預(yù)處理過程的歸一化結(jié)果圖。
圖6是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像識別過程的字符水平投影圖。
圖7是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像識別過程的字符坐標(biāo)結(jié)構(gòu)圖。
圖8是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像識別的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法。該方法是將遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別系統(tǒng)結(jié)合，通過攝像頭、解碼器以及視頻服務(wù)器等設(shè)備，將采集到的數(shù)字視頻信號通過傳輸通道以視頻流的方式實時傳送回監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心對現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視，從視頻流中截取監(jiān)視目標(biāo)圖片，通過相應(yīng)的圖像預(yù)處理技術(shù)對數(shù)字視頻圖像進(jìn)行分析、處理和識別，具體做法如下。
1.采用顏色特征匹配的做法，根據(jù)ON/OFF開關(guān)的不同底色，提取底色區(qū)域的顏色特征作為識別的判斷依據(jù)，如果底色為紅色則判斷為“ON”，如果底色為綠色則判斷為“OFF”；2.利用字符結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類匹配，首先將采集的圖像進(jìn)行圖像灰度化、二值化和平滑的圖像預(yù)處理操作，得到從背景圖像中被分割出來的“ON”、“OFF”字符，對字符進(jìn)行水平方向上的投影，通過觀察投影圖中的黑色像素點的聚集區(qū)域做出判斷。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。圖8是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)圖像識別的總流程圖，分別敘述如下圖1是電力高壓斷路器的ON/OFF開關(guān)“ON”和“OFF”狀態(tài)的原始圖片，在圖2中做了顏色區(qū)域的定義，字符部分定義為A區(qū)；有顏色的底定義為B區(qū)。為了識別ON/OFF開關(guān)狀態(tài)，需要判斷B區(qū)是紅色還是綠色。用RGB顏色模型進(jìn)行顏色特征提取，過程如下。
(1)選取B區(qū)一個像素點，將它的紅色分量、綠色分量、藍(lán)色分量三個分量作為基準(zhǔn)。掃描待識別區(qū)域(包含A區(qū)、B區(qū)的整個圓形區(qū)域)每個像素點，若該像素點的紅色分量R、綠色分量G、藍(lán)色分量B的三個分量與所選取的基準(zhǔn)均小于5，則認(rèn)為該像素點屬于B區(qū)。
(2)提取B區(qū)(底色區(qū))各個像素點的三基色分量，并對三個分量值分別做均值運算，得底色區(qū)域紅色分量值、綠色分量值和藍(lán)色分量值的均值；(3)提取B區(qū)的紅色特征和綠色特征，并對其做簡單的三次方運算，以增大其相對區(qū)別。
紅色分量相對值＝(2*紅色分量平均值-綠色分量相對值-藍(lán)色分量相對值)3綠色分量相對值＝(2*綠色分量平均值-紅色分量相對值-監(jiān)色分量相對值)3(4)計算“紅色分量相對值”和“綠色分量相對值”的相對大小。
紅綠顏色相對值＝紅色分量相對值-綠色分量相對值(5)識別判斷。
高壓斷路器的ON/OFF開關(guān) 由于彩色圖像的數(shù)據(jù)量大，為了后期進(jìn)行字符特征匹配時更加方便快捷，需要對圖像進(jìn)行灰度化處理。灰度圖是只含亮度信息，不含色彩信息的圖像，就像我們平時看到亮度由暗到明的黑白照片，變化是連續(xù)的。因此，要表示灰度圖，就需要把亮度值進(jìn)行量化。通常劃分成0到255共256個級別，0最暗(全黑)，255最亮(全白)。從彩色圖像到為灰度圖的轉(zhuǎn)變可由下式得到。
Y＝0.299R+0.587G+0.114B對圖1進(jìn)行灰度化操作，丟棄圖像的顏色信息，得到灰度圖結(jié)果如圖3。為了將識別目標(biāo)從背景中分離出來，對圖3繼續(xù)進(jìn)行二值化處理，使圖片轉(zhuǎn)換為只具有黑白兩種灰度值的二值圖像，并進(jìn)行濾波處理，結(jié)果如圖4。圖像的二值化將進(jìn)一步簡化灰度圖像處理的步驟和過程。設(shè)圖像f的灰度值范圍在[a，b]內(nèi)，二值化閾值設(shè)為T(a≤T≤b)，二值化處理的一般式可表示如下。
fT是二值圖像，通常用1來表示對象物區(qū)域(黑色區(qū)域)，用0來表示背景區(qū)域(白色區(qū)域)。
為了后期字符提取方便，將圖4進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如圖5。對圖5中的字符進(jìn)行水平方向的投影結(jié)果如圖6。在圖6中，“OFF”字符有2個明顯的峰起，分別對應(yīng)“OFF”字符的兩個橫；相應(yīng)的“ON”字符投影則沒有明顯的峰起。因此尋找字符的橫筆畫的數(shù)目可以作為ON/OFF的判別條件。
在圖7中，ON/OFF字符分別落在64*64大小的方形區(qū)域內(nèi)，可以看出投影集中在左邊第一到第五列方格內(nèi)，ON字符投影的黑色像素點占五列方格總像素點的80％以上，而OFF字符投影的黑色像素點占五列方格總像素點的70％以下。
(1)初始化黑色像素點百分比；(2)自上而下、自左而右的掃描方形區(qū)域中的前五列方格，即0≤x≤40、0≤y≤64；(3)統(tǒng)計前五列方格中的黑色像素點數(shù)目與總像素點數(shù)目的比值，得到黑色像素點百分比；(4)掃描結(jié)束，判斷輸出。
高壓斷路器開關(guān)的ON/OFF當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)黑色像素點百分比≥0.8時，為ON狀態(tài)；當(dāng)黑色像素點百分比≤0.7時，為OFF狀態(tài)；底色區(qū)域顏色特征識別法、字符結(jié)構(gòu)投影特征匹配法和網(wǎng)格特征匹配法為三個單個判別器，利用簡單投票法組合成多分類器，進(jìn)行多分類器集成判別，即有兩個或兩個以上的分類器做出決策A，則認(rèn)為決策A合法。
權(quán)利要求
1.一種電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是高壓斷路器開關(guān)內(nèi)部連動帶有指示牌，分別用紅底白字的“ON”以及綠底白字的“OFF”來區(qū)分開關(guān)狀態(tài)，分別采用顏色特征和字符機(jī)構(gòu)兩種分類匹配的方法來識別開關(guān)狀態(tài)所述采用顏色特征匹配的作法為利用ON/OFF開關(guān)的不同底色，提取底色區(qū)域的顏色特征作為識別的判斷依據(jù)，如果底色為紅色則判斷為“ON”，如果為綠色則判斷為“OFF”；所述利用字符結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類匹配，首先對要求1中所述采集的圖像進(jìn)行圖像灰度化、二值化、字符歸一化的圖像預(yù)處理操作，得到從背景圖像中被分割出來的“ON”、“OFF”字符，對字符進(jìn)行水平方向上的投影，通過觀察投影圖中的黑色像素點的聚集區(qū)域做出判斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是使用圖像灰度化的方法將彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像，簡化圖像特征結(jié)構(gòu)的分析與比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是使用圖像二值化的方法將灰度圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橹话诎變煞N灰度值的二值圖像，進(jìn)一步簡化圖像的特征結(jié)構(gòu)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是使用濾波方法對二值圖像進(jìn)行處理，突出圖像結(jié)構(gòu)特征，優(yōu)化圖像預(yù)處理結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是使用歸一化的方法對濾波后的圖像進(jìn)行縮放，能夠最大限度的突出所提取的特征，有利于下一步的識別。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控和圖像識別技術(shù)領(lǐng)域的一種電力高壓斷路器開關(guān)狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法。該方法是將遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別系統(tǒng)結(jié)合，首先通過攝像頭、解碼器以及視頻服務(wù)器等設(shè)備，將采集到的數(shù)字視頻信號通過傳輸通道以視頻流的方式實時傳送回監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心對現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視，從視頻流中截取監(jiān)視目標(biāo)圖片，利用圖像顏色以及字符結(jié)構(gòu)兩種特征進(jìn)行分類匹配來識別高壓斷路器的ON/OFF的狀態(tài)，并將識別結(jié)果傳送回監(jiān)控中心，供事后故障分析之用，識別準(zhǔn)確率達(dá)98％以上。為電力系統(tǒng)故障監(jiān)測與故障分析提供一種新的手段，以提高電力系統(tǒng)的信息化水平。
文檔編號G06K9/60GK1845605SQ200610080729
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者孫鳳杰, 許剛, 范杰清 申請人:華北電力大學(xué)(北京)