專利名稱：基于視頻監(jiān)控與圖像識別的電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)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)及電力變壓器風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，涉及應(yīng)用圖像灰度化、二值化、膨脹、歸一化的圖像預(yù)處理技術(shù)對電力變壓器風(fēng)機設(shè)備圖像的處理及識別，對電力變壓器風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)進行自動圖像識別和故障告警的一種基于視頻監(jiān)控與圖像識別的電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)識別方法。
背景技術(shù)：
目前對電力變壓器風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)自動監(jiān)測所采用的技術(shù)手段，是在風(fēng)機供電電路中檢測電流的有無來確定風(fēng)機是否轉(zhuǎn)動。當(dāng)風(fēng)機電動機出現(xiàn)故障時，此時風(fēng)機已停止轉(zhuǎn)動，而現(xiàn)有監(jiān)測手段若沒有檢測出來，將會導(dǎo)致電力變壓器的溫度過高而最終燒毀，使電力企業(yè)生產(chǎn)蒙受極大的損失。因此，這種監(jiān)測手段是不可靠的。采用遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別技術(shù)對風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，比現(xiàn)有的監(jiān)測手段更加直觀、有效，并且不需要接觸設(shè)備，避免了對設(shè)備正常運行的干擾。
電力變壓器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)，對電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，通過圖像處理技術(shù)實現(xiàn)對電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)的自動識別與故障告警，有著非常重要的現(xiàn)實意義。
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)對電力變壓器風(fēng)機運行狀態(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于視頻監(jiān)控與圖像識別的電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)識別方法。所述電力變壓器風(fēng)機設(shè)備負(fù)責(zé)為變壓器散熱，由3個葉片組成。根據(jù)風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是首先對電力變壓器風(fēng)機圖片進行灰度化、二值化處理提取識別目標(biāo)扇葉；然后再對圖像進行膨脹處理，以消除扇葉保護網(wǎng)對圖像的干擾。經(jīng)過預(yù)處理后，當(dāng)風(fēng)機處于運行狀態(tài)時，圖像為一個黑色圓環(huán)；當(dāng)風(fēng)機處于停止?fàn)顟B(tài)時，由于扇葉之間存在縫隙，使得圖像為一個帶有白色缺口的圓環(huán)區(qū)域。大量實驗證明，風(fēng)機運行時黑色像素點占整個圓環(huán)區(qū)域的98％左右；而風(fēng)機停止時，該值為75％左右。本發(fā)明中，通過掃描圖像中風(fēng)扇所處的圓環(huán)區(qū)域，計算扇葉所處圓環(huán)區(qū)域中黑色像素點數(shù)目占總像素點數(shù)目的比例值，再經(jīng)過三次方運算，擴大兩種情況下的差值后，與參數(shù)0.68 進行比較，即可得出一次判別的風(fēng)機狀態(tài)；同時通過多次取圖像、預(yù)處理、判別后，取多次判別的多數(shù)判別結(jié)果即為當(dāng)前風(fēng)機的工作狀態(tài)。
本發(fā)明的有益效果是在識別電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)時，運用遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別技術(shù)，對電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，采用多次實驗的結(jié)果計算閾值量化標(biāo)準(zhǔn)，降低識別過程中的不確定性，使識別準(zhǔn)確率達(dá)98％以上，減小識別結(jié)果的誤差率；因此通過圖像處理技術(shù)實現(xiàn)對電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)的自動識別與故障告警，有著非常重要的現(xiàn)實意義。


圖1是本發(fā)明的識別對象—電力變壓器風(fēng)機轉(zhuǎn)動和停止?fàn)顟B(tài)的原始圖片。
圖2是電力變壓器風(fēng)機圖像預(yù)處理過程的灰度圖。
圖3是電力變壓器風(fēng)機圖像預(yù)處理過程的二值化結(jié)果圖。
圖4是電力變壓器風(fēng)機圖像預(yù)處理過程的膨脹結(jié)果圖。
圖5是電力變壓器風(fēng)機圖像預(yù)處理過程的二值圖像歸一化結(jié)果。
圖6是電力變壓器風(fēng)機圖像識別的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于視頻監(jiān)控與圖像識別的電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)識別方法。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明予以進一步說明。
圖1是電力變壓器風(fēng)機轉(zhuǎn)動和停止?fàn)顟B(tài)的原始圖片。由于彩色圖像的數(shù)據(jù)量大，為了后期其他特征量的提取方便快捷，需要對圖像進行灰度化處理?；叶葓D(Grayscale)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(jié)＝0.299R+0.587G+0.114B其中R表示紅色分量值；G表示綠色分量值；B表示藍(lán)色分量值。
對圖1進行灰度化操作，丟棄圖像的顏色信息，得到灰度圖結(jié)果如圖2。為了將識別目標(biāo)從背景中分離出來，對圖2繼續(xù)進行二值化處理，使圖片轉(zhuǎn)換為只具有黑白兩種灰度值的二值圖像，結(jié)果如圖3。圖像的二值化將進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)。
圖像的膨脹運算也稱擴張運算，用符號“”表示，X用S來膨脹記為XS，它定義為XS＝{x|S[x]⌒x≠Φ}式中X為目標(biāo)圖像的點的集合，S為結(jié)構(gòu)元素點的集合。由于風(fēng)機設(shè)備扇葉前部有隔離網(wǎng)，起到保護扇葉的目的，但是隔離網(wǎng)在圖像二值化處理后會在識別區(qū)域產(chǎn)生白色的網(wǎng)狀干擾，為了去除這些干擾，本文采用了圖像膨脹的方法對二值化后的圖像進行處理。對圖3進行膨脹處理，結(jié)果如圖4。
為了能正常的、方便的提取風(fēng)機特征，需將二值化后的圖像進行大小的歸一化處理，結(jié)果如圖5。
當(dāng)風(fēng)機處于啟動狀態(tài)時，經(jīng)過膨脹處理后的圖像為一個黑色的圓環(huán)型區(qū)域；而當(dāng)風(fēng)機處于停止?fàn)顟B(tài)時，由于三個扇葉之間存在空隙，圖像膨脹處理后為一個帶有三個白色的缺口圓環(huán)區(qū)域，依據(jù)這一特征進行風(fēng)機當(dāng)前工作狀態(tài)的識別。大量實驗證明，風(fēng)機啟動時，膨脹后的圖像中扇葉所處圓環(huán)型區(qū)域內(nèi)的黑色像素點數(shù)目占整個圓環(huán)型區(qū)域像素點數(shù)目總和的98％左右；風(fēng)機停止時，則為75％左右。本發(fā)明通過計算扇葉所處圓環(huán)型區(qū)域內(nèi)的黑色像素點數(shù)占整個圓環(huán)型區(qū)域總像素點數(shù)的比例的大小，來判斷當(dāng)前風(fēng)機所處的狀態(tài)，具體算法如下。
(1)掃描待識別的圓環(huán)型區(qū)域每個像素點，“像素點計數(shù)器”加一運算。若該像素點的像素值為255(白色)，“白色像素點計數(shù)器”做加一運算。掃描結(jié)束后，“白色像素點計數(shù)器”和“像素點計數(shù)器”的值即為待識別區(qū)域的白色像素點的數(shù)目與該區(qū)域像素點總數(shù)。
(2)計算待識別區(qū)域黑色像素點數(shù)占整個待識別區(qū)像素點總數(shù)的百分比黑色像素點數(shù)所占比例＝(像素點總數(shù)-白色像素點數(shù))/像素點總數(shù)。
(3)對“黑色像素點數(shù)所占比例”做簡單的三次方運算，以增大風(fēng)機處于兩個不同狀態(tài)時該值的相對區(qū)別；黑色像素點數(shù)所占比例＝(黑色像素點數(shù)所占比例)3(4)識別判斷。
其中參數(shù)0.68的計算過程如下[(0.98)3+(0.75)3]/2≈0.68圖6是電力變壓器風(fēng)機圖像識別的流程圖。
利用遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控和圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)電力變壓器風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)的自動圖像識別和故障告警，包括算法及應(yīng)用程序。通過圖像灰度化、二值化、濾波、膨脹等方法對圖像進行預(yù)處理，利用閾值量化標(biāo)準(zhǔn)作為判斷依據(jù)來識別風(fēng)機轉(zhuǎn)動或停止的狀態(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。
權(quán)利要求
1.一種電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別的步驟是首先對風(fēng)機停止時，扇葉間存在較大縫隙；而風(fēng)機運行時，縫隙消失的原始圖像進行灰度化、以二值化的方法提取識別目標(biāo)，并利用圖像膨脹的方法消除風(fēng)機保護網(wǎng)的干擾，然后利用計算扇葉所處圓環(huán)區(qū)域的黑色像素點數(shù)目占整個圓環(huán)區(qū)域總像素點數(shù)的比例來識別開關(guān)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(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所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(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所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是使膨脹方法對二值圖像進行處理，消除保護網(wǎng)在圖像二值化后造成的網(wǎng)格狀干擾，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所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是在圖像預(yù)處理結(jié)果的基礎(chǔ)上，計算圖像中扇葉所處圓環(huán)區(qū)域黑色像素點占整個圓環(huán)區(qū)域所有像素點的比例值，將這個比例值進行三次方運算，并閾值量化標(biāo)準(zhǔn)進行比較，進行一次判斷，經(jīng)多次取圖、處理、判斷后，選取概率大的判斷結(jié)果作為最終的風(fēng)機當(dāng)前工作狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力變壓器風(fēng)機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的圖像處理與識別方法，其特征是閾值量化標(biāo)準(zhǔn)通過多次實驗得到，準(zhǔn)確率高，誤差范圍較小。
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)及電力變壓器風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域的一種基于視頻監(jiān)控與圖像識別的電力變壓器風(fēng)機狀態(tài)識別方法。該方法是將遠(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)對電力變壓器風(fēng)機運行狀態(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。
文檔編號G06K9/36GK1845607SQ20061008073
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, 范杰清, 許剛 申請人:華北電力大學(xué)(北京)