一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，屬于計算機視 覺科學技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣子是輸電線路中的重要元器件，其作用是電氣絕緣及支撐線路，由于常年暴 露在大氣中，受雷擊、污穢等因素影響，極易損壞。據(jù)統(tǒng)計，電力系統(tǒng)故障率排在首位的就是 由于絕緣子斷裂而引發(fā)的事故。因此對絕緣子進行狀態(tài)檢測和故障診斷就變得非常重要。 近年來使用直升機進行電網(wǎng)巡檢，利用圖像處理技術(shù)發(fā)現(xiàn)絕緣子故障已成為熱點問題。而 從航拍圖像中定位絕緣子是實現(xiàn)絕緣子故障檢測的基礎。
[0003] 目前，傳統(tǒng)現(xiàn)有的絕緣子定位方法主要分為四大類：（1)基于顏色信息的定位?？?慮絕緣子與背景區(qū)域的顏色差異，將絕緣子彩色圖像轉(zhuǎn)換到HSI空間，當絕緣子與背景區(qū) 域顏色區(qū)別明顯時，該方法可以標示出絕緣子，但當二者顏色比較接近時，標示效果不理 想。（2)基于邊緣檢測的定位。因為航拍圖像背景非常復雜，包含輸電線、桿塔、防震錘等 多個目標，使得邊緣檢測算法的定位精度受到影響。（3)基于形狀特征的定位。航拍過程 中由于拍攝角度問題，有時絕緣子會發(fā)生傾斜，拍攝距離不同絕緣子在畫面中所呈現(xiàn)的大 小也會不同，這些特點導致依據(jù)形狀特征進行定位的準確率下降。（4)基于紋理特征的定 位。該定位方法計算復雜度高，且可能存在與絕緣子紋理相近的其他目標，致使該方法的應 用范圍受到限制。
[0004] 由于航拍圖像背景復雜，分辨率低，上述傳統(tǒng)的現(xiàn)有的絕緣子定位方法雖在一定 范圍內(nèi)能識別到絕緣子，但都不同程度上存在定位精度不夠的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于順序割圖法的航拍圖 像中絕緣子細定位方法。
[0006] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0007] (1)根據(jù)絕緣子和背景圖像的Hu不變矩訓練AdaBoost分類器；
[0008] 所述Hu不變矩是由Μ.K.Hu提出的一種不變矩，所述Hu不變矩是本技術(shù)領域中所 公知的；所述AdaBoost分類器是由多個弱分類器構(gòu)成的一個強分類器；
[0009] (2)利用步驟（1)訓練好的分類器對絕緣子進行粗定位；
[0010] (3)根據(jù)步驟（2)粗定位的結(jié)果，得到粗定位中包含同一個絕緣子的所有矩形的 并集的初始最小外接矩形；
[0011] (4)利用步驟⑴訓練好的分類器對步驟（3)所得矩形對應圖像部分進行順序裁 害J，得到精細定位的絕緣子。
[0012] 所述步驟（3)中找到粗定位同一個絕緣子的矩形的并集的初始最小外接矩形；
[0013] 所述步驟（4)中被粗定位的絕緣子在初始最小外接矩形中的位置有多種可能性， 裁圖過程中為了避免在某個方向上過度裁割對其他方向造成影響，采用順序割圖方法，即 四個方向輪流循環(huán)裁割，先從矩形的上側(cè)開始，沿著順時針方向依次對圖像進行裁割。
[0014] 所述步驟（4)中順序割圖時，先計算初始最小外接矩形對應的分類器連續(xù)值，進 行一次裁割，對剩余圖像部分再計算分類器連續(xù)值，比較兩個數(shù)值的大小，如果相等，則確 定能夠裁掉，否則恢復該塊圖像，不能裁割；調(diào)整裁割方向，重復該步驟，直到四個方向都不 能裁割，找到僅包含一個完整絕緣子的最小外接矩形，即絕緣子被精確定位。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：克服了一般絕緣子定位方法中絕緣子定位不 精確的問題，根據(jù)一般絕緣子定位方法的定位結(jié)果，采用順序割圖法進行細定位，大大提高 了絕緣子的定位精度。本發(fā)明能夠廣泛地應用于電網(wǎng)巡檢、絕緣子狀態(tài)檢測和故障診斷的
技術(shù)領域。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的流程圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明所述基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的順序割圖 法示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明所述基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的粗定位結(jié) 果示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明所述基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的初始最小 外接矩形示意圖；
[0020] 圖5是本發(fā)明所述基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的絕緣子細 定位結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0022] 本發(fā)明根據(jù)絕緣子粗定位結(jié)果且采用順序割圖法進行絕緣子細定位。本發(fā)明的基 于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法的流程如圖1所示，步驟如下：
[0023] 步驟（1):根據(jù)絕緣子和背景圖像的Hu不變矩訓練AdaBoost分類器。
[0024] 分別提取正樣本和負樣本的Hu不變矩，作為AdaBoost分類器的輸入數(shù)據(jù)，訓練分 類器；樣本是小圖像塊，所述正樣本是包含絕緣子的小圖像塊；所述負樣本是不包含絕緣 子的小圖像塊即背景圖像。
[0025] 步驟（2):利用步驟⑴訓練好的分類器對絕緣子粗定位。
[0026] 提取航拍絕緣子圖像的Hu不變矩，利用訓練好的分類器進行分類識別，對絕緣子 粗定位。
[0027] 步驟（3):得到粗定位中包含同一個絕緣子的所有矩形的并集的初始最小外接矩 形R〇
[0028] 步驟⑷：利用步驟⑴訓練好的分類器對步驟（3)所得矩形R對應圖像部分進 行順序裁割，得到精細定位的絕緣子。
[0029] 根據(jù)絕緣子粗定位訓練好的AdaBoost分類器，在順序割圖時，采用如下目標函 數(shù)：
[0031] 其中Gr(x)為AdaBoost弱分類器，ar為Gr(x)在最終分類器中的權(quán)重，Μ為循環(huán) 迭代次數(shù)，迭代次數(shù)從1到Μ，其中r為索引。
[0032] 計算初始最小外接矩形對應的目標函數(shù)值，由于初始最小外接矩形包含一個完整 的絕緣子，因此計算得到的目標函數(shù)值應最大。對初始最小外接矩形進行一次裁割，計算剩 余圖像部分的目標函數(shù)值，比較二者大小，如果相等，則確定能夠裁掉，否則恢復該塊圖像， 不能裁割。調(diào)整裁割方向，重復該步驟，直到四個方向都裁割完畢，找到僅包含一個完整絕 緣子的最小外接矩形私，即絕緣子被精確定位。私定義為：
[0034] 式中φ(R)表示矩形的面積，γ《表示粗定位找到的同一個絕緣子的矩形的并集， R表示并集^^ &的初始最小外接矩形。
[0035] 裁割過程如圖2所示，對圖像進行裁割時，為避免某個方向上過度裁割對其他方 向造成影響，采用順序割圖法，從R的上側(cè)開始，沿著圖2的順時針方向1、2、3、4的順序依 次進行裁割。
[0036] 圖3 (a)、圖3 (b)所示為兩幅航拍絕緣子圖像使用AdaBoost分類器進行粗定位的 結(jié)果。
[0037] 在圖3(a)、圖3(b)中，同一個絕緣子被多個矩形找到，即被多次定位，有的矩形包 含完整絕緣子，有的矩形只包含了絕緣子的一部分，而且矩形的面積大，絕緣子在矩形中所 占比例小。
[0038] 圖4 (a)、圖4 (b)所示的粗矩形為初始最小外接矩形R。
[0039] 應用本發(fā)明的方法，最終得到的絕緣子細定位結(jié)果如圖5(a)、圖5(b)所示。
[0040] 在圖5(a)、圖5(b)中可以看出，最終的矩形既能包含完整絕緣子，而且矩形面積 更小，絕緣子在矩形中所占比例更大，即絕緣子定位更精確。
[0041] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 根據(jù)絕緣子和背景圖像的Hu不變矩訓練AdaBoost分類器； 所述Hu不變矩是由Μ.K.Hu提出的一種不變矩，所述Hu不變矩是本技術(shù)領域中所公知 的；所述AdaBoost分類器是由多個弱分類器構(gòu)成的一個強分類器； (2) 利用步驟（1)訓練好的分類器對絕緣子進行粗定位； (3) 根據(jù)步驟（2)粗定位的結(jié)果，得到粗定位中包含同一個絕緣子的所有矩形的并集 的初始最小外接矩形； (4) 利用步驟（1)訓練好的分類器對步驟（3)所得矩形對應圖像部分進行順序裁割，得 到精細定位的絕緣子。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，其特 征在于，所述步驟（3)中找到粗定位同一個絕緣子的矩形的并集的初始最小外接矩形。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，其特 征在于，所述步驟（4)中被粗定位的絕緣子在初始最小外接矩形中的位置有多種可能性， 裁圖過程中為了避免在某個方向上過度裁割對其他方向造成影響，采用順序割圖方法，即 四個方向輪流循環(huán)裁割，先從矩形的上側(cè)開始，沿著順時針方向依次對圖像進行裁割。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，其特 征在于，所述步驟（4)中順序割圖時，先計算初始最小外接矩形對應的分類器連續(xù)值，進行 一次裁割，對剩余圖像部分再計算分類器連續(xù)值，比較兩個數(shù)值的大小，如果相等，則確定 能夠裁掉，否則恢復該塊圖像，不能裁割；調(diào)整裁割方向，重復該步驟，直到四個方向都不能 裁割，找到僅包含一個完整絕緣子的最小外接矩形，即絕緣子被精確定位。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于順序割圖法的航拍圖像中絕緣子細定位方法，包括以下步驟：(1)根據(jù)絕緣子和背景圖像的Hu不變矩訓練AdaBoost分類器；(2)利用步驟(1)訓練好的分類器對絕緣子進行粗定位；(3)根據(jù)步驟(2)粗定位的結(jié)果，得到粗定位中包含同一個絕緣子的所有矩形的并集的初始最小外接矩形；(4)利用步驟(1)訓練好的分類器對步驟(3)所得矩形對應圖像部分進行順序裁割，得到精細定位的絕緣子；本發(fā)明的優(yōu)點是：大大提高了絕緣子的定位精度，能夠廣泛地應用于電網(wǎng)巡檢、絕緣子狀態(tài)檢測和故障診斷的技術(shù)領域。
【IPC分類】G06K9/00, G06K9/62
【公開號】CN105404872
【申請?zhí)枴緾N201510843616
【發(fā)明人】程海燕, 王旭光, 韓璞, 翟永杰
【申請人】華北電力大學（保定）
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月26日