一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，包括以下步驟：步驟1、通過(guò)輸電線路桿塔上微氣象在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)森林火險(xiǎn)等級(jí)做出評(píng)級(jí)，根據(jù)評(píng)級(jí)調(diào)整在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集圖像的頻率；步驟2、采用圖像差分原理檢測(cè)圖像異常情況；步驟3、對(duì)圖像進(jìn)行天際線分割；步驟4、對(duì)圖像是否存在火焰區(qū)域進(jìn)行判斷；步驟5、對(duì)圖像是否存在煙霧區(qū)域進(jìn)行判斷；步驟6、判斷是否出現(xiàn)火情。具有實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸電線路山火的遠(yuǎn)程預(yù)警，確保電力系統(tǒng)輸電線路安全穩(wěn)定的運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸電線路在線監(jiān)測(cè)圖像識(shí)別技術(shù)，特別涉及一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)對(duì)山火的預(yù)警多采用林業(yè)部門(mén)人員巡視，租用高空飛行器監(jiān)測(cè)等手段，均存在著監(jiān)測(cè)范圍和時(shí)間有限，費(fèi)用過(guò)高，易受氣候條件影響，無(wú)法進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。林業(yè)部租用兩顆美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局的衛(wèi)星以紅外成像的形式對(duì)我國(guó)境內(nèi)山火進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是每天只能對(duì)指定區(qū)域掃描4次，對(duì)山火發(fā)生的預(yù)警缺乏及時(shí)性。 [0003]國(guó)內(nèi)公司針對(duì)輸電線路附近山火在線監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品，多為采用煙霧傳感器對(duì)山火進(jìn)行預(yù)警，但是由于風(fēng)力風(fēng)向、大氣煙塵等自然因素的影響，正確識(shí)別率較低。煙霧傳感器長(zhǎng)期暴露于野外地區(qū)，可靠性也會(huì)降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，該方法通過(guò)對(duì)輸電線路周圍的地形地貌以及山火的火焰和煙霧特征進(jìn)行綜合的圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸電線路山火的遠(yuǎn)程預(yù)警，確保電力系統(tǒng)輸電線路安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1、通過(guò)輸電線路桿塔上微氣象在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)森林火險(xiǎn)等級(jí)做出評(píng)級(jí)，根據(jù)評(píng)級(jí)調(diào)整在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集圖像的頻率；
[0007]步驟2、采用圖像差分原理檢測(cè)圖像異常情況；
[0008]步驟3、對(duì)圖像進(jìn)行天際線分割；
[0009]步驟4、對(duì)圖像是否存在火焰區(qū)域進(jìn)行判斷；
[0010]步驟5、對(duì)圖像是否存在煙霧區(qū)域進(jìn)行判斷；
[0011]步驟6、綜合各項(xiàng)判據(jù)，判斷是否出現(xiàn)火情。
[0012]所述步驟2包括以下步驟:
[0013]步驟2-1、選定第i幀正常情況圖像作為參考圖像,為MXN圖像,記為f；(x，y)；
[0014]步驟2-2、將第i+Ι幀圖像與參考圖像作差分運(yùn)算，記為:
[0015]Δ f j (x, y) =f i+1 (x, y) -fr (χ, y)；
[0016]當(dāng)AfiUypfi thres時(shí)，判斷圖像中有異常情況發(fā)生，進(jìn)入圖像天際線分割；
[0017]當(dāng)Λ fi (χ, y) <f, thres時(shí)，判斷圖像中無(wú)異常情況發(fā)生，同時(shí)將第i + 1幀圖像fi+i (χ, y)作為參考圖像f；(x，y)；
[0018]其中，fi(X，y)為某時(shí)刻正常情況參考圖像的像素，判斷有異常情況發(fā)生時(shí)的圖像像素閾值；[0019]步驟2-3、把fi，thres作為判斷有異常情況發(fā)生時(shí)的圖像像素閾值。
[0020]以上式中，&(X，y)為某時(shí)刻正常情況參考圖像的像素，f^thres為判斷有異常情況發(fā)生時(shí)的圖像像素閾值。
[0021]所述步驟3包括以下步驟:
[0022]步驟3-1、通過(guò)Canny邊緣檢測(cè)算法可以對(duì)圖像中各個(gè)特征部分進(jìn)行輪廓識(shí)別；
[0023]步驟3-2、對(duì)比輪廓線的延續(xù)性長(zhǎng)度，角度，高度差，對(duì)比度，得到天際輪廓線；
[0024]步驟3-3、將靜態(tài)圖片分為天空部分和地面部分。
[0025]對(duì)所述輪廓線進(jìn)行判斷的判據(jù)如下:
[0026]天際線的角度在0°角上下波動(dòng)；
[0027]天際線上升和下降的像素角度之間的呈對(duì)稱比例；天際線的平均垂直高度差較小的邊界；
[0028]設(shè)單位區(qū)域內(nèi)邊界線的角記為A(X)，垂直高度差記為h(x)；
[0029]單位區(qū)域的角度和
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、通過(guò)輸電線路桿塔上微氣象在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)森林火險(xiǎn)等級(jí)做出評(píng)級(jí)，根據(jù)評(píng)級(jí)調(diào)整在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集圖像的頻率； 步驟2、采用圖像差分原理檢測(cè)圖像異常情況； 步驟3、對(duì)圖像進(jìn)行天際線分割； 步驟4、對(duì)圖像是否存在火焰區(qū)域進(jìn)行判斷； 步驟5、對(duì)圖像是否存在煙霧區(qū)域進(jìn)行判斷； 步驟6、判斷是否出現(xiàn)火情，如果出現(xiàn)火情，則進(jìn)行預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟: 步驟2-1、選定第i幀正常情況圖像作為參考圖像,為MXN圖像,記為f；(x，y)； 步驟2-2、將第i+Ι幀圖像與參考圖像作差分運(yùn)算，記為:
Δ fj (X，y) =fi+1 (x, y) -fr (x, y)； 當(dāng)Λ時(shí)，判斷圖像中有異常情況發(fā)生，進(jìn)入圖像天際線分割； 當(dāng)八40^)〈。1_時(shí)，判斷圖像中無(wú)異常情況發(fā)生，同時(shí)將第1+1幀圖像410^)作為參考圖像fr (χ, y)； 其中，fi(x，y)為某時(shí)刻正常情況參考圖像的像素，^thres為判斷有異常情況發(fā)生時(shí)的圖像像素閾值； 步驟2-3、把^thres作為判斷有異常情況發(fā)生時(shí)的圖像像素閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟: 步驟3-1、通過(guò)Canny邊緣檢測(cè)算法可以對(duì)圖像中各個(gè)特征部分進(jìn)行輪廓識(shí)別； 步驟3-2、對(duì)比輪廓線的延續(xù)性長(zhǎng)度、角度、高度差和對(duì)比度，得到天際輪廓線； 步驟3-3、將靜態(tài)圖片分為天空部分和地面部分。 對(duì)所述輪廓線進(jìn)行判斷的判據(jù)如下: 天際線的角度在0°角上下波動(dòng)； 天際線上升和下降的像素角度之間的呈對(duì)稱比例；天際線的平均垂直高度差較小的邊界； 設(shè)單位區(qū)域內(nèi)邊界線的角記為AU)，垂直高度差記為h(x)；單位區(qū)域的角度和為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟4包括以下步驟: 步驟4-1、提取圖像火焰顏色分量數(shù)值，所述圖像火焰顏色分量數(shù)值的RGB特征為:
R≥k1G ≥k2B, R ≥ 230， 式中，h和k2是根據(jù)攝像頭的圖像飽和特性以及對(duì)比背景的復(fù)雜程度求得的系數(shù)； 在字圖像HSV顏色模型中，H、S和V的參數(shù)分別表示色調(diào)、飽和度和亮度；而數(shù)字成像CCD/CMOS對(duì)亮度空間更為敏感，相對(duì)背景植被的漫反射部分，火焰的飽和度和亮度更高；步驟4-2、分析山火圖像，當(dāng)山火圖像的HSV值滿足H的取值范圍為O~0.17、S的取值范圍為O~I且V的取值范圍為0.4~I時(shí),判定為火焰像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟5包括以下步驟: 步驟5-1、通過(guò)小波變換將圖像信號(hào)分解為高、低頻兩部分，對(duì)比前后圖像的小波能量值作為煙霧特征的判據(jù)； 步驟5-2、通過(guò)小波能量值識(shí)別圖像是否被煙霧模糊化的判據(jù)為:
A EL「EL(i+1) (X，y) -ELi (x, y)〉EL，thres， 其中，ELi (x, y)為尺度dl的某時(shí)刻正常情況參考圖像的低頻能量，Euttoes為煙霧識(shí)別的閾值； 步驟5-3、參考圖像中物體顏色特性進(jìn)行對(duì)比作為山火煙霧的識(shí)別判據(jù)，山火煙霧的HSV特征為:
O≤ H ≤0.17,
0.16≤ S ≤ 0.31，
0.73 ≤ V ≤ 1，
對(duì)圖片中具有以上Hsv特征的像素的含量的計(jì)算
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，在步驟4種，通過(guò)以下步驟對(duì)所述火焰區(qū)域采用動(dòng)態(tài)閥值進(jìn)行判斷: 步驟(4.1)設(shè)f (X，y)為MXN圖像(x, y)點(diǎn)的灰度值，灰度級(jí)為L(zhǎng),假設(shè)f (x, y)的取值范圍為[0，L-1]，記為Gl={0，1,2,…，L-1}，設(shè)P(i)為圖像f(x，y)中灰度級(jí)i的頻數(shù)，則.1 ▽-灰度級(jí)出現(xiàn)的概率為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路桿塔圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的山火圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟6中，通過(guò)以下步驟對(duì)山火圖像進(jìn)行預(yù)警: 步驟6-1、最新采集的圖像與前一時(shí)刻正常情況的參考圖像進(jìn)行差分運(yùn)算； 若圖像異常部分面積大于整定值^thres時(shí)，對(duì)圖像進(jìn)行降噪濾波處理；進(jìn)行天際線識(shí)另O，分割天空和地面的圖像；同時(shí)啟動(dòng)煙霧和火焰圖像識(shí)別算法； 步驟6-2、提取煙霧特征 后，對(duì)比圖像的小波能量值，當(dāng)其大于整定值EH，tosW;對(duì)比采集圖像與參考圖像的顏色特性，當(dāng)顏色特性大于整定判據(jù)aN，thMS時(shí)，發(fā)出山火預(yù)警信號(hào)；步驟6-3、進(jìn)行火焰圖像識(shí)別，天際線識(shí)別后，從地面圖像部分提取顏色特征量，對(duì)滿足式R > Ic1G ^ k2B部分的面積進(jìn)行濾波，得到火焰圖像面積，當(dāng)火焰圖像面積大于整定值SiitosW，發(fā)出山火預(yù)警信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G08B17/00GK103778418SQ201410043121
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】郝艷捧, 陽(yáng)林, 羅健斌, 史尊偉, 曹敏, 楊家全 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 云南電網(wǎng)公司