一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，包括以下步骤：图像预处理、处理图像、开关定位、目标开关的朝向识别和目标开关的状态判断；利用数字图像处理技术，实现设备开关状态的自动批量识别，准确率、效率、实时性高，且实现过程方便、通用性较强。

Power equipment switch state detection system based on digital image processing

The invention provides a power device switching state detection system based on digital image processing, which comprises the following steps: face recognition and target switch state image preprocessing, image processing, target positioning, switch switch judgment; using digital image processing technology, automatic batch identification realizing equipment switch state, accuracy, efficiency and real-time, and the realization process is convenient and universal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像电力设备检测领域，尤其涉及一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统。
技术介绍
随着现代电力系统的发展，变电站设备日益复杂，需要大量控制开关来控制每个线路，并进行实时地监控开关状态(是否为异常跳)。目前，电力巡检依然以人工巡检的方式为主。然而，人工巡检相比自动化巡检有非常大的局限性。比如，由于人在一个时刻只能检测一个目标的特性，极大地限定了人的检测效率。并且，大量重复的检测任务容易使人疲劳，导致工作效率进一步降低，也增大了发生漏检、误检等错误的概率，严重时可能引发供电问题或安全事故。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，能够解决电力巡检中人工识别设备开关状态效率低、错误率高，容易导致漏检、误检的问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，包括以下步骤：1)图像预处理：首先对摄像头实时采集的电力设备开关图像做去阴影、开关颜色层面提取；2)处理图像：通过对图像颜色通道进行操作，去除电力设备开关图像中的灰度颜色，并进行灰度化和二值化；3)开关定位：采用形态学滤波对图像进行降躁，再通过轮廓检测，筛选出符合要求的轮廓，作出目标开关的轮廓，并确定目标开关的位置；4)目标开关的朝向识别；通过判断目标开关的外接旋转矩形的状态，得出目标开关的朝向；5)目标开关的状态判断：通过对比目标开关正常时的状态，判断目标开关是否为异常。进一步，所述步骤3)中，筛选出符合要求的轮廓，需要符合位置约束和面积约束的条件。进一步，所述步骤4)中，当目标开关的外接旋转矩形旋转一定角度时，目标开关为异常状态。进一步，当目标开关的外接旋转矩形与竖直方向呈45度时，目标开关为异常状态。进一步，当目标开关的外接旋转矩形为竖直方向时，目标开关为正常状态。进一步，所述步骤5)中，目标开关正常时的状态和目标开关异常时的状态通过不同的颜色来区分。进一步，当所述外接旋转矩形的外框为绿色时，所述目标开关为正常状态。进一步，当所述外接旋转矩形的外框为红色时，所述目标开关为异常状态。本专利技术的有益效果为：利用数字图像处理技术，实现设备开关状态的自动(批量)识别，准确率、效率、实时性高，且实现过程方便、通用性较强。本专利技术给出了基于数字图像处理技术的某种常见电力开关状态批量自动识别的方法，适用于辅助巡检人员执行巡检任务或应用于固定监视摄像头监测、工业机器人巡检等自动化或半自动化的巡检任务，可大幅度提高巡检效率、保证准确率，也顺应了工业自动化的发展趋势。1)将摄像头实时采集的电力设备开关图像进行预处理和处理的步骤，能够提高目标开关状态判断的可操作性和准确性；2)通过目标开关的外接旋转矩形的状态和颜色，来判断目标开关是否为异常状态，简单、实时性高，且实现过程方便、通用性较强。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，包括以下步骤：1)图像预处理：首先对摄像头实时采集的电力设备开关图像做去阴影、开关颜色层面提取；去阴影是指：由于摄像头实时采集的电力设备开关图像中的阴影会对图像处理造成干扰，因此在预处理过程中应首先将灰色的阴影部分去除。开关颜色层面提取是指：从电力设备开关图像中提取与开关颜色相近的部分，以将前景(即需要提取出来的开关)与背景(即除开关外的图像部分)分离。摄像头实时采集的电力设备开关图像可由本系统所搭载的硬件接收并在本地进行处理(如AR设备和工业机器人的图像处理模块)，或将图像由网络传输到后台图像处理服务器进行处理(如各个监控摄像头将所采集的电力设备开关图像传输到后台服务器统一进行处理。2)处理图像：通过对图像颜色通道进行操作，去除电力设备开关图像中的灰度颜色，从而减小阴影的影响，然后提取出开关的颜色层面，并进行灰度化和二值化；数字图像的主要存储方式就是将图像的每个像素点的颜色分量(如RGB)存储在相应的颜色通道。图像处理过程中通过对颜色通道进行操作，提取出我们感兴趣的图像部分(比如，提取出图像中的所有绿色部分)。进行灰度化的目的为：由于阴影在图像中是灰度颜色，当我们感兴趣的物体不是灰色及相近颜色时，可通过去除图像中的灰度颜色，将阴影部分去除。当图像较暗或有阴影时，图像中的物体颜色会与阴影的灰色更加接近。如果不事先将阴影部分去除，将阴影部分与其他部分进行同样的图像处理操作的过程中可能会进一步减小阴影和其他图像部分的差异，在颜色提取时会更难以准确地分离出感兴趣的颜色部分。灰度化是指：对于RGB模式的图像来说，图像的灰度化就是将图像的RGB三个颜色值通过一定的规则转换成相应的灰度值。颜色较深的部分灰度值较高，较浅的部分灰度值较低。这样不需要对图像的不同颜色通道分别进行操作，并且由所有通道值合成的灰度值能更好地反应图像的特征。二值化，就是给定一个阈值，将灰度值大于此阈值的图像部分设为白色，小于此阈值的设为黑色，以分离出感兴趣的图像部分。以提取RGB图像中的绿色开关为例。首先，通过对图像颜色通道进行操作，增强图像中的绿色、减弱红色和蓝色。其次，将图像灰度化，使得图像中越接近绿色的部分灰度值越接近255，越远离绿色的部分灰度值越接近0(灰度值范围为0-255)。最后，选择合理的阈值，通过二值化分离出灰度值大于此阈值的图像部分，视为足够接近我们想提取的绿色图像部分，即绿色开关。3)开关定位：采用形态学滤波(如膨胀、腐蚀等操作)对图像进行降躁，再通过轮廓检测，筛选出符合要求的轮廓，作出目标开关的轮廓，并确定目标开关的位置；筛选出符合要求的轮廓，需要符合位置约束和面积约束的条件。形态学主要研究物体的形态和结构。对图像进行形态学滤波操作，是为了从图像中提取出表达和描绘区域形状的有用信息，如边缘和骨架等。进行膨胀、腐蚀等操作的目的为：由于开关上有非绿色的文字，通过二值化提取出的开关上有黑色空缺。另外，开关周围也有被提取出的其他相近颜色部分。此时，首先对图像进行膨胀操作，以填补开关上的空缺。然后进行腐蚀，以断开开关和周围其他相近颜色部分之间的连通部分。于是，在提取轮廓时可以更加准确地提取出开关的轮廓。4)目标开关的朝向识别；通过判断目标开关的外接旋转矩形的状态，得出目标开关的朝向；当目标开关的外接旋转矩形旋转一定角度时，目标开关为异常状态。当目标开关的外接旋转矩形与竖直方向呈45度时，目标开关为异常状态。当目标开关的外接旋转矩形为竖直方向时，目标开关为正常状态。5)目标开关的状态判断：通过对比目标开关正常时的状态，判断目标开关是否为异常。目标开关正常时的状态和目标开关异常时的状态通过不同的颜色来区分。当外接旋转矩形的外框为绿色时，目标开关为正常状态。当外接旋转矩形的外框为红色时，目标开关为异常状态。实施例一一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统的操作过程如下：由于装置面板上开关颜色均为绿色，通过对图像颜色通道进行操作，去除阴影并提取出与开关颜色相近的绿色层面，并进行灰度化和二值化。采用形态学滤波(膨胀、腐蚀等操作)对图像进行降噪。由于该装置面板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，其特征在于，包括以下步骤：1)图像预处理：首先对摄像头实时采集的电力设备开关图像做去阴影、开关颜色层面提取；2)处理图像：通过对图像颜色通道进行操作，去除电力设备开关图像中的灰度颜色，并进行灰度化和二值化；3)开关定位：采用形态学滤波对图像进行降躁，再通过轮廓检测，筛选出符合要求的轮廓，作出目标开关的轮廓，并确定目标开关的位置；4)目标开关的朝向识别；通过判断目标开关的外接旋转矩形的状态，得出目标开关的朝向；5)目标开关的状态判断：通过对比目标开关正常时的状态，判断目标开关是否为异常。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，其特征在于，包括以下步骤：1)图像预处理：首先对摄像头实时采集的电力设备开关图像做去阴影、开关颜色层面提取；2)处理图像：通过对图像颜色通道进行操作，去除电力设备开关图像中的灰度颜色，并进行灰度化和二值化；3)开关定位：采用形态学滤波对图像进行降躁，再通过轮廓检测，筛选出符合要求的轮廓，作出目标开关的轮廓，并确定目标开关的位置；4)目标开关的朝向识别；通过判断目标开关的外接旋转矩形的状态，得出目标开关的朝向；5)目标开关的状态判断：通过对比目标开关正常时的状态，判断目标开关是否为异常。2.根据权利要求1所述的一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，其特征在于：所述步骤3)中，筛选出符合要求的轮廓，需要符合位置约束和面积约束的条件。3.根据权利要求1所述的一种基于数字图像处理的电力设备开关状态检测系统，其特征在于：所述步骤4)中，当目标开关的...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐文平，姚京松，刘晓芳，吴军，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司检修公司，湖北省超能超高压电力科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11