一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法及系统。目前的方法依靠人工识别绝缘子紫外放电检测视频的放电光子，进而判断放电是否存在及放电所处的位置，并大致判断放电所覆盖的设备表面区域的多少。这一方法依赖于试验人员的主观判断，同时由于紫外放电呈现波动特征，导致人员对放电覆盖区域的判断误差较大。本发明专利技术为一种利用图像帧叠加及紫外图像处理的绝缘子放电区域定位方法及系统，其通过图像帧的叠加、紫外光子数滤波和多边形逼近得到紫外放电区域边界，进而得到紫外放电区域长度与绝缘子长度占比，避免了试验人员主观判断和紫外放电波动性带来的误差，并可大幅提升紫外放电数据处理的工作效率。大幅提升紫外放电数据处理的工作效率。大幅提升紫外放电数据处理的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及输电线路带电检测
，涉及现场绝缘子放电缺陷的识别与辨识，具体地说是一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法及系统。

技术介绍

[0002]为满足工农业持续快速发展的电力需求，我国电网的规模和电压等级不断增大，绝缘子在运数量不断增加，对绝缘子的状态检测与管控手段对电网安全运行意义重大。紫外成像可以检测绝缘子表面电晕放电、电弧放电等不同类型的放电，具有检测灵敏度高、检测不受阳光影响、能够在户外白天的阳光下观察到设备表面放电现象、检测有效距离较远的优点。绝缘子内部缺陷、严重积污均可产生表面放电，其放电位置、放电区域长度是描述绝缘子运行状态、缺陷严重程度、确定后续检修策略的重要依据。
[0003]然而，目前紫外图片的分析也依靠人工进行，需要人为判断放电是否存在、放电区域长度，进而判断放电对运行的威胁程度，由于紫外放电存在波动性，主观判断存在着分析效率不足和准确率不足的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于利用图像帧叠加及紫外图像处理的绝缘子放电区域定位方法，以避免试验人员主观判断和紫外放电波动性带来的误差，并可大幅提升紫外放电数据处理的工作效率。
[0005]为此，本专利技术采用的一种技术方案如下：一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法，其包括步骤：
[0006]a)收集设备资料，获取绝缘子结构高度；
[0007]b)对在运绝缘子进行紫外测试，获取绝缘子紫外成像视频；
[0008]c)利用HSV色彩模型对紫外成像视频帧进行预处理，将RGB颜色空间图像转为HSV颜色空间图像；
[0009]d)从紫外成像视频中抽取连续或者均匀间隔的N帧，对N帧图像进行叠加，得到N帧累加的紫外光子数分布散点图，即初始的紫外放电区域；
[0010]e)对紫外光子数分布散点图使用均值滤波实现紫外放电区域的平滑处理，对目标像素即光子所在位置的像素及周边像素取平均值，再进行目标像素填充、孤立光子消除处理；
[0011]f)对步骤e)得到的结果，使用多边形逼近的方法将紫外放电区域进行轮廓包围，使得不规则的区域规则化；
[0012]g)求出每个放电区域的最小外接多边形轮廓后，计算对应放电区域的轮廓面积、轮廓周长和最大对角线长度，上述参数均以像素点数计数，并统计轮廓区域内放电光子数的数量；
[0013]h)标注好绝缘子图像样本，采用目标检测算法建立紫外成像视频中绝缘子的检测
模型，对紫外成像视频帧进行绝缘子的旋转目标检测，返回紫外视频帧中绝缘子外接矩形的位置信息；
[0014]i)通过放电区域最小外接多边形顺绝缘子方向的长度计算紫外放电区域在绝缘子表面的长度占比。
[0015]本专利技术通过图像帧叠加及紫外光子区域图像处理实现绝缘子放电区域定位。
[0016]进一步地，步骤c)中，所述的HSV色彩模型需要根据紫外成像调色板中的光子颜色设定HSV中维度的取值范围，如设定红色光子在HSV空间中H维度的范围为0～10和160～179，255>S>100，255>V>100。
[0017]进一步地，步骤e)中，所述的均值滤波为在散点图中选择(2n+1)
×
(2n+1)的窗口，n≥1，点(x，y)的平均滤波值计算公式如下：
[0018][0019]其中，(x,y)为散点图中散点的空间坐标，坐标单元为像素；P(i,j)为某一空间位置的原始紫外光子数，p(x,y)为经过均值滤波处理之后该空间位置的光子数。
[0020]进一步地，步骤e)中，所述的目标像素填充为对滤波平滑后的图像进行形态学闭运算，以填平放电区域内光子之间的小裂缝、间断和小孔，对于图像X和结构元素S，闭运算的公式为：
[0021][0022]其中，结构元素S为3
×
3的内核矩阵，锚点位于矩阵中心。
[0023]进一步地，步骤e)中，所述的孤立光子消除处理为通过开运算消除孤立的小点和毛刺，从而进一步消除图像X的噪声，进行开运算的公式为：
[0024][0025]其中，结构元素S为3
×
3的内核矩阵，锚点位于矩阵中心。
[0026]进一步地，步骤h)中，所述紫外成像视频中绝缘子的检测模型通过以下步骤建立：
[0027]h1)对绝缘子图像样本进行预处理，形成符合标准的图像数据集；
[0028]h2)对经步骤h1)处理后的绝缘子图像样本进行数据集扩充；利用标注工具，通过矩形框标注绝缘子图像中的绝缘子区域，基于位置信息，形成与图像一一对应的标签文本；
[0029]h3)经步骤h2)标注好的绝缘子图像作为样本，利用目标检测算法训练卷积神经网络，根据训练调节参数获得绝缘子检测模型，得到绝缘子外接矩形。
[0030]进一步地，步骤i)中，所述的长度占比按下式计算：
[0031][0032]其中，L为绝缘子总长，l
i
为某一放电区域顺绝缘子方向长度，P为紫外放电区域在绝缘子表面的长度占比。
[0033]本专利技术采用的另一种技术方案为：一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位系统，其包括：
[0034]绝缘子高度获取单元：收集设备资料，获取绝缘子结构高度；
[0035]绝缘子紫外成像视频获取单元：对在运绝缘子进行紫外测试，获取绝缘子紫外成像视频；
[0036]视频帧预处理单元：利用HSV色彩模型对紫外成像视频帧进行预处理，将RGB颜色空间图像转为HSV颜色空间图像；
[0037]初始紫外放电区域获取单元：从紫外成像视频中抽取连续或者均匀间隔的N帧，对N帧图像进行叠加，得到N帧累加的紫外光子数分布散点图，即初始的紫外放电区域；
[0038]紫外放电区域平滑处理单元：对紫外光子数分布散点图使用均值滤波实现紫外放电区域的平滑处理，对目标像素即光子所在位置的像素及周边像素取平均值，再进行目标像素填充、孤立光子消除处理；
[0039]图形规则化处理单元：使用多边形逼近的方法将经平滑处理后的紫外放电区域进行轮廓包围，使得不规则的区域规则化；
[0040]放电光子数计算单元：求出每个放电区域的最小外接多边形轮廓后，计算对应放电区域的轮廓面积、轮廓周长和最大对角线长度，上述参数均以像素点数计数，并统计轮廓区域内放电光子数的数量；
[0041]绝缘子检测模型构建单元：标注好绝缘子图像样本，采用目标检测算法建立紫外成像视频中绝缘子的检测模型，对紫外成像视频帧进行绝缘子的旋转目标检测，返回紫外视频帧中绝缘子外接矩形的位置信息；
[0042]长度占比计算单元：通过放电区域最小外接多边形顺绝缘子方向的长度计算紫外放电区域在绝缘子表面的长度占比。
[0043]与现有方法相比，本专利技术具有的有益技术效果如下：本专利技术利用图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，包括步骤：a)收集设备资料，获取绝缘子结构高度；b)对在运绝缘子进行紫外测试，获取绝缘子紫外成像视频；c)利用HSV色彩模型对紫外成像视频帧进行预处理，将RGB颜色空间图像转为HSV颜色空间图像；d)从紫外成像视频中抽取连续或者均匀间隔的N帧，对N帧图像进行叠加，得到N帧累加的紫外光子数分布散点图，即初始的紫外放电区域；e)对紫外光子数分布散点图使用均值滤波实现紫外放电区域的平滑处理，对目标像素即光子所在位置的像素及周边像素取平均值，再进行目标像素填充、孤立光子消除处理；f)对步骤e)得到的结果，使用多边形逼近的方法将紫外放电区域进行轮廓包围，使得不规则的区域规则化；g)求出每个紫外放电区域的最小外接多边形轮廓后，计算对应紫外放电区域的轮廓面积、轮廓周长和最大对角线长度，上述参数均以像素点数计数，并统计轮廓区域内放电光子数的数量；h)标注好绝缘子图像样本，采用目标检测算法建立紫外成像视频中绝缘子的检测模型，对紫外成像视频帧进行绝缘子的旋转目标检测，返回紫外视频帧中绝缘子外接矩形的位置信息；i)通过放电区域最小外接多边形顺绝缘子方向的长度计算紫外放电区域在绝缘子表面的长度占比。2.根据权利要求1所述的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，步骤e)中，所述的均值滤波为在散点图中选择(2n+1)
×
(2n+1)的窗口，n≥1，点(x，y)的平均滤波值计算公式如下：其中，(x,y)为散点图中散点的空间坐标，坐标单元为像素；P(i,j)为某一空间位置的原始紫外光子数，p(x,y)为经过均值滤波处理之后该空间位置的光子数。3.根据权利要求1所述的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，步骤e)中，所述的目标像素填充为对滤波平滑后的图像进行形态学闭运算，以填平放电区域内光子之间的小裂缝、间断和小孔，对于图像X和结构元素S，闭运算的公式为：其中，结构元素S为3
×
3的内核矩阵，锚点位于矩阵中心。4.根据权利要求1所述的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，步骤e)中，所述的孤立光子消除处理为通过开运算消除孤立的小点和毛刺，从而进一步消除图像X的噪声，进行开运算的公式为：其中，结构元素S为3
×
3的内核矩阵，锚点位于矩阵中心。5.根据权利要求1所述的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，步骤h)中，所述紫外
成像视频中绝缘子的检测模型通过以下步骤建立：h1)对绝缘子图像样本进行预处理，形成符合标准的图像数据集；h2)对经步骤h1)处理后的绝缘子图像样本进行数据集扩充；利用标注工具，通过矩形框标注绝缘子图像中的绝缘子区域，基于位置信息，形成与图像一一对应的标签文本；h3)经步骤h2)标注好的绝缘子图像作为样本，利用目标检测算法训练卷积神经网络，根据训练调节参数获得绝缘子检测模型，得到绝缘子外接矩形。6.根据权利要求1所述的绝缘子放电区域定位方法，其特征在于，步骤i)中，所述的长度占比按下式计算：其中，L为绝缘子总长，l
i
为某一放电区域顺绝缘子方向长度，P为紫外放电区域在绝缘子表面的长度占比。7.一种基于日盲紫外成像的绝缘子放电区...

【专利技术属性】
技术研发人员：李特，谢知寒，曹俊平，周啸宇，王少华，刘岩，姜凯华，陶瑞祥，王振国，金涌涛，杨勇，赵琳，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：