《基于改进canny算子的电力设备图像检测研究 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于改进canny算子的电力设备图像检测研究 .pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 5 l卷第 2 5期 2 0 1 4年5月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t I n s t r ume nt a t i o n Vo 1 5 1 No 1 0 M a y 1 0， 2 01 4 基于改进 C a n n y算子的电力设备图像检测研究 罗桓 ， 田翔 ( 1 广州大学， 广州 5 1 0 0 0 6 ； 2 华南理工大学， 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要： 图像边缘检测技术在电力行业的应用越来越广泛， 但仍然存在些许问题限制了其在工程中的实际应用。 对于复杂的现场电力设备图像， 结合最优阈值灰度
2、分割法和C a n n y 算子等图像处理技术， 提出了基于改进 C a n n y 算子检测电力设备图像。首先利用最优阈值灰度分割法得到的阈值作为 C a n n y 算子的高阈值 ； 然后利用 高低阈值的对应关系确定低阈值 ， 。由此可实现改进 C a n n y自适应检测电力设备图像的目的。实验结果表 明， 该方法可取得较为理想的边缘检测效果 ， 具有一定的实用性。 关键词： 电力设备图像； 最优阈值灰度分割法； 改进 C a n n y 算子； 边缘检测 中图分类号： T M7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 11 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0
3、7 70 5 The El e c t r i c i t y Eq ui pme nt I ma g e De t e c t i o n Re s e a r c h Ba s e d o n I m p r o v e d Ca n ny Ope r a t o r LUO Hu a n ，TI AN Xi a n g ( 1 G u a n g z h o u U n i v e r s i t y ，G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a 2 S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c
4、h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ed g e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i s mo r e a n d mo r e wi d e l y a p p l i e d i n t h e e l e c t r i c p o we r i n d u s t r y Ho we v e r ,t h e r e a r e s t i l l s o me p r o b l e ms l i mi t i n g t h
5、e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n i n e n g i n e e r i n g An i mp r o v e d Ca n n y o p e r a t o r b a s e d e l e c t r i c i t y e q u i p me n t i ma g e d e t e c t i o n me t h o d h a s b e e n p r o p o s e d c o mb i n i n g t h e o p t i ma l t h r e s h o l d g r a y s e g me n
6、 t a t i o n a n d C a n n y e d g e d e t e c t i o n t e c h n o l o gy f o r t h e c o mp l e x fie l d p o we r e q u i p me n t i ma g e Th e t h r e s ho l d o b t a i n e d b y t h e o p t i ma l t h r e s h o l d g r a y s e g me n t a t i o n w i l l b e a d o p t e d t o d e t e r mi n e t
7、 h e C a n n y h i g h t h r e s h o l d T h ；a n d t h e C a n n y l o w t h r e s h o l d r i w i l l b e d e t e r mi n e d b a s e d o n t h e c o r r e s p o n d i n g r e l a t i o n t o T h ，S O a s t o i mp r o v e t h e Ca n n y s e l f a d a p t i v e e l e c t r i c i t y e q u i p me nt
8、i ma g e d e t e c t i o n Ex pe rime n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h i s me t h o d wi l l a c hi e v e a b e t t e r e d g e d e t e c t i o n e f f e c t a n d ha s a c e r t a i n p r a c t i c a l i t y Ke y wo r d s： e l e c t ric i t y e q u i p me n t i ma g e，o p t i ma l t h r e
9、s h o l d g r a y s e g me n t a t i o n，i mp r o v e d c a nn y o pe r a t o r，e d g e de t e c - t i o n 0 引言 在 电力行业 中， 由于多数 电力设备长期 暴露在 室外 ， 极易发生磨损 、 裂化、 腐蚀 等损伤 ， 致使 电力设 备绝缘水平下降， 如果不及时采取措施， 将会严重威 胁 电力系统运行安全L 1 I 4 J 。例如 ， 2 0 0 8年春节前后 ， 我 国南方地区的冰冻灾害 ， 导致输 电线路大量积冰， 引起大规模、 长时间的电力中断， 直接经济损失达 1 5 0 0亿
10、元以上 ， 给工农业生产和人 民生活带来严重 影响 j 。所以， 如何能实现直观 、 实时 的监测 电力 设备运行状 况一直是研究的热点 ， 同时对 电网运行 具有重要意义。 随着图像处理技术 的不断发展 ， 图像处理技 术 在电力行业获得了广泛的应用 一 H j ， 其中， 运用图像 边缘检测法监测电力设备正是其主要 的应用领域之 一 。目前主要是利用安装在监测终端的摄像机采集 数字图像 ， 通过网络传输到监控 主机 ， 然后对采集 图 像进行灰度变换 、 滤 波处 理、 阈值变换 、 边缘 检测等 处理过程， 以获得电力设备的边缘轮廓， 由此判断电 力设备的运行状况。文献 8 针对绝缘子红
11、外图像， 对最小类 内绝对差法进行 改进 ， 引入背景 与 目标 的 面积差因子 ， 确定最佳分割 阈值后通过神 经 网络算 法迭代优 化 进行 图像 分 割， 分 割效 果 理 想。文 献 一7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 5 1卷第 2 5期 2 0 1 4年5月 2 5日 电测与仪表 Ei e c t r i c a i M e a s u r e me nt& I n s t r ume nt a t i o n Vo J 51 No 1 O M a y 1 0， 2 01 4 1 1 1 4 将图像法应用到输电线路覆冰监测中， 主 要用到小波
12、变换 、 浮动阈值法 、 轮廓跟踪和 自适应 阈 值法等算法， 理想情况下可实现输电线路覆冰及其 特征参数的自动识别。 但是 ， 目前图像法在工程应 用 中仍然存在些许 问题 ， 例如 ， 在拍摄的过程 中电力设备 图像要受到光 照 、 场景及噪声等因素的影响， 这就导致 电力设 备图 像光照不均匀 、 对 比度不强以及 图像 的灰度在不 同 时间以及不 同监测终端下有所 差异 ， 此时应用 图像 法检测电力设备图像 时 ， 需要人工反复改变参数 ( 指 阈值、 尺度等参数) 修正检测结果， 这无疑限制了其 在工程中的应用。另外 ， 变 电站 内周 围环境 更为复 杂， 也影响图像法对电力设备
13、图像的检测。 多篇文献研究表 明， 在 图像边缘检测 的方法 中， 相比传统边缘检测算子， C a n n y算子具有明显优势， 理论上 ， 具有 良好 的边缘检测效果 J 。但 C a n n y 算子在检测图像时 ， 需要设定高、 低两个阈值对边缘 点进行筛选 ， 目前 ， 一般是通 过人 工经验进行设定 ； 针对电力设备图像 ， 上文已提及， 阈值更难设定， 这 些都限制 了 C a n n y算 子在 检测 电力设 备 图像 中的 应用。 本文针对以上问题， 提出了基于改进 C a n n y 算子 检测电力设备 图像 ， 以换流站支柱绝缘子现 场图像 为例 ， 首先利用最优 阈值灰度
14、分割法得到 的阈值作 为 C a n n y 算子的高阈值 ， 再利用高低阈值的对应 关系确定低 阈值 ， 此时 C a n n y算 子可 自适 应检测 支柱绝缘子图像， 得到其边缘轮廓， 然后可估算支柱 绝缘子运行状况。通过实验仿真验证， 该方法可有 效地检测电力设备现场图像， 进一步促进了图像法 在电力行业的应用 。 1 图像边缘检测原理 1 1 图像 边缘 检 测方 法 图像边缘检测方法主要分为传统算法和现代算 法。传统算法包括 卜 1 8 ： R o b e r t s 、 S o b e l 、 P r e w i t t 、 L o G 和 C a n n y ； 现代算法包括
15、： 小 波多尺度、 数学形态学 、 模糊数学、 遗传算法等。传统算法 中 R o b e rt s 、 S o b e l 、 P r e w i tt 和 L o G算子只设定单一阈值进行图像边缘检 测 ， 对噪声较为敏感。现代算法计算过程较为复杂 ， 在实际工程应用中尚不成熟。所以本文重点对 C a n n y 算子展开深入研究。 1 2 C a n n y算子边缘检测原理 1 9 8 6年 ， J o h n F C a n n y总结 了过去边 缘检测 方 法及应用 ， 利用最优化数值方法 ， 提出了 C a n n y算子， 一78 一 并给出了其数学 表达式 ， 证明具有非常好 的
16、边 缘检 测效果。C a n n y算 子基本思想 ： 首先对 图像 进行 高斯平滑处理 ， 然后再偏微分操作获取梯度图， 采用 “ 非最大抑制” 算法得到图像 的可能边缘点 ， 最后通 过双阈值递归得到图像的边缘 。主要步骤如下 ： ( 1 ) 图像平滑 利用二维高斯函数分别按行和列对图像 g ( x ， Y ) 进行平滑处理 ， 相 当于对 图像 进行卷积 。所选 高斯 函数为： G( 。 1 e x p ( 一 寺) ( 1 ) 式中 o r 为高斯 曲线标准差 ， 控制着平滑程度 。 ( 2 ) 计算梯度幅值和方向 C a n n y 算子采用 2 2邻域一阶偏导的有 限差分 来计算平
17、滑后的数据阵列 g ( ， Y ) 的梯度值和方向。 和 Y方向偏导数 的 2个阵列 P ， Y 和 Q ， Y 分 别为 ： P ， Y = 血 譬 ( 2 ) g i 1 1 计算得到图像梯度的幅值和方 向分别为 ： M( ， Y )= 尸 ( ， Y )+Q ( ， Y ) ( 4 ) ( ，y ) = a r c ta n ( ) ( 5 ) ( 3 ) 对梯度幅值非极大值抑制 通过式 ( 4 ) 所得的梯度 幅值 图像 中， 在 M( ， Y ) 的极大值处出现多点的现象， 要想得到精确单像素 的边缘 ， 需要对梯度幅值图像进行非极大值抑制 ， 保 留极大值 ， 细化边缘。 如表 1
18、所示 ， 根据当前点( i ， ) 的梯度值与各个 梯度方 向上的梯度值 来判断 当前 点是否具有局部最 大梯度值 ， 如果是 ， 则将其 判为可能 的边缘 点 ， 否则 不是边缘点。 表 1 对梯度值进行非极最大值抑制 Ta b 1 No nma x i mu m i n h i b i t i o n t o t h e g r a d i e n t v a l u e ( 4 ) 双阈值法检测边缘 对非极大值抑制图像设置高低两个高低阈值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x
19、u e t u t u .c o m第 5 l卷 2 0 1 4 生 第 2 5期 5月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t& l ns t r ume nt a t i o n V0 1 51 No 1 0 M a y 1 0。 2 0 1 4 S c a l e C B M a t h e ma t i c a l M o r p h o lo g y J E l e c t ri c a l Me a s u r e m e n t I n s t r u me n t a t i o n， 2 0 1 3， 5 o (
20、4 ) ： 4 5 4 9 5 李庆峰 ，范峥 ， 吴穹 ，等 全国输电线路覆冰情况调研及事故分 析 J 电网技术 ， 2 0 0 8 ， 3 2 ( 9 ) ：3 3 3 6 L I Qi n gf e n g ，F A N Z h e n g ，wu Qio n g ，e t a 1 I n y e s t i g a t i o n o f I c e c o v e r e d T r a n s mi s s i o n Li n e s a n d An a l y s i s o n Tr a n s mi s s i o n L i n e F a i l u r e s C
21、a u s e d b y I c ec o a t i n g i n C h i n a J P o w e r S y s t e m T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8， 3 2( 9 ) ： 3 3 3 6 6 黄新波 ，刘家兵 ， 蔡伟 ，等 电力架空线路覆冰雪 的国内外研究 现状 J 电网技术 ， 2 0 1 1 ， 2 4( 1 1 ) ： 2 3 2 8 HUANG Xi nb o，LI U J i ab i n g，C AI We i ，e t a 1 P r e s e n t Re s e a r c h S i t u a t i o n o
22、f I c i n g a n d S n o wi n g o f Ov e r h e a d Tr a n s mi s s i o n L i n e s i n C hi - n a a n d F o r e i g n C o u n t ri e s J P o w e r S y s t e m T e c h n o l o gy，2 0 1 1 ， 2 4 ( 1 1 ) ； 2 32 8 7 李立涅 ，阳林 ， 郝艳 捧 架 空输 电线路 覆冰 在线监 测技 术评 述 J 电网技术 J 2 0 1 2 ， 3 6 ( 2 ) ： 2 3 7 2 4 3 L I L i
23、c h e n g YANG L i n HAO Ya h p e n g Re v i e w o f On l i n e Mo n i t o ri n g o f I c e C o a t i n g o n O v e r h e a d T r a n s mi s s i o n L i n e J P o w e r S y s t e m T e c h n o l o gy， 2 0 1 2， 3 6 ( 2) ： 2 3 7 2 4 3 8 裴玉龙， 仝卫国， 李宝树，等 航拍绝缘子图像的去模糊处理 J 电瓷避雷器 ， 2 0 1 0 ，( 5 ) ：1 21 6 P
24、EI Yu l o n g，T ONG W e i g u o，LI B a o s h u，e t a 1 D e b l u r r i n g p r o c e s s i n g o f a e ri a l i m a g e o n i n s u l a t o r J I n s u l a t o r s a n d S u r g e A t - r e s t e r s ， 2 0 1 0 ，( 5 ) ：1 21 6 9 李佐胜 ，李文利 ， 姚 建刚 ， 等 应用绝缘子红外热像处 理的现场 污秽等级检测方法 J 中国电机 工程学报 ， 2 0 1 0 ， 3 0
25、( 4) ： 1 3 2 1 3 8 L I Z u os h e n g ，L I We nl i ，YAO J i a ng a n g，e t a 1 Ons i t e De t e c t i o n o f P o l l u t i o n L e v e l o f I n s u l a t o r s Ba s e d o n I n f r a r e d Th e r ma li ma g e P r o c e s s i n g J P r oce e d i n g s o f t h e C S E E， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 3 21
26、 3 8 1 0 王祖林 ，黄涛， 刘艳 ，等 合成绝缘子故障 的红外热像在线检测 J 电网技术 ， 2 0 0 3 ，2 7 ( 2 ) ：1 72 0 W ANG Zu l i n， HUANG Ta o ， L I U Ya n，e t a 1 I n f r a r e d Th e r ma l I m a g e o f t h e S y n t h e t i c I n s u l a t o r F a u l t L i n e D e t e c t i o n J P o w e r S y s t e m T e c h n o l o gy， 2 0 0 3 ，
27、2 7 ( 2) ： 1 7 2 0 1 1 王小朋 ，胡建林 ， 孙才新 ， 等 基于图像边缘检测方法在线监测 输 电线路覆冰厚度研究 J 高压电器 ， 2 0 0 9， 4 5 ( 6) ： 6 9 7 3 WANG Xi a op e n g ，HU J i a nl i n，S UN C a ix i n，e t a 1 Onl i n e Mo n i t o rin g o f I c i n gt h i c k n e s s o n T r a n s mi s s i o n L i n e wi t h I ma g e Ed g e D e t e c t i n gM
28、 e t h o d J H i s h V o l ta g e A p p a r a t u s ， 2 O O 9 ， 4 5 ( 6 ) ； 6 9- 7 3 1 2 李昭廷 ， 郝艳捧 ， 李立涅 ， 等 基于远程 系统的输 电线路覆冰厚 度 图像识别 J 高电压技术 ， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 9 ) ： 2 2 8 8 2 2 9 3 L I Z h a or i n g，HAO Ya np e n g，L I Li c h e n g ，e t a 1 I ma g e Re c o g - n i t io n o f I c e Th i c k n e s s
29、o n Tr a n s mi s s i o n Li n e s Ba s e d o n Re mo t e S y s t e m J mg h V o l t a g e E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 9 ) ： 2 2 8 8 2 2 9 3 1 3 冯玲 ，黄新波 ，朱永灿 基于 图像处 理的输电线路覆 冰厚度测 量 J 电力 自动化设备 ， 2 0 1 1 ， 3 l ( 1 O ) ： 7 68 O F ENG L i n g，HUANG Xi nb o，Z HU Yo n gc a n T r a n s mi s s i o
30、 n L i n e I c i n g T h i c k n e s s Me a s u ri n g B a s e d o n I ma g e P r o c e s s i n g J E l e c t ri c P o w e r A u t o ma t i o n E q u i p m e n t ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 1 O ) ： 7 68 0 1 4 s M B e r l ij n ，I G u t m a n ， I C A Hal s an，ME i l e r t s t e n ， I Y H Gu L a b o r a t o r y
31、t e s t s a n d we b b a s e d s u r v e i l l an c e t o d e t e r mi n e h e i c e - a n d s n p e rf o r ma n c e o f i n s u l a t o r s J I E E E T r ans a c t i o n s o n o n D i e 1 e c t r i c s and E l e c t ri c a l I n s u l a t i o n ， 2 0 0 7， 1 4 ( 6 ) ：1 3 7 31 3 8 0 1 5 王植 ，贺赛 先 一种 基
32、 于 C a n n y理论 的 自适 应边 缘检 测 方 法 J 中国图象 图形学报 ， 2 0 0 4， 9 ( 8 )： 9 5 7 9 6 2 W ANG Zh i ， HE S a i x i a n An Ad a p t i v e Ed g e De t e c t i o n Me t h o d B a s e d o n C a n n y A l g o ri t h m J J o u ma l o f I ma g e a n d G r a p h i c s ， 2 0 0 4， 9 ( 8 ) ： 9 5 7 9 6 2 1 6 C a n n y J A c
33、 o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h t o e d g e d e t e c t i o n J I E E E T r a n s P a t t e r n A n a l y s i s a n d Ma c h i n e I n t e l l i g e n c e ，1 9 8 6， 8 ( 6 ) ： 6 7 9 6 9 8 1 7 王爱玲 ， 叶明生 ， 邓秋香 MA T L A B R 2 0 0 7图像处理技术与应 用 M 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 8 1 8 G o n z a l e z C R a f a
34、e l ， Wo o d s E R i c h a r d 数 字 图像 处 理 ( 第 二 版 ) M 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 3 1 9 梁 光明 ，孙 即祥 ，马琦 ，等 O t s u算 法在 C a n n y算子 中的应 用 J 国防科技大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 5 ) ： 3 6 3 9 L I A N G G u a n g mi n g ， S U N j i x i a n g ，M A Q i ，e t a 1 A n A p p l i c a - t i o n o f O t s u A l g o ri t h m o n C a
35、 n n y O p e r a t o r 【 J J o u r n al o f Na t i o n al U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o gy，2 0 0 3 ，2 5( 5) ：3 63 9( i n C h i fl e s e ) 2 O 李 牧 ，闫继 红 ，李 戈 ，等 自适 应 C a n n y算子 边缘 检测 技 术 J 哈尔滨工程大学学 报 ， 2 0 0 7， 2 8 ( 9 ) ：1 0 0 21 0 0 7 L I Mu，YAN J ih an g ，L IGe，e t a 1 S e
36、 l f a d a p t i v e Ca n n y Op e r a t o r E d g e D e t e c t i o n T e c h n i q u e J J o u r n al o f H a r b i n E n g i n e e r i n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 7， 2 8 ( 9 ) ：1 0 0 21 0 0 7 2 1 舒红平 ，蒋建 民 基 于灰 度 最优 阈值 的 图像分 割方 法及 应 用 J 重庆工商大学学报， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 4 ) ： 8 0 8 3 S HU Ho n gp i n
37、g，J I ANG J i an mi n Ame t h o d a n d Ap p l i c a t i o n o f I ma g e S e g me n t a t i o n B a s e d o n G r a yl e v e l O p t i mu m T h r e s h o l d r J J o u rna l o f C T B U， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 4 ) ： 8 O一8 3 2 2 孙宏琦 ，施维颖 ，巨永锋 利用中值滤波进行 图像处理 J 长 安 大学学报 ， 2 0 0 3， 2 3 ( 2 ) ：1 0 41 0 6 S UN H
38、o n gq i ，S HI We i y i n g，J U Yo n gf e n g I ma g e P r o c e s s i n g w i t h Me d i u m V a l u e F i l t e r J J o u rna l o f C h a n g a n U n i v e r s i t y ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 1 9 ) ： 1 0 41 0 6 作者简 介： 罗桓 ( 1 9 9 2 一)， 男 ， 工学学士 ， 从事 电力 系统 优化 等 研究。 E ma i l ： 7 2 3 8 8 7 0 q q c o n l 田翔( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 自动 化博 士 ， 副 教授 ， 主要从 事 模式识别与智能计算 等研究 。 Ema i l x t i a n s c u t e d u o n 投稿 日 期： 2 0 1 3 1 2 2 O ； 修回日 期： 2 0 1 4 0 3 1 6 ( 田春雨编发) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m