一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，將基于CCD傳感器的高速攝像機采集的電弧圖像轉換為黑白圖像，采用領域平均法對單幀圖像進行濾波去噪。對長間隙空氣電弧圖像的灰度分布進行調整，進一步增強圖像的對比度。對上述圖像進行平滑濾波以消除圖像噪聲并避免圖像邊緣的模糊。最后采用小波變換法和浮動閾值法提取長間隙空氣電弧的邊界輪廓，使最終顯示出較佳的電弧圖像輪廓，有利于對電弧特性進行分析。本發明原理簡單、操作方便，可對長間隙空氣電弧原始圖像進行有效處理，為分析電弧的起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律提供參考。
【專利說明】一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，屬于電力系統領域。
【背景技術】
[0003]電力系統發生接地故障時，交流系統短路故障電弧、潛供電弧、直流系統短路故障電弧等長間隙空氣電弧的物理特性對交流系統中性點接地方式、重合閘策略、直流系統重啟動策略等有重要意義。為研究長間隙空氣電弧起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律，常采用基于CCD傳感器的高速攝像機進行圖像信息采集與物理特性分析。長間隙空氣電弧光照強、溫度高，電弧在運動過程中周圍空氣被迅速氣化。視覺系統在圖像的生成、采樣、量化、傳輸、變換等過程中，由于CCD傳感器的飽和、噪聲、光學系統的失真等原因會造成CCD高速攝像機成像質量降低。此外，長間隙空氣電弧處在自然環境下，圖像背景不理想，再加上一些光照的影響，最終顯示的電弧圖像必然存在失真，這對電弧特性分析帶來不利影響。由此，借鑒相關領域圖像處理技術研究成果，有必要提出長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，為分析電弧的起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律提供參考。

【發明內容】

[0004]本發明公開了一種長間隙空氣電弧的邊緣檢測方法，其核心工作是對CCD高速攝像機采集的電弧圖像進行處理，提取它們的邊界輪廓，為分析電弧的起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律提供參考。
[0005]本發明采用以下技術方案:它主要包括圖像濾波、灰度增強、邊緣檢測三大部分。將原始長間隙空氣電弧彩色圖像轉換為黑白圖像，對圖像領域進行平均處理，增強圖像的對比度，對圖像進行平滑濾波，采用小波變換建立模值圖像，采用浮動閾值法提取邊界輪廓。
[0006]一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，其特征是，包括以下步驟:
(1)將CCD高速攝像機采集的彩色圖像轉換為黑白圖像；
(2)采用領域平均法對單幀的黑白圖像進行處理，濾除圖像中非周期的隨機噪聲；
(3)通過納入圖像灰度輸入輸出轉移函數，對長間隙空氣電弧圖像的灰度分布進行調整，增強圖像對比度；
(4)采用均值濾波器對經過步驟(3)處理的圖像進行平滑濾波；
(5)采用小波變換法提取長間隙空氣電弧模值圖像，找到圖像中導線和絕緣子的邊界輪廓； (6)采用浮動閾值法跟蹤記錄長間隙空氣電弧的邊界輪廓。
[0007]步驟(6)中，首先將小波變換模值圖像的二值化閾值取為最高值，然后逐漸降低閾值，在每一個閾值處將原模值圖像轉化為相應的二值圖像，同時檢測長間隙交流空氣電弧初始部分的邊界輪廓，直到找到滿足特征的初始部分邊界輪廓。
[0008]檢測到長間隙空氣電弧的初始邊界輪廓后，在此基礎上繼續搜索跟蹤邊界輪廓的其它部分。
[0009]本發明所達到的有益效果:
視覺系統在圖像的生成、采樣、量化、傳輸、變換等過程中，由于CCD傳感器的飽和、噪聲、光學系統的影響，再加上長間隙空氣電弧處在自然環境下，圖像背景不理想，CCD高速攝像機成像圖片多存在失真。
[0010]本發明首先將基于CCD傳感器的高速攝像機采集的電弧圖像轉換為黑白圖像，采用領域平均法對單幀圖像進行濾波去噪。此后對長間隙空氣電弧圖像的灰度分布進行調整，進一步增強圖像的對比度。對上述圖像進行平滑濾波以消除圖像噪聲并避免圖像邊緣的模糊。最后采用小波變換法和浮動閾值法提取長間隙空氣電弧的邊界輪廓，使最終顯示出較佳的電弧圖像輪廓，有利于對電弧特性進行分析。本發明原理簡單、操作方便，可對長間隙空氣電弧原始圖像進行有效處理，為分析電弧的起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律提供參考。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1長間隙空氣電弧邊緣提取步驟示意圖；
圖2拍攝的長間隙空氣電弧原始圖像；
圖3長間隙空氣電弧邊緣檢測圖像。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0013]如圖1所示，本發明的檢測方法具體實施步驟如下:
(I)將CCD高速攝像機采集的彩色圖像轉換為黑白圖像，以減小圖像處理的復雜程度，降低圖像處理速度。
[0014](2)采用領域平均法對單幀圖像進行處理，濾除圖像中大部分非周期的隨機噪聲，減小黑白圖像中的噪聲信號。
[0015](3)長間隙空氣電弧拍攝過程中，由于電弧光照強，整幅電弧圖像的對比度通常較低，灰度分布集中，通過納入圖像灰度輸入輸出轉移函數，對長間隙空氣電弧圖像的灰度分布進行調整，增強圖像對比度，以便有利于在圖像中提取目標物體的邊界輪廓。
[0016](4)采用均值濾波器對上述圖像進行平滑濾波，在消除圖像噪聲特別是鼓勵噪聲點的同時，最大程度地避免圖像邊緣的模糊，從而更有利于圖像邊緣的檢測與提取。
[0017](5)采用小波變換法提取長間隙空氣電弧模值圖像。由于小波變換具有多分辨率的性質，當小波變化的尺度參數較小時，能檢測出圖像灰度發生的細變化，而當尺度參數較大時，能檢測出圖象灰度發生的粗變化。這一性質有助于根據圖像的實際情況選定合適的尺度參數，盡量避免圖像細節的影響，從而準確地找到圖像中導線和絕緣子的邊界輪廓。
[0018](6)采用浮動閾值法跟蹤記錄長間隙交流空氣電弧的邊界輪廓。首先將小波變換模值圖像的二值化閾值取為最高值，然后逐漸降低閾值，在每一個閾值處將原模值圖像轉化為相應的二值圖像，同時檢測長間隙交流空氣電弧初始部分的邊界輪廓，直到找到滿足一定特征的初始部分邊界輪廓。檢測到長間隙空氣電弧的初始邊界輪廓后，在此基礎上繼續搜索跟蹤邊界輪廓的其它部分。
[0019]為對比本發明的檢測方法的效果，給出了長間隙空氣電弧原始圖像如圖2所示，采用本發明的檢測方法后的長間隙空氣電弧邊緣檢測結果如圖3所示，可以看出提取出了較佳的邊界輪廓。
[0020]本發明原理簡單、操作方便，可對長間隙空氣電弧原始圖像進行有效處理，為分析電弧的起始、運動、發展、熄滅與重燃的演化規律提供參考。
[0021]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將CCD高速攝像機采集的彩色圖像轉換為黑白圖像； (2)采用領域平均法對單幀的黑白圖像進行處理，濾除圖像中非周期的隨機噪聲； (3)通過納入圖像灰度輸入輸出轉移函數，對長間隙空氣電弧圖像的灰度分布進行調整，增強圖像對比度； (4)采用均值濾波器對經過步驟(3)處理的圖像進行平滑濾波； (5)采用小波變換法提取長間隙空氣電弧模值圖像，找到圖像中導線和絕緣子的邊界輪廓； (6)采用浮動閾值法跟蹤記錄長間隙空氣電弧的邊界輪廓。
2.根據權利要求1所述的長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，其特征是，步驟(6)中，首先將小波變換模值圖像的二值化閾值取為最高值，然后逐漸降低閾值，在每一個閾值處將原模值圖像轉化為相應的二值圖像，同時檢測長間隙交流空氣電弧初始部分的邊界輪廓，直到找到滿足特征的初始部分邊界輪廓。
3.根據權利要求2所述的長間隙空氣電弧圖像邊緣檢測方法，其特征是，檢測到長間隙空氣電弧的初始邊界輪廓后，在此基礎上繼續搜索跟蹤邊界輪廓的其它部分。
【文檔編號】G06T5/00GK103955917SQ201410132332
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】孫秋芹, 周志成, 劉洋, 陶風波, 馬勇, 顏彪 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院