图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用
王晓龙
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王晓龙,. 图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用[J]. 信号处理与图像分析,2021.2. DOI:10.12721/ccn.2021.157016.
摘要: 国网青海省电力公司检修公司 810000
摘要:我国高速铁路发展势头十分迅猛,为了更加完 善我国的交通运输系统,还需进一步提高其安全性和稳定性, 此时就要积极分析研究高速铁路接触网的关键检测技术,来以 此促进高速铁路的繁荣发展。
关键词: 无人机;力线路巡检;图像处理技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157016
基金资助:

前言:无人机在电路巡检中可以通过拍摄图像发现各个线路是否正常,其能够有效降低认为检修出现的错误,并给电力检修工 作带来较多的便利,提高电力系统的运行效率。通过对现阶段无人机在电力线路巡检上图像处理的应用现状,并对该技术在电力 巡检方面进行了详尽的分析,为无人机电力巡检的相关研究提供理论参考依据。

一.在电力巡线中图像处理存在的问题

在利用无人机巡检电力系统的电路会受到较多因素影响, 特殊情况下还会对输电线路产生不利影响。其主要的影响因素 包括:光学因素、辐射失真、运动模糊和噪声。首先光学因素 是指在光学系统中,近轴曲和实际图像区可能有一定的偏差, 从而造成图像质量的下降并导致对电力部件检测的准确率造成 影响。其次是辐射失真,无人机的检测系统主要是利用传感器 对目标进行发射观察,如果辐射出现失真的状况,就会造成图 像的不清晰进而影响对图像的分析。再次是运动模糊,因为无 人机拍摄电力线路是处于运动状态的,无人机自身的机械振动 会对图像造成一定的干扰,进而影响对电力线路的准确判断。 最后是噪声,无人机在收集图像的过程中会受到噪声的干扰, 其对于信号的传递有着一定的影响。

二.电力巡检中运用图像处理技术具体应用

图像处理在无人机巡检电力线路中是关键步骤。在收集巡 检电路的图像后,首先要对图像进行预处理,对于图像的光度 而言,因为在不同的情况下所获得图像的亮度是不同的,因此 在实际进行采集图像的过程中可以根据实际情况进行亮度的调 节,以便增加计算机对图像的识别度。增加亮度的方法主要有三种,第一种可以将其转换成颜色空间调节,这种方法在操作 的过程中比较直观,但是缺点是该方法的效率较低。第二种是 线性调整,这种调整主要是对像素进行直接调整巡检物体的亮 度,因此线性调整是十分重要的。第三种是曲线调整,在亮度 调整时可能会遇到亮度分层不明显的问题,一般情况下,在某 个区域会出现一定的明暗差别,所以要对整体的亮度进行调整。

去掉雨雾背景,应为一些天气的原因,在阴雨天的能见 度较低,如何去除雾雨等障碍物是图像处理的一个难题,这 对于图像的恢复十分重要。去除雾雨主要有两种方法,一种 是单帧去雾,另一种是视频去雾。其中视频去雾是利用雾雨 本身的特点进行处理进而达到检测的效果。有研究者认为, 当视线较为明亮,并且在一定的时域内,其变化较快,则可 以通过对其像素进行值滤波器处理,以便达到去雾雨的效果, 但是这种方法仅仅能够对一些简单的视频进行处理,而对于 一些运动的视频还要通过建立相应的雾雨模型继续宁特性的 描述。有学者在研究中利用了背景分离的原理对图像进行处 理,然后在对前景图像进行光度的检测,并利用直方图进行 雨线,最终将雾雨去除。还有研究是利用单一的图像进行去 雾化研究,这种处理主要是基于高斯滤波函数而进行的,其 对于图像的边缘像素的影响较小,进而在去雾雨的同时可以 对边缘像素进行很好的保护。另有研究者采用全局滤波的方 式进行图像的处理,该方法主要用于处理图像的噪声,其原 理为最小二乘法的滤波器平衡理论,在处理后可以让图像的 滤波水平达到最佳值,通过对图像内容的指导并利用局部线 性模型可以较好地对比原的特征进行去除。

对于图像拼接而言,无人机所装配的摄像机像素十分有限, 且无法对较大的范围场景景象进行拍摄,所以在图像处理的同 时,需要将所获得的图片进行拼接以满足实际巡检图像处理的 要求。因为电力系统的各种线路铺设是十分复杂的,所以目前 还缺少相匹配的算法处理各种复杂的问题。一般是根据相似判 断标准对图像进行分配,主要是基于图像的匹配特征和图像像 素值,并根据图像的特征进行像素的导出,从而得到有价值的 参考特征。但是这种操作在匹配的过程中可能会出现大量的时 间上的损耗,严重影响拼接的效率。在经过旋转后图像的拼接 会出现低效能的现象,在转换图像后还需要经过大量的计算, 并且这种方法对于设备的要求较高。一般情况下,两个图片在 拼接的过程中,其边缘的灰度是有一定的差距的,实际上图像 拼接的这种灰度值也是无法避免的,采用图像融合的方法可以 对这种现象进行有效的处理,主要以平滑重叠的方式进行,使 其从第一到第二图像进行转变。图像识别也是图像处理的关键所在,在传输电路的过程中, 计算机可以根据拍摄区域传递的信息继续一定的分析,如果天 气较为恶劣,则拍摄过程中信号就会受到一定的干扰,提取目标对象就会出现较大的难度。这种 情况下,需要通过对图像进行处理后再进行图像的识别,例如 可以应用 Adaboost 进行相应的计算,这种计算方式将会让图像 具有良好的视觉效果,具有一定的实用性,这种方法的优势就 是计算速度较快,并且能够有效地克服检测速度的难题,从而 有效地对电力线路进行相应的检测。

结束语:

在电力系统中,每个地区由于地形的差异线路铺设范围和 方式都有所不同,有些地区甚至环境较为恶劣,因此,电力部 门需要消耗大量的人力和物力去维护所铺设的线路。现今,随 着无人机技术的大力发展,其可以深入地应用到电力线路的巡 检中,其特点为检测结果较为客观并不受地形因素的影响。无 人机巡检电力线路主要是依靠其摄像设备,由此可以获得大量 的高清数据,并在拍摄后可以对图像进行分析,对绝缘子和塔 杆是否受损都能清楚地拍到,与此同时,通过图像的处理还能 对输配电线等部件进行相应的排查,最终获得线路缺项的相关 数据。

参考文献:

[1]陈昱彤. 基于图像识别的无人机电力线路检测[D].杭州电子科技大学,2018.

[2]李高磊. 基于机器视觉的无人机电力巡线技术研究[D].安徽理工大学,2016.

[3]唐泽亮. 无人机电力巡线系统的设计与仿真[D].广东工业大学,2017.

[4]陈景尚. 对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J]. 科技创新与应用,2019(02):158-159.

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