基于圖像處理的保護(hù)壓板定位及狀態(tài)識(shí)別研究

1、    基于圖像處理的保護(hù)壓板定位及狀態(tài)識(shí)別研究    呂志寧 寧柏鋒 周子強(qiáng)摘要：本文針對(duì)現(xiàn)有的保護(hù)壓板識(shí)別技術(shù)對(duì)采集圖像角度及識(shí)別精度不高缺點(diǎn)，提出一種圖像處理技術(shù)可快速定位壓板位置區(qū)域，并可準(zhǔn)確對(duì)壓板類型進(jìn)行分類識(shí)別。關(guān)鍵詞：保護(hù)壓板；仿射變換；hog特征；svm分類器：tp391.41 ：a ：1007-9416（2018）06-0082-021 引言保護(hù)壓板作為電力運(yùn)行系統(tǒng)中電路保護(hù)裝置，對(duì)電力運(yùn)行安全起到重要作用。由于一次巡檢過程中壓板數(shù)量較多，采用人工巡檢極易造成視覺疲勞，造成誤檢或者漏檢1-3。文獻(xiàn)4通過對(duì)壓板圖像進(jìn)行二值化處理，通過統(tǒng)計(jì)

2、圖像指定位置處的黑色像素值個(gè)數(shù)及位置信息，進(jìn)行壓板狀態(tài)識(shí)別。以上壓板識(shí)別技術(shù)存在的問題：（1）壓板圖像要求正面垂直拍攝，對(duì)不同角度拍攝的壓板圖像無法準(zhǔn)確定位到壓板區(qū)域，魯棒性不高。（2）壓板圖像需要在光照均勻的情況下進(jìn)行采集，保證圖像清晰度，容易受光照變化造成誤檢，魯棒性不高。針對(duì)以上算法的缺點(diǎn)，本文提出一種輪廓檢測定位算法可以快速定位到壓板區(qū)域，并通過仿射變換技術(shù)對(duì)變形的壓板圖像進(jìn)行變換，得到校正后的壓板圖像，保證在不同角度拍攝下都能夠準(zhǔn)確定位的目標(biāo)。并通過分類器進(jìn)行模型訓(xùn)練，通過訓(xùn)練出的分類模型對(duì)壓板圖像進(jìn)行分類識(shí)別。2 基本理論2.1 方向梯度直方圖方向梯度直方圖是一種在計(jì)算機(jī)視覺和圖像

3、處理中用來進(jìn)行物體檢測的特征描述子。它通過計(jì)算和統(tǒng)計(jì)圖像局部區(qū)域的梯度方向直方圖來構(gòu)成特征。2.2 svm分類器支持向量機(jī)是一種有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)的新穎的小樣本學(xué)習(xí)方法。從本質(zhì)上看，它避開了從歸納到演繹的傳統(tǒng)過程，實(shí)現(xiàn)了高效的從訓(xùn)練樣本到預(yù)報(bào)樣本的“轉(zhuǎn)導(dǎo)推理”，大大簡化了通常的分類和回歸等問題。待分類的樣本x的類別依據(jù)f（x）的值的進(jìn)行判定，若f（x）=+1，則樣本x的類別為正樣本，反之則為負(fù)樣本。3 壓板定位與校正定位與校正步驟如：（1）對(duì)原始圖像進(jìn)行灰度化處理，并通過均值濾波去除噪聲影響。（2）將去噪后的圖像通過otsu自適應(yīng)閾值分割算法獲取二值化圖像（只存在0，255兩種像素值）；通過分析二

4、值化圖像特點(diǎn)，存在許多孤立的非壓板區(qū)域點(diǎn)，采用以下算法流程去除這些孤立點(diǎn)。1）遍歷圖像中每個(gè)像素點(diǎn)，判斷像素值是否為255（白色）；2）若此點(diǎn)像素值為255，則讀取該像素值上下左右相鄰的四個(gè)像素值，若四個(gè)點(diǎn)像素值全部為255，則保留此點(diǎn)，反之則去除此點(diǎn)。（3）對(duì)去除孤立點(diǎn)后的二值化壓板圖像，采用形態(tài)學(xué)膨脹算法進(jìn)行膨脹運(yùn)算，增加壓板區(qū)域輪廓的完整性。（4）通過輪廓檢測算法檢測出圖像中所有輪廓信息，獲得其中面積最大的輪廓區(qū)域，即定位出壓板區(qū)域；根據(jù)輪廓信息從而定位出壓板區(qū)域的四個(gè)角點(diǎn)。（5）通過四個(gè)角點(diǎn)，根據(jù)仿射變換算法進(jìn)行仿射變換，得到變換后的壓板圖像。4 壓板識(shí)別通過前期收集不同種類壓板圖像，

5、并將每個(gè)壓板開關(guān)圖像切割成獨(dú)立壓板開關(guān)圖像，并根據(jù)開關(guān)狀態(tài)分成“投”“退”兩類。基于hog特征的svm分類器訓(xùn)練流程：（1）對(duì)每張圖像統(tǒng)一變換為同一大小的樣本圖像作為訓(xùn)練樣本圖像；（2）對(duì)每張圖片先通過sobel算子作為邊緣檢測算法提取邊緣圖像，再將此圖像灰度化后作為輸入圖像；（3）提取每個(gè)圖像的hog特征，并通過svm分類器進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練出“投”“退”兩種狀態(tài)二分類器；（4）此處先通過sobel獲得邊緣圖像，可以突出壓板圖像中開關(guān)的邊緣信息，再提取hog特征，作為分類器訓(xùn)練的特征，這樣可以獲得魯棒性更高的分類器。5 實(shí)驗(yàn)效果與分析通過采集同種類別的100幅壓板圖像，通過采用全文文獻(xiàn)中的算法與

6、本文算法進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表1所示。6 結(jié)語通過采用基于otsu自動(dòng)閾值分割與噪點(diǎn)去除算法并結(jié)合圖像形態(tài)學(xué)算法，可準(zhǔn)確定位到壓板圖像中感興趣區(qū)域，并通過輪廓定位算法，結(jié)合仿射變換技術(shù)自動(dòng)校正壓圖像，使得壓板圖像經(jīng)校正后可以準(zhǔn)確定位到每個(gè)開關(guān)位置；通過采用svm分類器，作為壓板分類判斷，并在訓(xùn)練過程中通過先獲取圖像的sobel邊緣圖像作為訓(xùn)練圖像樣本，提高分類器的分類準(zhǔn)確率。參考文獻(xiàn)1喬成銀，李濤，陳波，等.一起溝通三跳壓板誤投造成保護(hù)誤動(dòng)作分析j.電子設(shè)計(jì)工程，2013，（20）：169-171.2汪洪明，楊妮娜.二次壓板操作的安全措施與防范探討j.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2007，（2）：76

7、-78.3劉建明.探討母線分列運(yùn)行時(shí)壓板的投退問題j.廣東電力，2009，（07）：71-74.4任俊杰，蔣嵐.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)壓板圖像識(shí)別系統(tǒng)j.北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（2）：60-64.abstract：in this paper， an image processing technology can quickly locate the position area of the press plate and classify the type of the press plate accurately in view of the shortcomings of the existing protection plate recognition technology for the acquisition of image angle and recognition accuracy.key words：protection platen； affine transformation； hog feature； svm classifier數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用2018年6期數(shù)字