[发明专利]基于仿射不变矩的电气化铁路绝缘子片间异物污染故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是电气化铁路接触网绝缘子片间异物污染故障检测领域，包括图像图元的快速分类，故障的准确识别定位领域。

背景技术

在接触网悬挂装置中，绝缘瓷瓶起着隔离其带电部分与非绝缘部分的重要作用。由于其长期曝露在外，会受到一定程度的污染，包括尘土，机车路过溅起的石子等。同时石子等异物长时间夹在绝缘瓷瓶间，可能导致瓷片出现裂痕，甚至破损等不良状态。这些不良状态将降低其绝缘性能，严重时会危害人员安全，造成跳闸事故。因此，有必要检查绝缘瓷瓶有无异物污染故障。

目前我国铁路供电部门对绝缘子瓷瓶的检查主要为人工方式，定期对绝缘子进行清扫和逐个检查。这种方式效率低，很难实时监控绝缘子状态，因此有必要研究绝缘子实时自动检测方法。目前，整个弓网系统中的图像监控及分析研究主要集中于受电弓的识别定位和故障检测以及接触网的几何参数检测上。陈维荣等研究了基于边缘提取、形态学图像处理等方法的受电弓滑板状态监测[陈维荣，冯倩，张健，等.受电弓滑板状态监测的图像目标提取[J].西南交通大学学报.2010，45（1）：59-64.]。马莉等利用同态滤波和边缘检测分析了受电弓定位问题[马莉，王泽勇，高晓蓉，等.图像处理技术在受电弓滑板检测中的应用[J].机车电传动.2009（05）：52-53]。冯倩等利用边缘检测和形态学图像处理进行受电弓滑板的磨耗测量[冯倩，陈维荣，王云龙，等.受电弓滑板磨耗测量算法的研究[J].铁道学报.2010，32（1）：109-113.]。韩志伟等研究了利用CCDP变换进行受电弓裂纹检测的方法[韩志伟，刘志刚，陈坤峰，等.基于二代曲波系数定向映射的受电弓滑板裂纹检测技术[J].铁道学报.2011（11）：63-69.]。Niwakawa等人研究了利用小型化图像检测设备进行弓网检测[Niwakawa M，Onda T，KinoshitaN.Stereo Vision Based Measurement of Intersections of Overhead Contact wires and Pantograph of KYUSHUSHINKANSEN[J].IEEJ Transactions on Industry Applications.2007，127(2)：118-123.]。牛大鹏等研究了利用非接触式方法对接触网进行几何参数检测的方法[牛大鹏.非接触式接触网几何参数检测系统研究[D].西南交通大学，2008.]。范虎伟研究了利用图像处理方法对接触线定位器定位坡度进行检测[范虎伟，卞春华，朱挺，等.非接触式接触网定位器坡度自动检测技术[J].计算机应用.2010，30（S2）：102-103.]。杨翠茹利用图像的灰度共生矩检测和定位电力系统中的绝缘子[杨翠茹.基于纹理特征的绝缘子检测方法[J].电气技术.2010（7）：46-48.]。但由于接触网悬挂装置图像过于复杂，目前国内外通过图像处理方法进行绝缘瓷瓶故障分析与检测的研究甚少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像处理理论方法的电气化铁路绝缘子片间异物污染故障的自动识别与定位方法，使之通过将复杂图像分类，简化背景，克服全局图像中绝缘子识别定位困难的问题，提高检测的效率和准确性。

本发明采用的技术是：基于仿射不变矩的电气化铁路绝缘子片间异物污染故障检测方法，利用Hough变换线段检测将检测图像分为杆状物类和绝缘子类；应用仿射不变矩识别并精确定位绝缘子类中的绝缘子；对提取的绝缘子进行角度校正，膨胀运算操作，局部对比度调节等预处理；求取预处理后绝缘子的灰度统计曲线图，根据灰度图中条带宽度判断并定位绝缘子故障。

将拍摄采集的图像储存在图像库中。由于实际图像内容繁多，而杆状物并非后续处理对象，因此首先将检测图像的基本图元大致分为杆状物和绝缘子两类，从而使后续处理对象简化为绝缘子类，以提高识别和定位的速度与准确性，同时提高检测的效率。具体工作如下：

A、全局图像基本图元的预分类

由于传统Hough变换检测结果为直线，本发明应用能得到端点的Hough线段检测算法。但由于实际图像曝光不均等原因，导致杆状物灰度分布不均匀，边缘对比度低，使得其边缘不连贯，不清晰，从而导致线段检测结果为分布在对应边缘附近的大量小线段。为得到真实端点，需要正确聚类检测到的小线段。分以下几步解决上述定位困难的问题：

(1)Hough变换线段检测得到杆状物的边缘线段数组，储存各线段数组和其对应的θ值，以及θ数组的长度L；