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1、西安工程大学本科毕业设计（论文）摘 要由于输电线路长期在恶劣的自然环境下运行，加上长期机械负荷和强电场的因素，会使绝缘子产生故障，所以要对输电线路进行定期巡检。然而因为架设的输电线路需要经过山川河流等许多的复杂地形，人工检测的难度非常大。当前，输电线路的巡检已经普遍采用直升机实行数据采集，但是怎样从冗杂的数据中检测出输电线路中各部件的故障是目前研究工作的要点。本篇论文的主要目的是研究航拍输电线路图像中绝缘子部件的分割与识别，这也正是绝缘子故障检测的基础工作，并且可以直接用于直升机航拍巡检图像中绝缘子部件的提取。该方法首先将RGB色彩空间分为三个单独通道，并选用B通道进行分割，然后采用sobel
2、算子边缘检测法对图像进行分割处理，接着用形态学滤波的方法滤除噪声，再用连通区域标记的方法将分割出的绝缘子串进行标记，最后采用基于面积的特征提取方法完整地将绝缘子提取出。经过实验表明，本文的方法能够有效的识别并提取出目标绝缘子图像，但是由于航拍图像中复杂的背景干扰以及航拍角度等外在因素的干扰，就会给目标的提取带来一定的困难，所以还需要对提取方法加以研究和改进。关键词：数字图像处理，图像去噪，绝缘子提取，连通区域标记，形态学滤波，特征提取VIIABSTRACTDue to the transmission line running for a long time in your bad natur
3、al environment, and factors such as the mechanical load and strong electric field for a long time, can make the malfunction of the insulator so need regular checking on transmission lines. But due to the laying of the transmission line passes through mountains and rivers and many other complex terra
4、in, and the difficulty of manual inspection. At present, the inspection of the transmission line has been widely used in helicopter for data collection, and how to detect from multifarious data for the parts of the transmission line fault is the focus of current research.In this paper, the main work
5、 is to study the aerial transmission line insulator in image segmentation and recognition, it is also the foundation of fault identification, can be used for the extraction of image from a helicopter aerial inspection insulator images. This method first of all, the RGB color space is divided into th
6、ree separate channels, and selects the B channel segmentation. And then apply sobel edge operator method for image segmentation, then, with morphological filtering method to filter out noise. To use the method of the connected area will split out the insulator string, finally adopts the method of fe
7、ature extraction is complete to pick out the insulator. After Halcon experiment simulation software, the method can effectively from complex background images full of extracting target image. Said by experiment, the method can effectively extract the targets, due to the complex background of aerial
8、images and aerial perspective, and a series of external factors, can bring certain difficulty to the extraction of target, so still need to improve on extraction method.KEY WORDS: digitalimageprocessing,image denoising, Insulator extract, Connected Component Labeling, morphological filter, feature e
9、xtraction目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1课题研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3本课题研究工作与结构安排3第2章 RGB色彩空间52.1RGB彩色空间介绍5第3章 图像分割73.1图像分割简介73.2图像分割方法概述73.2.1 基于阈值的分割方法73.2.2 基于区域的图像分割93.3.3 基于边缘检测的图像分割103.3实验结果对比分析12第4章 形态学处理154.1形态学处理简介154.2形态学处理方法概述154.2.1 腐蚀：164.2.2 膨胀164.2.3 开运算164.2.4 闭运算174.3实验结果对比分析17第5章 连通区域标记205
10、.1连通区域标记简介205.2连通区域标记方法概述205.2.1 象素标记205.2.2 游程连通性分析21第6章 特征提取226.1特征提取简介226.2特征提取概述226.2.1 颜色特征描述226.2.2形状特征分析23第7章 总结与展望267.1总结267.2展望26参考文献28致 谢29第1章 绪 论本章简略介绍课题的研究目的及意义，该课题国内外研究现状以及论文内容安排等。1.1课题研究背景及意义绝缘子是输电线路中的一种特殊的绝缘部件，用来支撑和固定母线与带电导体、并且使带电导体之间或者导体与大地之间有充足的绝缘距离。绝缘子在架空输电线路中能起到起到重要的作用，但是输电线路中的绝缘子
11、在运行过程中由于长期的机电与电磁负荷，还有周围复杂的环境等作用，就会出现绝缘电阻值降低，绝缘子开裂甚至击穿等故障，直接或者间接影响电网安全。为了保证电网线路的安全运行，必须对输电线路劣化绝缘子检测技术进行深入的研究和改进。电网安全和是否能稳定运行越来越受到国家重视。绝缘子在输配电系统中应用尤其广泛,并且在近年大力发展的超高压、特高压交、直流输电系统中,整个电网系统的投资及安全水平更是取决于绝缘子的安全问题。目前,我国电网中广泛存在输变电设备老旧,设备没有改造完全,抵抗事故能力差等问题。根据国家电网公司的统计，由绝缘子缺陷引起的事故已经成为电力系统故障发生率的第一位，因此输电巡线工作也成了保障电
12、网安全的重要环节。当前直升机巡线已经成为多条重要输电线路的日常巡线手段，成为人工巡线的重要辅助手段，直升机巡检输电线路相较于人工巡检输电线路，更加的准确。因此，输电线上应用直升机巡线已经越来越普遍。这样不仅可以大幅度降低巡线成本，提高巡线效率，同时也能够提高巡线人员安全工作。通过对直升机巡检线路采集到的大量航拍图像处理和分析即可发现输电线路中的故障与缺陷，因此数字图像处理技术应用在电力线路巡检中具有非常好的前景。1.2国内外研究现状伴随着科学技术日新月异的发展，世界各国当前都普遍采用直升机对输电线路进行巡线检测，并且结合日益发展的计算机信息技术和图像处理技术，输电线路的故障检测变得日益便捷化和
13、智能化。上个世纪中叶，欧美等一些发达国家就已经开始用直升机代替人工进行航拍输电线路。随着航空交通工具技术的发展与进步，西欧、北欧等一些发达国将更多的注意力放在直升机巡检输电线路上，并且取得了优异的成绩。尤其是在美国，已经能够利用直升机在不停电的状态下更换高电压输电线路中部分零部件。欧美、中东和以色列以及日本等科学技术比较先进的国家经过半世纪的研究探索，将直升机在带电作业，架设线路等技术发展的越来越成熟。借鉴这些早使用直升机进行电力作业的国家的经验，我国也开始了相关方面的研究和实践，并且取得了良好的效果。在我国最早采用直升机进行输电线路巡检等作业的是华北电网，起到了良好的带头作用。在华北电网刚引
14、进直升机进行输电线路巡检的初期，由于当时科学技术的落后，并没有取得理想的效果，相关领域的研究也就此搁置。而现在随着我国经济的发展，科学技术方面也有了长足的进步，这两方面的条件促进了相关的研究再次进行，相关技术的发展满足当前行业对电力日益增长的需求。在上世纪末本世纪初，华中地区，西北地区、东北地区、华北地区等电网开始利用直升机巡检输电线路等技术的研究。其中成绩显著的是华北电网，该公司与北京的一家直升机公司合作，对华北电网的输电线进行了大规模巡检，巡查过程中发现了多处故障、并且进行及时修复，避免了大面积停电事故发生。浙江电力局绍兴分局也紧随其后利用直升机进行了巡查，发现多处安全隐患，及时地进行了维
15、护。10年初，浙江电力局绍兴分局开发的“直升机巡检输电线路”系统通过了考核，该系统的主要作用是实现采集信息的数字化、目标跟踪自动化、故障识别智能化等功能，其技术发展水平在国际同行业中排名前列。随着直升机在电力工程应用上的普及，相关技术得到了极大进步，尤其是在国家电力总公司提出了明确的目标之后，直升机在电力工程上的应用范围得到了进一步扩大，有关的标准也进一步得到完善。如图1-1为国家电网公司的直升机正对输电线路进行巡检。图1-1直升机航拍输电线路目前，我国与世界上的绝缘子在线检测的主要方法常分为两大类：非接触式检测法与接触式检测法。非接触式检测方法主要包括超声波检测法、激光多普勒振东法、红外线测温度法、电晕摄像机法、声波检测法及无线电波检测法等。接触式检测方法主要包括：电压分布检测法、泄漏电流检测法以及脉冲电流检测法等。如今，我国大部分科研院机构都已经研发出了针对绝缘子的在线监测系统。如：西安高压研究所研制的基于GPS的绝缘子污秽遥测新系统，哈尔滨超高压研究所研制的基于泄露电流绝缘子在线监测系统都投入实际应用并取得了良好的效果。虽然对绝缘子的研究由很多，但是在可见光图像中对复杂背景下的绝缘子进行提取仍是研究的一个难点。1.3本课题研究工作与结构安排本文主要用以数字图像处理与分析技术来实现绝缘子识别与提取。全文共分为6章，具体结构如下：
