摘要：直升机巡检以其高效、准确和安全等特点逐渐成为高压输电线路巡检的重要方式。尽管这一巡检方式已经取得了较为可观的成果，但在图像处理技术方面依旧存在着各种各样的问题，急需相关科研技术人员对其进行完善。这就使得如何进一步有效完善图像处理技术在在直升机巡检输电线路中的应用成了当前相关领域人士的共同研究点。
关键词：图像处理技术；直升机；巡检输电线路；应用
前言
随着GPS技术与图像处理技术的研发和推广[1]，其在电力巡检中获得了十分理想的成就，这就使得将这些先进科技运用至更深层次的巡检如直升机自动巡检等，使进一步提升巡检的工作效率成为可能。与此同时，也为无人机电力巡检的研发与推广打下来坚实的技术基础。当前，尽管全球在电力巡检图像处理技术的研究中已突破了萌芽状态，取得了一定成就，但依旧处于起步阶段，还有很大的上升空间。本文就将全球图像处理技术研究现状以及在直升机巡检输电线路中的应用进行深入分析，并作如下相关总结。
1.图像处理技术概述
所谓图像处理就是为了某种目的对图像的强度（灰度值[2]）分布视为一连串整数值的集合，经由不断的运算执行某些特定的加工和分析。随着计算机软件、硬件技术的日新月异的发展和普及，人类已经进入一个高速发展的信息化时代，人类大概有80%的信息来自图像，科学研究、技术应用中图像处理技术越来越成为不可缺少的手段。图像处理所涉及的领域有军事应用、医学诊断、工业监控、物体的自动分检识别系统等等，这些系统无不需要计算机提供实时动态，效果逼真的图像。
2.全球图像处理技术研究现状
2.1图像采集成果问题
研究表明，在直升机实际巡检过程中，各类设备的振动以及被巡检目标的相对运动都会在一定程度上导致图像退化。通常情况下，静态图像可以容忍的视场运动保持在1.00%～2.00%之间，且在此过程中，图像采集的视角变化应保持在10−4rad[3]以下。为进一步弥补直升机运动对图像采集造成的影响，专业技术人员通常以角点检测法对图像固定点进行配准，以能够最大化地实现相机调焦过程中持续性巡检的跟踪目标。除此之外，为确保巡检图像的有效自动采集，还格外制定了摄像机自动控制系统。
2.2目标提取与识别问题
目标图像提取是巡检图像处理中的核心点。巡检目标的背景相当复杂多变，这就使得其与巡检目标图像复杂性之间的差异性较小，从而使所得图像的真实性和清晰度较低。所以，提取目标图像与背景去除是巡检图像处理中的一大难点。在目标图像识别和提取方面，全球各相关研究者经过多次实验研究已取得了初步的成果。完成输电线的提取主要有以下几种方式：①提取电力线像素点（利用Ratio算子），然后提取并连接各分段电力线（利用分段Radon变换），再跟踪并连接电力线的断裂部分（利用类卡尔曼滤波技术[4]）；②提取图像边缘（差分几何法）后提取输电线（Hough变换和数字图形学法）；③利用雷达反射波极化统计法识别输电线后进行提取；④去除背景噪声后（神经网络法）提取输电线；⑤利用最大熵阈值方法对图像进行选择性分割，而后以连通区域法识别并提取绝缘子串。以上该系列方法仅仅只是识别和提取输电线相关设备的初步方法，尚未完善，有待进一步优化。
3.图像处理技术在直升机巡检中的应用
3.1图像处理
下列图1为巡检图像处理流程简图。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此图中，CCD（电荷耦合元件或图像传感器）主要包括了数码摄像机以及红外照相机；DGPS（差分全球定位系统）设备安装于巡检直升机的内部，在为其提供方位信息的同时通过差分动态定位技术对巡检目标进行定位（平面定位误差约为2厘米左右，高程误差约为5厘米左右）。但实际上，我国各大电力企业用以巡检的直升机一般都是临时租用而来，是以通常以人工摄像或固定摄像为主要图像采集方式。
3.2图像采集
因当前图像采集技术有限，因此，有限目标图像采集（利用输电线路、杆塔等）是目前国内外直升机巡检图像的主要采集方式，在这一方式中，巡检目标物始终处于直升机的有效巡检视场内。但是，直升机进行巡检时肯定是处于运动的状态，只有在巡检过程中扫描到故障区或问题区才会处于悬停飞行状态，是以动态图像采集是直升机巡检中的主要的采集方式。利用摄像机进行动态图像采集主要有以下两种途径：第一，摄像机通过人工摄像或电子智能系统摄像等途径转动跟踪目标。以人工摄像的方式采集图像不仅要求摄像工作人员要具备高超的摄像技能，同时还存在一定的危险性，所以这一方式通常用于巡检工作初期。而智能系统跟踪摄像需要对摄像机的视角和焦距进行良好的智能控制，这就必须予以其相应的支持软件，以确保其能够正常运行，但该系统技术不仅难度系数非常大，且各类设施的成本也非常高。第二，摄像机与直升机相对固定，以连续性抓拍的形式采集序列图像，并以此为目标现状的分析提供依据。在这一方法中，抓拍所采集的图像序列不仅数量过多，被巡检目标的姿态也在不断变化，导致图像的后期处理工作难度较高，但其各类设施的成本却是最低的。
要想顺利开展图像检测工作，首先就必须要建立准确的摄像机成像几何模型。三维物体或相机相对位置参数以及空间位置和相机焦距等是成像几何模型的几大相关因素，其与二维图像的强度信息并没有太大的明显性关系。在此之中，摄像机参数又有内部参数以及外部参数之分。摄像机的光学和几何特性由其内部参数来描述，例如镜头畸变、图像中心等；摄相机坐标系与世界坐标系之间的三维位置关系由其外部参数来描述。
3.3图像预处理
实际上，国内外在巡检图像预处理方面已经生成了较为成熟的方式，但因巡检直升机大多是在野外进行巡检，所以采集图像时较易受到其自身运动和噪声的干扰，同时也就使得运动造成图像模糊以及噪声干扰成了图像预处理中的重难点部分。在实际巡检过程当中，除了电子器件等引起的噪声之外，大气流护和光照条件所引起的噪声是令直升机巡检工作人员头疼不已的又一问题。直升机进行巡检图像采集时通常都是处于运动的状态，也正因如此，其自身的运动状态会给航拍图像造成程度非常大的影响，最典型的、最常见的就是导致图像模糊不清。所以，为确保图像采集的清晰度和可辨识度，确定好直升机的运动速度与运动方向很有必要。随着科学经济的不断发展，目前相关研究专家已提出了令直升机自修正运动速度和运动方向的去模糊算法，并取得了一定的成果。
4.结论
总而言之，图像处理技术的研发应用广泛，其将数字图像技术、人工智能技术以及识别技术融为一体，为国家和社会各项工作提供了便利性。特别是将其运用至直升机巡检中，所涉的先进技术领域非常之多。目前，不管是国内还是国外，在该方面的研究均处于起步阶段且差异性较小。
参考文献：
[1]李栋，林靖宇，高鹏宇，等.无人机输电线路巡检中安全距离测量方法[J].广西大学学报（自然科学版），2016，41（02）：499-505.
[2]石伟，王朝立，陈建帅，等.基于图像处理的变电站指针式仪表读数研究[J].电子科技，2016，29（01）：118-127.
[3]黄东芳，胡桂明，周扬.复杂背景下输电导线图像特征的提取[J].数字技术与应用，2015，（11）：104-108.
[4]苑津莎，崔克彬，李宝树.基于ASIFT算法的绝缘子视频图像的识别与定位[J].电测与仪表，2015，52（07）：106-112.
论文作者:金涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/17
标签：图像论文; 直升机论文; 图像处理论文; 输电线论文; 技术论文; 目标论文; 方式论文; 《电力设备》2017年第4期论文;