基于數(shù)字圖像處理的單條輸電線路曲線提取方法

徐瑞琳

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司通化供電公司，吉林 通化 134000）

近幾年來(lái)，很多的學(xué)者都對(duì)于利用數(shù)字圖像處理方式進(jìn)行單條輸電線路做了相對(duì)應(yīng)的研究。輸電線路的特點(diǎn)是長(zhǎng)期的放置在外部環(huán)境之中，接受風(fēng)吹雨打，會(huì)導(dǎo)致輸電線路的一些數(shù)據(jù)發(fā)生改變，這種數(shù)據(jù)的改變很可能會(huì)影響到其安全性，從而嚴(yán)重危害人們的日常生活，因此，必須要對(duì)輸電線路的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。相關(guān)的電力工作人員必需要對(duì)輸電線路進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控工作。以往傳統(tǒng)的輸電線路曲線提取方式工作起來(lái)相對(duì)較為繁重，為一個(gè)復(fù)雜的提取工作，并且所提取到的數(shù)據(jù)也很有可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，因此需要先進(jìn)行單條輸電線路曲線的提取。

本文通過(guò)對(duì)基于數(shù)字圖像處理的單條輸電線路曲線的提取方式進(jìn)行深入探究，對(duì)具體的工作方式和其中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出一些相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)策略，以便于電力的工作人員能夠更加準(zhǔn)確快速的得到輸電線路的數(shù)據(jù)信息。

1 數(shù)字圖像處理

1.1 輸電線路圖像的獲取

相關(guān)的電力工作人員是通過(guò)在電線塔桿上安裝一種基于數(shù)字圖像處理方式的圖像采集系統(tǒng)，并利用電力線通訊的技術(shù)，對(duì)電線塔桿上的輸電線路進(jìn)行相對(duì)應(yīng)圖像采集處理并拍下一些視頻，這種方式是利用最新型的和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)所進(jìn)行的。所以對(duì)于輸電線路的圖像采集從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是利用安裝在輸電線塔桿上監(jiān)控系統(tǒng)所拍下的視頻和圖像所得到的，這種方式在現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)之中是一種十分方便的方式。

1.2 輸電線路的圖像預(yù)處理

利用新型的監(jiān)控設(shè)備所拍下的輸電線路的圖像其中會(huì)存在著很多的問(wèn)題，例如圖像畫(huà)面不清晰或者是圖像有變形等等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到電力工作人員對(duì)于輸電線路的圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行觀察和采集。為了對(duì)這種問(wèn)題進(jìn)行解決，就需要利用更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于輸電線路的圖像進(jìn)行一系列的加工，對(duì)圖像中存在的問(wèn)題進(jìn)行處理。主要的輸電線路圖像加工方式分為四種，分別是圖像的灰度化處理、濾波處理、圖像校正處理和邊緣提取處理這四種方式。一般來(lái)說(shuō)對(duì)于輸電線路圖像的處理流程是，首先對(duì)所獲取的輸電線路圖像進(jìn)行圖像灰度化處理，其次對(duì)上一步處理好的圖像進(jìn)行濾波處理，然后再進(jìn)行輸電線路圖像進(jìn)行校正，最后再對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行邊緣提取。下面對(duì)四種圖像處理方式進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）輸電線路圖像灰度化處理。這一個(gè)步驟是對(duì)于輸電線路圖像處理的基礎(chǔ)，利用這種方式對(duì)圖像進(jìn)行處理之后，就能夠使得以后的圖像處理步驟變得更加便利，能夠大量的減少以后對(duì)于圖像中數(shù)據(jù)信息的計(jì)算量。

（2）輸電線路圖像的濾波處理。濾波處理的內(nèi)在含義就和其表面的文字意思是相同的，就是將不必要的圖像噪聲波形進(jìn)行濾除，在這個(gè)輸電線路圖像處理過(guò)程之中除了要對(duì)圖像的噪聲進(jìn)行減少，更重要的還是要盡量保證輸電線路圖像之中的一些特有的特點(diǎn)不被去除。

（3）輸電線路圖像的校正處理。利用監(jiān)控設(shè)備所獲得的輸電線路圖像之中會(huì)出現(xiàn)一些圖像畸形的問(wèn)題，利用對(duì)于輸電線路圖像進(jìn)行校正處理，能夠?qū)υ臼д娴膱D像進(jìn)行還原，從而得到更加真實(shí)的輸電線路圖像。在這個(gè)輸電線路圖像校正處理過(guò)程之中，主要是分為兩個(gè)步驟，分別是幾何校正和灰度校正，經(jīng)過(guò)這個(gè)步驟能夠獲復(fù)原之后的輸電線路圖像。

（4）輸電線路圖像的邊緣提取處理。對(duì)于輸電線路圖像進(jìn)行邊緣提取，這一步驟主要是對(duì)圖像的灰度變化進(jìn)行定位、檢測(cè)和度量。

2 對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行邊緣跟蹤

2.1 以往傳統(tǒng)的邊緣跟蹤方式

在利用數(shù)字圖像處理方式對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行處理之后，就是要對(duì)經(jīng)過(guò)處理的輸電線路圖像處理進(jìn)行邊緣跟蹤。對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行邊緣跟蹤的方式，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)一定的順序方式對(duì)處理之后的圖像邊緣點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，從而能夠找到處理之后圖像的邊緣，然后再對(duì)其圖像輪廓進(jìn)行跟蹤。

在以往傳統(tǒng)的輸電線路圖像的邊緣提取處理方式之中，大多都是利用“小蟲(chóng)爬法”和“光柵掃描法”進(jìn)行邊緣跟蹤。小蟲(chóng)爬法的具體操作概念其實(shí)就是可以理解為一個(gè)小蟲(chóng)子在二值圖像之上的白色區(qū)域和黑色區(qū)域之間來(lái)回的進(jìn)行爬動(dòng)，然后當(dāng)小蟲(chóng)爬到二值圖像的像素值不為0的邊緣點(diǎn)的時(shí)候，向左進(jìn)行轉(zhuǎn)彎然后再對(duì)其像素值的大小進(jìn)行判斷和分析再?zèng)Q定下一步的進(jìn)行。光柵掃描法就是在對(duì)圖像進(jìn)行掃描之前先在計(jì)算機(jī)之中設(shè)定一定的閾值，然后再將經(jīng)過(guò)數(shù)字圖像處理之后的輸電線路圖像進(jìn)行反復(fù)的掃描，掃描可以分為行掃描和列掃描兩種，其中具體操作之中還要對(duì)閾值進(jìn)行反復(fù)的掃描。這兩種掃描方式所得到的結(jié)果都存在著一定的誤差，而且對(duì)于電力工作人員來(lái)說(shuō)工作量十分大，所以這種掃描方式只適用于一些簡(jiǎn)單的輸電線路圖像處理。

2.2 現(xiàn)代新型的輸電線路圖像邊緣跟蹤法

以往傳統(tǒng)的輸電線路圖像邊緣跟蹤方式工作效率較低，不能夠?qū)σ恍?fù)雜的輸電線路圖像邊緣進(jìn)行邊緣跟蹤。隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，有了更加新型的輸電線路圖像邊緣跟蹤法，能夠處理相對(duì)復(fù)雜的數(shù)字圖像，從而更加簡(jiǎn)便的得到所需要的目標(biāo)邊緣，這種圖像邊緣跟蹤法就是采用鏈表表示法，這種方式的具體操作方式就是對(duì)圖像之中相鄰像素之間的連接方向進(jìn)行判斷，然后再對(duì)其方向進(jìn)行一定順序的判斷，從而能夠得出輸電線路圖像的下一步邊緣跟蹤方向。這種方式就是對(duì)輸電線路圖像之中的某一點(diǎn)像素M和該像素點(diǎn)周圍的8個(gè)像素點(diǎn)所構(gòu)成的鄰域按照逆時(shí)針的方向?qū)吘夵c(diǎn)進(jìn)行編碼，然后再進(jìn)行對(duì)于圖像邊緣點(diǎn)的跟蹤，即按照逆時(shí)針的方向在M的鄰域之中對(duì)像素值不為0的邊緣點(diǎn)進(jìn)行搜索。這種經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后的輸電線路圖像邊緣跟蹤方式，大大提高了相關(guān)工作人員的工作效率，節(jié)省了一些不必要的計(jì)算時(shí)間。

3 單條輸電線路的曲線提取

3.1 利用人機(jī)交互方式

利用人機(jī)交互方式對(duì)單條輸電線路進(jìn)行曲線提取，這種方式從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，就是人機(jī)進(jìn)行相互的交流和互動(dòng)，就是工作人員與輸電線路圖像之間進(jìn)行操作，在這其中所利用到的一個(gè)重要方式就是人機(jī)操作的系統(tǒng)界面。人機(jī)交互界面的主要?jiǎng)討B(tài)操作權(quán)限就是僅僅對(duì)于電力工作人員可見(jiàn)的，然后再通過(guò)人機(jī)交互界面中的一些操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行操作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于輸電線路曲線提取。

利用人機(jī)交互方式進(jìn)行邊緣跟蹤的流程具體操作就是，首先，對(duì)當(dāng)前點(diǎn)的像素坐標(biāo)進(jìn)行記錄，搜索方向規(guī)定為-1。其次，再對(duì)逆時(shí)針的對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，判斷其中是否具有邊緣像素點(diǎn)，如果有則對(duì)其像素點(diǎn)進(jìn)行記錄和標(biāo)記。然后如果沒(méi)有邊緣像素點(diǎn)則對(duì)鄰域之中的像素點(diǎn)編碼進(jìn)行搜索，對(duì)是否具有邊緣像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，如果有則對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行記錄和標(biāo)記，如果沒(méi)有邊緣像素點(diǎn)則需要改變搜索方向，然后，再根據(jù)以上的流程繼續(xù)進(jìn)行判斷。由這個(gè)工作流程就能夠得到目標(biāo)邊緣之上的各種控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。

3.2 采用線路跟蹤方式

對(duì)于單條輸電線路曲線進(jìn)行提取之中的一個(gè)過(guò)程就是對(duì)于初次目標(biāo)邊界跟蹤進(jìn)行提取，這個(gè)過(guò)程一般是分為三個(gè)步驟的。首先，利用提取之中的人機(jī)交互方式對(duì)需要跟蹤的目標(biāo)輸電線路曲線的開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的像素點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行記錄和保存。其次，對(duì)于從開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行目標(biāo)的跟蹤，當(dāng)跟蹤結(jié)果是正確的時(shí)候則會(huì)立即結(jié)束跟蹤的提取，如果跟蹤結(jié)果之中出現(xiàn)問(wèn)題就可以直接跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)步驟。最后一個(gè)步驟就是對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的像素點(diǎn)跟蹤位置繼續(xù)利用人機(jī)交互的方式進(jìn)行反復(fù)的修改，然后繼續(xù)對(duì)目標(biāo)過(guò)程進(jìn)行跟蹤，直到跟蹤結(jié)果正確之后才會(huì)結(jié)束這一過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

在利用數(shù)字圖像處理的方式進(jìn)行單條輸電線路曲線進(jìn)行提取時(shí)，對(duì)于數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理是整個(gè)過(guò)程的基礎(chǔ)，能夠減少對(duì)于數(shù)據(jù)量的計(jì)算。然后還要通過(guò)人機(jī)交互和邊緣跟蹤的方法對(duì)于單條輸電線路進(jìn)行提取，最終得到單條輸電線路曲線。

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