紋理參數(shù)耦合GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力設(shè)備圖像識(shí)別方法介紹

王 昕，蔣佐富，蔡榮明，尚 將2，吳瑞文

(1.臺(tái)州宏創(chuàng)電力集團(tuán)有限公司，浙江 臺(tái)州 318000；2.國(guó)網(wǎng)浙江臺(tái)州市黃巖區(qū)供電有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

0 引 言

目前，在電網(wǎng)系統(tǒng)中，監(jiān)控設(shè)備可以在設(shè)備不停電的情況下完成設(shè)備的檢測(cè)，判斷出設(shè)備故障類型，但是并不能對(duì)這些圖像進(jìn)行智能識(shí)別。為了準(zhǔn)確、高效地識(shí)別電力設(shè)備，提出圖像紋理參數(shù)和GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法。

1 紋理參數(shù)

灰度共生矩陣是一種二階統(tǒng)計(jì)方法，可以用來計(jì)算圖像的紋理參數(shù)。其定義為：取圖像A中任意一點(diǎn) (x，y)，灰度值為(i，j)及偏離它的另一點(diǎn) (x+a，y+b)，將點(diǎn) (x，y)在圖像A上移動(dòng)，會(huì)得到各種(i，j)值，統(tǒng)計(jì)(i，j)值出現(xiàn)的次數(shù)，排列成一個(gè)方陣，再用(i，j)出現(xiàn)的總次數(shù)歸一化出現(xiàn)的概率P(i，j)，即為灰度共生矩陣。其中，a、b的取值不同，掃描的角度不同。圖1給出了相對(duì)中心點(diǎn)，距離為1，0度，45度，90度，135度四個(gè)方向?qū)?yīng)像素點(diǎn)所在的位置。

圖1 距離為1四個(gè)方向像素對(duì)位置

從灰度共生矩陣中，可以得到能量、對(duì)比度、熵、相關(guān)性參數(shù)這些特征值，這些特征值可以反應(yīng)圖像的紋理信息。

能量反應(yīng)圖像的均勻程度、紋理粗細(xì)度。

對(duì)比度反應(yīng)圖像的清晰度、紋理參數(shù)脊和谷深淺程度。

熵反映圖像的復(fù)雜程度，圖像越復(fù)雜，紋理參數(shù)中的熵值越大。

相關(guān)系數(shù)反應(yīng)圖像局部的灰度相關(guān)性。

通過灰度共生矩陣計(jì)算出圖像的四個(gè)方向下的紋理參數(shù)，其值作為GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入。

計(jì)算紋理參數(shù)前，需要調(diào)整圖像的大小，通過圖像的RGB三分量計(jì)算處圖像的灰度值，利用灰度值生成共生矩陣，從而計(jì)算四個(gè)方向下的紋理參數(shù)向量。

參數(shù)特征值計(jì)算流程圖如圖2所示。

圖2 紋理參數(shù)特征值計(jì)算流程

2 GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層、輸出層，通過調(diào)節(jié)權(quán)值、閾值，使得網(wǎng)絡(luò)的誤差最小。其算法流程如下：

(1)設(shè)置初始權(quán)值為較小的非零實(shí)數(shù)。

(3)對(duì)于樣本P，算法的計(jì)算過程為：up,…,l-1Op,lxp,…,yp

反向過程為：

(4)修正權(quán)值為：

本文應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值。用GA算法優(yōu)化初始權(quán)值，在解向量中搜索較好的解。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搜索最優(yōu)解。

用GA在某一點(diǎn)集中遺傳出優(yōu)化值，以此作為BP算法的初始權(quán)值，再由BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，而后運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，這就是GA-BP算法的基本原理。該方法可以解決BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部最優(yōu)問題(如圖3所示)。

3 電力設(shè)備圖像識(shí)別步驟

通過紋理參數(shù)和GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備圖像識(shí)別的步驟如下所示：

圖3 GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流程圖

(1)選定測(cè)試數(shù)據(jù)。若干幅電力設(shè)備圖像，主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等。

(2)紋理參數(shù)計(jì)算。選取部分圖像計(jì)算圖像四個(gè)方向的紋理參數(shù)。

(3)GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。用選取的部分電力設(shè)備圖像四個(gè)方向的紋理參數(shù)訓(xùn)練GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

(4)測(cè)試。另選取若干電力設(shè)備圖形，計(jì)算其四個(gè)方向的紋理參數(shù)，基于訓(xùn)練得到的GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)。

4 結(jié)束語

本文提出結(jié)合紋理參數(shù)和GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行圖像識(shí)別，利用灰度共生矩陣可以很好反應(yīng)圖像的紋理參數(shù)，用遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以很好地解決傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)。