圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用

張潔

摘要：通過利用無人機航拍獲得圖像，能夠發現輸配電線路是否出現故障，極大程度上降低了人為錯誤率，在無人機電力巡檢過程中實現良好運用。在本研究中通過闡述目前國內外無人機電力巡線在應用圖像處理技術上的現狀，并深入分析了該技術的應用。

關鍵詞：圖像處理技術;無人機;電力線路;巡檢;應用

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0059-01

在當前電力行業中，由于電路線路涉及范圍較廣，而且所在地形相對復雜，環境惡劣，電力企業需要花費大量的人力、物力用于電力巡檢。近年來，隨著無人機技術的發展，無人機電力巡檢具有較高的安全性，而且能夠打破地理因素限制，具有較高的巡檢效率，目前已經成為國內輸電線路巡檢中的常用方式。在無人機電力巡檢時，通過無人機攝像設備能夠獲取大量高清的輸電線路圖像，對所收集的圖像進行分析，可以發現絕緣子，塔桿等重要部件的運行情況，同時利用圖像處理技術能夠對重要輸配電線路部件進行故障分析，準確獲取線路缺項信息。目前，國內對于智能線路缺陷技術應用還處于初步階段，圖像檢測和圖像預處理方面能夠顯著提升無人機巡檢水平的研究，本研究深入分析在電力巡檢中運用圖像預處理檢測技術，研究了該技術在國內外的研究現狀，闡述在利用該技術時所受到的因素，進一步能夠提出有效措施，以提升系統功能。

1 國內外研究

無人機是近年來新型的綜合學科，所涉及多門學科，包括圖像處理，電子，航空等，其中利用圖像處理能夠準確判斷線路運行情況。目前國內在無人機巡檢上相比發達國家比較滯后，從上世紀80年代開始深入分析無人機巡線。但目前國內在無人機電力巡線上還處于硬件階段，而發達國家逐漸深入圖像數據處理這一方面，尤其是巡檢技術發展比較完善。在無人機巡視過程中應用計算機視覺能夠提高其路徑導航性能。日本研究學者開發了無人機視線巡檢系統，能夠對圖像進行實時檢測以及故障自動診斷。因此，在無人機巡檢過程中，圖像處理相關研究是十分重要的。

2 在電力巡線中圖像處理，擾因素分析

在電力巡檢過程中應用圖像處理可能會遇到多種外界因素的干擾，甚至還會對輸電線路巡檢產生不利影響。在實際電力巡檢時常遇到以下因素干擾，包括光學因素，在光學系統中由于對于近軸區和實際圖像區是存在一定偏差的，因而會導致圖像質量降低，進一步降低電力部件的檢測準確率。輻射失真，利用傳感器進行目標反射觀測，觀測這種輻射的失真甚至會導致圖像失真，進而影響最終圖像的解釋和判讀情況。幾何失真，由于使用不同的傳感器以及飛行機的飛行情況，會導致無人機在電力巡檢時出現圖像失真問題，圖像的退化即幾何失真。運動模糊，由于在飛行過程中無人機成像會受到運動姿態，機械振動等多種因素的影響，因此在無人機電力巡檢時運動模糊產生的結果干擾性是比較嚴重的。噪聲，在無人機進行圖像傳輸和拍攝時會受到外界信號的干擾，導致圖像出現高斯噪聲，這種噪聲對于無人機電力巡檢過程中產生的影響是比較嚴重的。

3 在電力巡檢中運用圖像處理技術

圖像預處理。針對上述在電力巡檢中運用圖像處理技術所受到的因素，并結合在實際遍歷巡檢時圖像處理應用，為確保提高電力巡檢的圖像檢測準確性，我們需要對所獲取的圖像進行分析處理。首先，對于圖像的光度來說，由于對于給定目標，在不同場景中所獲得的亮度不同，或者在實際拍攝時有一部分圖像亮度調亮，為增加計算機的識別能力因此需要適當調整圖像亮度，可以利用三種方法：首先可以將轉將其轉化為顏色空間調整，這也是一種比較低效直觀的調整方法，主要是由于顏色空間調整本身存在L分量能夠用于表示亮度直接調整，然而利用這種方法低效是其主要的缺點。由于電腦屏幕能夠決定參數圖像在色彩空間的解析，因此需要將其轉化為HSL，并對圖像進行處理。線性調整，這種調整實際上是能夠直接對像素值進行直接調整，直觀表示電力巡檢的物體，亮度線性調整是十分重要的。曲線調整，在亮度調整時會遇到下列問題，亮度變化不分層，通常某個區域會有明暗之分，因此調整圖像的整體亮度是十分重要的。去霧雨背景，對于一些陰雨天氣由于拍攝可見度降低，為去除圖像遮擋物體，比如霧雨，恢復真實圖像信息是十分重要的。我們從圖像類別上來看目前在去除圖片中的霧雨有兩種方法，分別是單幀去霧和視頻去霧兩種方法。首先對于視頻去霧檢測來說，主要利用霧雨天氣特點以達到檢測效果，研究學者認為當視線里明亮，時域變化快，因此可以使用時域中每個像素中值濾波器以實現除去霧雨的效果，而這種方法只能夠對于簡單視頻做處理，而對于一些運動過程中的視頻來說需要建立霧雨模型，并開發物理特性描述模型，以表達雨像素值，研究學者設計基于背景分離圖像處理分析模型，能夠利用前景圖像光度大小檢測，進而通過直方圖來分析雨線，以達到去除霧雨的目的。單一圖像去霧相關研究，雙邊濾波是基于高斯濾波函數，對于邊緣像素影響較小，進而可以實現去霧過程中邊緣像素保持的效果。研究學者提出全局濾波，利用這種方法來處理圖像物噪聲，主要利用最小2乘法濾波器保持平衡框架，能夠使圖像濾波達到最佳效果，由指導圖像濾波通過指導圖像內容，并能夠產生輸出局部線性模型，其中該圖像可為輸入圖像本身，和其他圖像有指導的圖像濾波相比雙邊濾波來說，具有良好的邊緣特征去除效果。在圖像拼接方面，由于只是無人直升機攜帶攝像機，其分辨率是有限的，因此無法獲取較大范圍的場景，但圖像分辨率較低，無法獲取較大場景的照片，在此基礎上提升圖像分辨率，為克服這一問題，可通過圖像拼接的方式來滿足實際需求。由于拍攝過程中環境復雜，因此缺乏相應算法來解決圖像匹配相應問題。基于相似判斷標準可將圖像匹配分為兩種，分別是基于輪廓特征模型匹配以及基于頻域圖像匹配特征方法，無法直接運用于圖像像素值，而從圖像特征導出像素，獲取具有特征的參考值，匹配圖像疊加特征區域，這種拼接的算法具有較強的魯棒性能。基于模型匹配過程中會花費大量的時間，而且拼接效率低，圖像旋轉會導致圖像拼接方法性能降低，而基于頻域變換的方法在這一方法運用時需要經過大量的計算，且對于設備的要求也較高，通常在兩幅圖像邊界上灰度具有明顯差距，但事實上在圖像拼接時無法避免灰度值，因此采用圖像融合的方式能夠有效處理這種問題，采用平滑重疊漸進方法，以實現從第一到第二圖像的良好轉變。

圖像識別在傳輸線電路識別過程中是由計算機拍攝圖像進行區域的信息傳輸的，由于傳輸線拍攝過程中常伴隨惡劣天氣的影響，因此提取較多目標對象時難度較大，需要使用圖像處理的方式來解決圖像識別問題，比如當前Adaboost，這種算法具有良好的視覺效果，且實用性強，可以通過組合弱分類器，進而獲得強分類器，利用這種算法時速度較快，能夠克服檢測速度慢的問題，進而能夠獲取電力線路檢測良好的識別效果。

4 結語

總而言之，在本研究中針對高壓輸電線路在出現故障之后會面臨嚴重的后果，因此為確保電力安全，需要及時進行故障問題的檢測。無人機電力巡檢目前已經成為線路檢測的主要方式，并且在電力線路檢測時圖像處理技術應用于無人機檢測中，也能夠從一定程度上推動無人機電力巡檢發展，并進一步確保我國電力系統實現安全穩定性發展。

參考文獻

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Application of Image Processing Technology in Unmanned Aerial Vehicle Power Line Inspection

ZHANG Jie

（Tianjin Zhongwei Aerospace Data System Technology Co.，Ltd.， Tianjin 300301）

Abstract：By using UAV aerial photography to obtain images， we can find out whether there are faults in transmission and distribution lines， which greatly reduces the human error rate and achieves good application in UAV electric power patrol. In this study， the application of image processing technology in UAV power line patrol at home and abroad is described， and the application of this technology is analyzed in depth.

Key words：image processing technology; UAV; power line; patrol; application