丁四海、劉玉雪、路林吉

0 引言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，變電站的復(fù)雜度越來越高，因此一個變電站中需要有越來越多的開關(guān)控制柜來控制各個線路，而且需要隨時(shí)掌握開關(guān)的狀態(tài)，目前人工識別速度慢而且耗費(fèi)人力物力，因此用軟件識別開關(guān)狀態(tài)并進(jìn)行狀態(tài)對比就顯得越來越重要，也更符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展智能化的潮流趨勢。

本文研究了變電站中較常用的一種開關(guān)，并對通過數(shù)碼相機(jī)采集到的開關(guān)柜圖片默認(rèn)有統(tǒng)一照度。通過對大量的開關(guān)柜圖片的研究，本文應(yīng)用圖像處理技術(shù)、開關(guān)定位技術(shù)、開關(guān)識別技術(shù)、Hough 變換、開關(guān)狀態(tài)矩陣生成及對比，最后設(shè)計(jì)了用戶界面，實(shí)現(xiàn)對一個文件夾下的照片自動讀取，識別和狀態(tài)對比。

1 圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理即前景提取的過程分為兩步：1、陰影去除，2、顏色模型。

陰影去除時(shí)，考慮到開關(guān)都是彩色的，以及圖片中的陰影干擾，首先我們對圖像顏色通道進(jìn)行了處理，通過對圖片色彩的分析，每個通道的值等于：RGB-m in(R,G,B)。這里，我們所采用的圖像的格式為RGB 型。

這個操作有效地去處了圖像中所有灰度顏色部分，對陰影也有很好的抑制作用。

然后對開關(guān)的顏色模型進(jìn)行建模，在顏色空間中對三種顏色的特征進(jìn)行聚類，直接用K 近鄰來統(tǒng)計(jì)聚類中心和半徑[2]，最終得到顏色特征。

具體實(shí)現(xiàn)的程序如下：

上述代碼就是一張圖中的三種顏色的開關(guān)的模型，最終的模型模式非常的簡單，如圖1所示：

圖1 前景提取結(jié)果

2 開關(guān)定位

開關(guān)定位對于識別非常重要，在整體的照片中確認(rèn)開關(guān)的位置是準(zhǔn)確識別的第一步。首先對開關(guān)的二值圖片進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，使開關(guān)區(qū)域形成一個連通區(qū)域，然后根據(jù)開關(guān)的先驗(yàn)知識對所得到的連通區(qū)域進(jìn)行篩選，獲取開關(guān)的具體位置，完成從圖片中提取開關(guān)的任務(wù)。

數(shù)學(xué)形態(tài)是一種非線性濾波方法，可以用于抑制噪聲，進(jìn)行特征提取、邊緣檢測、圖像分割等圖像處理操作。形態(tài)學(xué)濾波有4 種基礎(chǔ)操作：腐蝕、膨脹、開操作和閉操作[4]。根據(jù)Tag 定位。根據(jù)形態(tài)學(xué)特征定位（紅色圓形開關(guān)不定位，直接檢測特征進(jìn)行判定和識別，然后確定位置）。對前景提取過的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，采用canny 濾波，如圖2所示：

圖2 最終定位模式

3 開關(guān)特征提?。?/h2>

本文討論了的這種開關(guān)，由于背景比較復(fù)雜，本項(xiàng)目采用了Hough 變換的方法，Hough 變換它實(shí)現(xiàn)一種從圖像空間到參數(shù)空間的映射關(guān)系。其基本思想是點(diǎn)線的對偶性，即圖像空間共線的點(diǎn)對應(yīng)在參數(shù)空間里相交的線；反過來，在參數(shù)空間中相交于同一個點(diǎn)的所有直線在圖像空間里都有共線的點(diǎn)與之對應(yīng)。人們通常把Hough 變換用于檢測二值圖中的直線或者曲線把二值圖變換到Hough 參數(shù)計(jì)算空間Hough。

本文基于一定的概率進(jìn)行填補(bǔ)，對直線的方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判定，最終判斷開關(guān)的狀態(tài)[5]。

對于紅色連排開關(guān)則通過distance 變換，找到紅色中心，根據(jù)三個連續(xù)中心的判斷來判定開關(guān)的狀態(tài)，如圖3、圖4所示：

圖3 閉合開關(guān)

圖4 打開開關(guān)

圖3 中，檢測結(jié)果為開關(guān)閉合，圖4 中，檢測的結(jié)果為開關(guān)打開。兩張圖的右上角為了增加對比度而做的直方圖均衡化圖，右上為輪廓檢測結(jié)果，左下為根據(jù)顏色模型獲取到的開關(guān)，右下圖中的粉色線段為Hough 變換后的結(jié)果示意圖。

當(dāng)Hough 變換得到的直線為豎直方向上時(shí)，可以得知該開關(guān)為閉合狀態(tài)。

當(dāng)Hough 變換得到的直線有傾斜角度時(shí)，可以得出該開關(guān)的狀態(tài)是打開。

對于閉合開關(guān)，檢測開關(guān)狀態(tài)為閉合，則輸出為1，若開關(guān)為打開狀態(tài)，則輸出為0。將開關(guān)的狀態(tài)輸出到文檔文件中，生成開關(guān)狀態(tài)矩陣，如圖5所示：

圖5 開關(guān)當(dāng)前狀態(tài)矩陣

4 軟件狀態(tài)對比設(shè)計(jì)

通過上述幾個圖像處理步驟，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理，并編制了相應(yīng)的軟件程序，可以做到對一個文件夾下的照片自動讀取、識別，并對預(yù)先存入的開關(guān)狀態(tài)和現(xiàn)在的開關(guān)狀態(tài)做出對比，快速得知當(dāng)前的所有開關(guān)的狀態(tài)是否正確。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語

本文針對控制柜上開關(guān)狀態(tài)的判斷和識別問題，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了開關(guān)的定額、識別與整體識別開關(guān)狀態(tài)的判別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文所提出的開關(guān)識別方法是準(zhǔn)確、可行的。

[1]阮秋琪，阮宇智.數(shù)字圖像處理.第二版.[M]北京：電子工業(yè)出版社，2003,1-4

[2]楊枝靈，王開等.Visual C++數(shù)字圖像獲取、處理、及實(shí)踐應(yīng)用，[M]北京,人民郵電出版社，2003年

[3]孫紅艷，張海英.圖像邊緣檢測算法的比較與分析[J].菏澤學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32(2)：49—52.

[4]前進(jìn)，徐素麗，孫炎增.基于Hough 變換特征提取的步態(tài)識別[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2010(2)：268—272.