圖像處理技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢中的應(yīng)用

楊新生 吳昊 馬文超 郭玉鵬

摘 要：伴隨科技高速發(fā)展，無(wú)人機(jī)在高壓輸電線路巡檢中得以廣泛應(yīng)用，且具備使用成本較低及安全性能良好等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景良好。基于此，本文針對(duì)圖像處理技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢中的應(yīng)用予以探討，如針對(duì)電力巡檢中圖像處理技術(shù)的光學(xué)像差、輻射失真、幾何失真等影響因素予以敘述，并針對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢重要性予以評(píng)價(jià)，同時(shí)也對(duì)圖像處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用予以分析，望借此為推動(dòng)圖像處理技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢中應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù)；無(wú)人機(jī)；電力線路

電力行業(yè)中，因電力線路覆蓋范圍廣泛，且所處自然環(huán)境較為惡劣，電力部門(mén)每年需耗費(fèi)大量人力、物力展開(kāi)電路巡檢工作。而無(wú)人機(jī)因具備受地理?xiàng)l件限制小及安全性能良好等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已在電力線路巡檢中得以廣泛應(yīng)用，可借助無(wú)人機(jī)機(jī)載攝像裝備拍攝輸電線路圖像，通過(guò)圖像分析對(duì)電線桿及電線塔等電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)予以了解，通過(guò)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用對(duì)線路基本運(yùn)行狀態(tài)予以掌握，發(fā)現(xiàn)線路缺陷，借此也可在一定程度上保障電力線路正常運(yùn)行。

1.電力巡檢中圖像處理技術(shù)影響因素

圖像處理技術(shù)在電力巡檢應(yīng)用過(guò)程中易受眾多因素影響，對(duì)輸電線路巡檢工作順利展開(kāi)形成阻礙，電力巡檢過(guò)程中常見(jiàn)影響因素如下：①光學(xué)像差。光學(xué)系統(tǒng)中，近軸區(qū)的理想像、遠(yuǎn)軸區(qū)的實(shí)際像二者間存在一定偏離，二者間所產(chǎn)生像差對(duì)圖像質(zhì)量造成影響，降低巡檢工作準(zhǔn)確率。②輻射失真。借助傳感器對(duì)目標(biāo)加以觀測(cè)時(shí)或在能量輻射過(guò)程中所產(chǎn)生輻射失真現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致遙感圖像失真，對(duì)遙感圖像解釋、判讀的準(zhǔn)確性造成干擾。③幾何失真。因傳感器差異、無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)不同等因素影響，使得無(wú)人機(jī)在電力巡檢中所獲取的圖像失真，此類(lèi)圖像退化現(xiàn)象被稱(chēng)作幾何失真。④噪聲。圖像噪聲即指無(wú)人機(jī)在圖像傳輸，或圖像獲取過(guò)程中所遭受的信號(hào)干擾，使得圖像中產(chǎn)生高斯噪聲，或椒鹽噪聲，對(duì)無(wú)人機(jī)電力巡檢工作效率造成影響。⑤四季變化及光照等。光照及季節(jié)變化等因素使得輸電線路周邊景象、自然環(huán)境不斷變化。輸電線路及相關(guān)部件所處背景圖像隨之變化，干擾因素增加。由此，也對(duì)無(wú)人機(jī)電力巡檢工作在復(fù)雜工作場(chǎng)景下對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、提取提出較高要求。⑥運(yùn)動(dòng)模糊。因無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中自身成像系統(tǒng)易遭受機(jī)械振動(dòng)及姿態(tài)變化等因素影響，因此運(yùn)動(dòng)模糊也為影響無(wú)人機(jī)電力巡檢質(zhì)量的重要原因。

2.無(wú)人機(jī)巡檢重要性

將無(wú)人機(jī)應(yīng)用至線路巡檢中具備工作效率高、節(jié)約成本等眾多優(yōu)勢(shì)。目前，中國(guó)輸電線路現(xiàn)已遍布國(guó)內(nèi)各區(qū)域，涉及面積尤為廣泛，因此確保電路環(huán)境穩(wěn)定尤為必要。通常情況下，供電點(diǎn)為眾多小工作點(diǎn)構(gòu)成，此供電點(diǎn)即為一個(gè)小規(guī)模電網(wǎng)。國(guó)家為使全國(guó)人民均可應(yīng)用優(yōu)質(zhì)電能，多會(huì)選擇在部分地形險(xiǎn)峻、環(huán)境惡劣的偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)相應(yīng)供電網(wǎng)。所以，此部分地區(qū)電線塔、電線桿、電力輸電線路等電力設(shè)備均處于惡劣環(huán)境，且因受環(huán)境影響，電力設(shè)備易產(chǎn)生故障，對(duì)供電質(zhì)量造成影響。同時(shí)，因環(huán)境惡劣導(dǎo)致電力巡檢人員數(shù)量較少，使得偏遠(yuǎn)地區(qū)電力巡檢工作難以順利展開(kāi)，工作效率難以得到有效保障。而將無(wú)人機(jī)應(yīng)用至偏遠(yuǎn)地區(qū)除可對(duì)電力巡檢人員數(shù)量不足問(wèn)題予以處理外，也可避免因人工巡檢所產(chǎn)生的誤差，提高巡檢工作質(zhì)量。因無(wú)人機(jī)巡檢同人工巡檢相比成本較低，具備工作誤差小、工作能力強(qiáng)、安全性能高等優(yōu)勢(shì)，在電力線路巡檢中得以廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)技術(shù)正日漸成熟，國(guó)家對(duì)民用無(wú)人機(jī)也予以足夠重視，為無(wú)人機(jī)在日常生活中的推廣應(yīng)用創(chuàng)造良好條件。據(jù)數(shù)據(jù)指出，我國(guó)民用無(wú)人機(jī)在2015年時(shí)，市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)23億元，2017年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)65億元，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將同比增長(zhǎng)約66%，由此可見(jiàn)，無(wú)人機(jī)市場(chǎng)發(fā)展前景良好。

3.圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

3.1圖像預(yù)處理

圖像生成過(guò)程中易受噪聲、天氣等因素影響，導(dǎo)致探測(cè)器所獲取圖像同實(shí)際情況可能存在偏差。因此，為保障圖像檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，則需針對(duì)此類(lèi)圖像展開(kāi)人為處理。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中天氣變化影響成像質(zhì)量。如霧雨天氣情況下，可見(jiàn)度降低，雨水、霧氣將會(huì)致使圖像模糊，而霧雨痕跡則較為清晰、明亮，因此可借助像素過(guò)濾值實(shí)現(xiàn)雨水過(guò)濾，但此方式僅適用于簡(jiǎn)單圖像處理上。針對(duì)運(yùn)動(dòng)視頻處理而言，國(guó)外學(xué)者構(gòu)建霧雨相關(guān)模型，借助物理模型對(duì)霧雨像素加以描述，利用背景分離方法實(shí)現(xiàn)圖像分離處理，通過(guò)檢測(cè)前后圖像亮度、大小比對(duì)，實(shí)現(xiàn)霧雨消除。針對(duì)單一圖像去霧方面，國(guó)外學(xué)者提出，借助全局濾波可對(duì)圖像中所存在的霧噪聲予以良好處理。有指導(dǎo)的圖像濾波器可借助引導(dǎo)圖像內(nèi)容以局部線性模型導(dǎo)出，其中指導(dǎo)圖像可為輸入圖像本身，或?yàn)榱硪粋€(gè)圖像，有指導(dǎo)的圖像濾波器同雙邊濾波器相較而言邊緣特征保留性能更為良好。

3.2圖像拼接及識(shí)別技術(shù)

無(wú)人機(jī)實(shí)際拍攝過(guò)程中，攝像機(jī)分辨率較低，所以需拍攝大量圖像加以比對(duì)分析，借此提升圖像分辨率。實(shí)際工作中，可借助各種圖像的拼接對(duì)電力巡檢工作對(duì)圖像清晰度所提出的要求予以充分滿足。由于拍攝過(guò)程中不確定因素眾多，因此，圖像拼接技術(shù)并非為將各種不同圖像的像素直接拼接，而是應(yīng)結(jié)合圖像特征差異，將像素導(dǎo)出。隨后借助參考像素中特征較大位置，挑選重疊位置。由此可見(jiàn)，圖像拼接工作所需工作時(shí)間較長(zhǎng)，工作效率較低，同時(shí)圖像拼接技術(shù)也無(wú)法對(duì)圖像旋轉(zhuǎn)后重疊區(qū)域選取問(wèn)題予以解決。除此之外，圖像拼接技術(shù)對(duì)設(shè)備也提出較高要求。通常情況下，兩幅圖像邊界上所存在細(xì)微灰度差別將導(dǎo)致兩幅圖像產(chǎn)生明顯差距，但圖像實(shí)際拼接過(guò)程中灰度差難以避免，而借助圖像融合則可針對(duì)此現(xiàn)象予以有效處理，可利用平滑重疊部分漸進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)第一圖像、第二圖像間的轉(zhuǎn)化。圖像識(shí)別技術(shù)在電力巡檢中的應(yīng)用即為借助計(jì)算機(jī)所拍攝圖像找尋傳輸線路區(qū)域，但實(shí)際拍攝過(guò)程中易受到自然天氣影響，加大目標(biāo)選取難度。

結(jié)束語(yǔ)：若高壓輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障將會(huì)造成大面積電網(wǎng)斷電，引發(fā)鐵路停電及道路交通擁堵等嚴(yán)重后果，所以，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行尤為必要。為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，展開(kāi)電力線路巡檢工作對(duì)潛在故障、異?，F(xiàn)象及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理具備重要意義。目前，無(wú)人機(jī)為我國(guó)電力線路巡檢的重要設(shè)備，而圖像處理也逐漸成為自動(dòng)電力線路檢測(cè)的重要發(fā)展方向。圖像處理技術(shù)應(yīng)逐漸應(yīng)用至無(wú)人機(jī)電力巡檢各環(huán)節(jié)，為中國(guó)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行提供保障。

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