圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用

賀敏恒

摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，高壓輸電線路的巡檢工作已經(jīng)開始逐漸脫離人工，采取更為先進的無人機巡航。通過對無人機拍攝的畫面進行分析，能夠判斷輸電線路是否存在故障，利用圖像處理技術對無人機拍攝的畫面進行處理，能夠有效的彌補以往傳統(tǒng)高壓輸電線路巡航工作中存在的不足。本文通過對當前國內外無人機發(fā)展情況分析作為切入點，研究其在無人機電力線路巡檢中的重要作用。

關鍵詞：圖像處理;無人機;巡檢

引言：目前，無人機已經(jīng)在電力線路巡檢中得到了普及，通過研究無人機的傳輸信息，能夠有效的了解線路的運行情況，以便能夠及時發(fā)現(xiàn)其故障，從而在第一時間進行解決，避免影響其他正常運作的線路。高壓輸電線路對于居民生產(chǎn)生活的重要性不言而喻，如果其出現(xiàn)故障，將會造成大范圍的斷電，對人們的生活產(chǎn)生很大的影響，所以，為了能夠保障輸電線路的穩(wěn)定，就需要對其按時進行故障排查，能夠在問題發(fā)生的第一時間將其解決，避免由于線路故障而引發(fā)的一系列問題。無人機巡檢能夠最大限度保障線路的穩(wěn)定性，以保障居民的正常用電，利用圖像處理技術的無人機巡檢更是成為了我國今后巡檢行業(yè)的發(fā)展趨勢[1]。

1.目前國內外電力線路無人機巡航的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機顧名思義是利用無線遙控裝置對其內部系統(tǒng)進行操控的一種設備。無人機傳遞信息的主要方式就是圖像處理，部分西方的發(fā)達國家在很早以前就開始使用無人機進行高壓輸電線路的巡航工作。我國由于技術水平較為落后，在二十世紀八十年代才開始逐漸引進無人機電路巡航，但是由于無人機的高效性與安全性，我國各大電力企業(yè)對其接受度非常高，因此其發(fā)展速度呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。無人機技術涉及到多門學科，其中以圖像處理為主，現(xiàn)今我國高壓輸電線路的巡航工作已經(jīng)全部被無人機代替，但是由于我國在這方面起步較晚，因此在技術研發(fā)上仍舊處于初期，而西方發(fā)達國家的無人機技術已經(jīng)開始著重研究圖像處理。因此，我國需要加快在無人機技術上研發(fā)速度[2]。

2.影響圖像處理技術在實際應用中的因素

許多外因與內因都會影響到圖像處理技術在實際中的應用，將會對電路巡航工作的質量與效率產(chǎn)生不利影響，分析其中的影響因素，主要有以下幾個方面：

其一，外界環(huán)境的變化、光照強度、樹林帶等障礙物較多的區(qū)域，這些都會對電力線路的巡檢工作造成不可避免的影響，使得無人機傳輸?shù)挠绊憦碗s度提高，從而對圖像處理產(chǎn)生干擾，影響正常的處理結果，在復雜環(huán)境下對于圖像處理技術的要求也相對較高[3]。

其二，噪聲。無人機在進行電力線路巡檢時，將會被圖像噪聲所影響，圖像內會產(chǎn)生高斯噪聲或者椒鹽噪聲等，對無人機電力線路巡檢工作造成嚴重影響。

其三，運動模糊，由于無人機在成像過程中，會受到飛行速度、震動等方面的影響，從而產(chǎn)生運動模糊。

其四，幾何失真，由于無人機在進行電力線路巡檢過程中，飛行的速度姿勢都會發(fā)生變化，就會導致拍攝到的圖像失真或者變形，從而影響最后的結果分析。

其五，光學鏡像。對光學系統(tǒng)而言，近軸區(qū)形成的理想像和遠軸區(qū)形成的實際像之間存在偏差，這些像差會對圖像質量造成嚴重影響，降低無人機檢測電力器件時的正確率。

3.圖像處理技術在無人巡檢中的應用

3.1無人機巡檢的必要性

無人機巡檢相較于傳統(tǒng)的人工巡檢存在諸多優(yōu)勢，例如安全性更高、能夠最大限度的解決成本、工作效率較高等等。由于我國國土遼闊，因此輸電線路的分布也較為散亂，涵蓋面非常大，因此有效的巡檢工作是非常重要的。一般情況下，一個供電區(qū)域都是由多個小區(qū)域組成的，說白了就是一個小型的配電網(wǎng)。我國為了能夠普及用電，在偏遠地區(qū)會將電網(wǎng)建設在山坳內，由于這部分電網(wǎng)所處的環(huán)境較為惡劣，在運行過程中非常容易出現(xiàn)故障，但是由于位置偏遠，工作人員無法對其進行實時管控，這時就能夠體現(xiàn)出無人機巡檢的優(yōu)勢。無人機在巡檢時往往會比人工更加精細，數(shù)據(jù)間的誤差性較小。因此，目前我國偏遠地區(qū)的電力線路巡檢工作需要以無人機為主，其安全性與功能性相對較高，能夠有效的進行巡檢[4]。

3.2圖像預處理技術

通過對影響成像的原因進行分析，為了能夠進一步的提升電力線路巡航工作的準確度，需要對無人機拍攝到的圖像進行再次處理。

首先，對圖像的亮度進行調整，在無人機采集到的圖像信息較暗或者較亮時，會給圖像處理帶來一定的難度。所以，調整圖像的亮度是處理圖像中至關重要的一個環(huán)節(jié)。

1.調整線性，這一做法能夠直接對圖像的像素值進行調整，從而將需要明確的物體顯現(xiàn)出來。

2.切換HSL色彩模式，這是一種最簡單但是效果最差的處理方式，HSL色彩模式存在一個L分量，代表亮度，可以對其直接調整，但這種方法最大的缺點是效率低下。

3.色彩曲線，這一處理方法能夠對圖像進行分層調整，能夠針對某一區(qū)域進行亮度處理。

其次，對圖像的對比度進行調整，在保證亮度不發(fā)生變化的前提下，對明暗之間的差距進行調整。

最后，除去遮擋物，例如霧、雪、雨等因素的影響。在遇到雨雪天氣的時候，圖像的清晰度會不可避免的受到影響，因此就需要對其進行去除，以便呢過股顯示出需要分析的線路。

3.3圖像拼接技術

無人機在進行線路巡檢時，攝像頭的分辨率非常低，所以需要在同一時間段采集許多相似的圖像進行對比拼接，用以提升其清晰度。為了能夠更好的進行圖像處理，可以將無人機采集到的圖像進行拼接，以滿足對于圖像分辨率的需求。由于無人機在實際采集過程中會受到多方面因素的影響，因此會產(chǎn)生很多不確定的情況，圖像拼接并不是簡單的將各種圖像直接進行處理，而是系統(tǒng)通過對圖像的分析，選擇其中可用的像素，然后通過參考一些像素中特征比較大的地方，將重疊的部分選取出來。這一技術所需時間較長，并且對于設備的要求較高。

4.圖像處理技術在實際應用過程中遇到的問題

首先是光學形成的像差，無人機在進行電力線路巡檢工作時，主要是通過拍攝的形式進行圖像采集，拍攝成像中，遠軸區(qū)產(chǎn)生的是實際像，近軸區(qū)產(chǎn)生的是理想像，二者成像存在一定偏差，進而影響最后的圖像質量，導致檢測準確性降低。輻射失真會對后期的圖像處理產(chǎn)生不可避免的影響。

其次，飛行器振動也會對拍攝產(chǎn)生一定程度的影響，無人機是在飛行過程中進行拍攝工作的，因為最后的圖像會受到無人機運動的影響，從而出現(xiàn)運動模糊。由于飛行器在運動過程中的速度、姿勢的不同，還有傳感器也存在一定程度的區(qū)別，因此就會導致無人機采集到的圖像失真或者是變形。

最后就是外界環(huán)境的影響，這一因素是最復雜且對于圖像處理影響最大的。

5.結語

高壓輸電線路是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，因此，需要做到高質量、高效率的電路巡檢工作，如果高壓輸電線路出現(xiàn)問題，將會影響整個城市乃至鐵路運輸?shù)确矫娴恼＿\作，嚴重影響到了人們的生產(chǎn)生活，為了能夠保障整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就需要對圖像處理技術進行更深一步的研究，將其在無人機巡檢工作中的作用發(fā)揮到最大，從而推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]景晨.基于無人機平臺和圖像處理的水稻感染稻縱卷葉螟蟲害自動識別技術[J].農業(yè)開發(fā)與裝備，2018（11）：98-100.

[2]王佳. 基于圖像處理的無人機姿態(tài)測量技術研究[D].南京航空航天大學，2018.

[3]錢金菊，韓正偉，易琳，向林，許志海.圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（15）：72-73.

[4]劉篤晉. 面向植被識別的無人機圖像處理關鍵技術研究[D].成都理工大學，2016.