一种架空输电线路绝缘子破损识别方法

本发明涉及图像识别，具体为一种架空输电线路绝缘子破损识别方法。

背景技术：

1、输电线路承载着电能的传输，对电力系统的安全稳定运行起到了十分关键的作用。对于输电线路来讲，电力绝缘子是必不可少的，发挥了对输电线路的支撑和保护作用。长时间暴露在自然环境下，绝缘子不可避免出现许多损伤，定期对绝缘子进行巡检及时发现绝缘子的破损是保障安全、稳定的重要举措。特别是远距离输电情况下，输电线路存在地势、气候变化带来的困难，这就给人工检测绝缘子带来了较大的困难。传统的人工巡检需要人员逐一检查每个绝缘子，耗费大量的时间和人力资源。人工巡检容易受到环境、人员主观因素的影响，存在漏检、误检等问题。而自动识别技术可以基于大数据和深度学习等算法，准确分析绝缘子的状态和缺陷，避免由于人为因素导致的误判，提高了巡检的准确性。面对复杂的地势、气候时，人工巡检不仅消耗大量人力物力，同时也会产生诸多安全隐患。随着现代化技术的发展，利用自动识别绝缘子的方法可以提高对绝缘子的监测效率和准确性，具有重要的研究背景和意义。自动识别绝缘子还有助于及时检测绝缘子的损坏和缺陷。绝缘子在使用过程中可能会受到灰尘、腐蚀、干扰等因素的影响，进而导致绝缘子的降解、断裂等问题。利用自动识别技术可以实时监测绝缘子的状态，及时发现潜在的问题，以便进行维修和更换，提高输电线路的可靠性和安全性。

2、针对绝缘子破损检测进行了深入研究，发现基于无人机等的智能检测设备能够快速覆盖整个输电线路，完成绝缘子巡检任务。与传统的人工巡检相比，自动化识别绝缘子破损更加高效便捷，节省了大量时间和人工成本。通过检测设备，更易于获取全面、细致的图像信息。一旦发现绝缘子出现破损或异常情况，可以立即报警或采取相应措施，及时修复或更换绝缘子，提高输电线路的可靠性和安全性。这种自动化识别减轻了人工巡检的负担，并减少人为主观因素对识别结果的影响，提高了识别的准确性和可靠性。

3、但是现有技术中采用无人机等设备采集的绝缘子图像具有抖动大、背景复杂、噪音多、图像质量易受气候影响等缺点，给绝缘子破损信息的识别带来了很大难度；传统的图像处理方式难以满足复杂情况下的高效识别，导致对输电线路破损绝缘子识别准确度较低。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术对架空输电线路绝缘子破损识别精度较低的问题，提供了一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，包括以下步骤：

2、对架空输电线路绝缘子图像进行灰度均衡化处理，扩展图像的灰度分布范围，增加图像对比度，在灰度图像均衡化的基础上实现彩色图像的灰度均衡化处理；

3、构建srcnn模型，将经过灰度均衡化处理后的图像输入训练后的srcnn模型，依次对经过灰度均衡化处理后的图像进行特征提取、非线性映射和图像重建，实现对经过灰度均衡化处理的图像进行基于srcnn的超分辨率增强；

4、构建cnn网络模型，将经过灰度均衡化和srcnn增强处理后的图像输入训练后的cnn网络模型，对灰度均衡化和srcnn增强处理后的图像的特征提取与识别，实现对架空输电线路绝缘子破损识别。

5、进一步的，本发明提供的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，还包括对cnn模型进行训练，具体包括：

6、在彩色图像的rgb通道都采用灰度均衡化增强，将图像输入已提前训练好的srcnn模型中，重建输出增强后的图像；

7、经图像增强后的图像对cnn模型进行训练，通过多周期迭代实现参数的优化，验证训练好的cnn模型对输电线路绝缘子破损的识别精度。

8、进一步的，所述验证训练好的cnn模型对输电线路绝缘子破损的识别精度，具体包括：

9、经图像灰度均衡化和srcnn超分辨率增强后的图像，把数据集分为了训练集和验证集，训练集对cnn模型进行训练，通过多周期迭代实现参数的优化；

10、测试集输入到训练好的cnn模型，验证训练后的cnn模型对架空输电线路绝缘子破损的识别精度。

11、进一步的，所述对架空输电线路绝缘子图像进行灰度均衡化处理，具体包括：

12、对于图像的灰度均衡化处理，通过扩展灰度分布范围，能够增加图像对比度，图像灰度均衡化的数学公式如下所示：

13、

14、式中，ni代表当前灰度等级累计的像素点数值，l代表灰度等级，m代表图像高度，n代表图像宽度；

15、利用上式完成图像均衡化计算后，依据四舍五入规则进行取整处理。

16、进一步的，所述在灰度图像均衡化的基础上实现彩色图像的灰度均衡化处理，具体包括：

17、在彩色图像的rgb通道都采用灰度均衡化增强，然后合成为整幅图像。

18、进一步的，所述对经过灰度均衡化处理的图像进行基于srcnn的超分辨率增强，具体包括：

19、将图像输入已提前训练好的srcnn模型中，重建输出增强后的图像；

20、srcnn网络结构分为特征提取层、非线性映射层和图像重建层三部分；特征提取层采用卷积核实现图像卷积运算，得到图像特征图；非线性映射层对输入的特征图进行卷积核过滤，增加了网络的非线性程度；图像重建层上采样恢复高分辨率图像。

21、进一步的，所述构建cnn网络模型，具体包括：

22、构建cnn网络模型；cnn模型包括3层卷积层、3层池化层、1层展开层和2层全连接层；卷积核尺寸选择3*3，池化层选取最大池化运算；确保充分提取图像特征信息，提高识别精度。

23、进一步的，所述对灰度均衡化和srcnn增强处理后的图像的特征提取与识别，具体包括：

24、经图像增强后的图像组成的数据集，为了提高训练速度和降低对计算机内存的需求，首先将图像尺寸标准化处理，然后将数据集分为了训练集和验证集两部分；

25、经图像预处理增强后的图像对cnn模型进行训练，通过多周期迭代实现参数的优化；

26、在验证集上验证训练好的cnn模型对输电线路绝缘子破损的识别精度。

27、与现有技术相比，本发明提供的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其有益效果是：

28、本发明通过图像灰度均衡化和srcnn超分辨率图像增强，设计了一种基于cnn模型的架空输电线路绝缘子破损识别方法，并在权威数据集上验证了所提出算法的有效性；并在彩色图像上实现了图像增强处理，利用预处理后的图像数据集训练cnn模型，实现了高精度识别绝缘子破损的目的。

技术特征：

1.一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，还包括对cnn模型进行训练，具体包括：

3.如权利要求2所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述验证训练好的cnn模型对输电线路绝缘子破损的识别精度，具体包括：

4.如权利要求1所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述对架空输电线路绝缘子图像进行灰度均衡化处理，具体包括：

5.如权利要求4所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述在灰度图像均衡化的基础上实现彩色图像的灰度均衡化处理，具体包括：

6.如权利要求1所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述对经过灰度均衡化处理的图像进行基于srcnn的超分辨率增强，具体包括：

7.如权利要求1所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述构建cnn网络模型，具体包括：

8.如权利要求1所述的一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，其特征在于，所述对灰度均衡化和srcnn增强处理后的图像的特征提取与识别，具体包括：

技术总结
本发明公开了一种架空输电线路绝缘子破损识别方法，涉及图像识别技术领域，本发明包括对架空输电线路绝缘子图像实现灰度均衡化处理，通过扩展图像的灰度分布范围，图像直方像素分布范围更宽、更均匀，从而实现增加图像对比度，并在灰度图像均衡化的基础上实现了彩色图像的灰度均衡化处理；对经过灰度均衡化处理的图像实现基于SRCNN的超分辨率增强，通过超分辨率重建后的图像细节更加真实，边缘更加清晰；搭建CNN网络模型，在绝缘子数据集中进行模型的训练与验证，实现对灰度均衡化和SRCNN增强预处理后的图像的特征提取与识别；充分提取了图像特征信息以提高识别精度，实现了架空输电线路绝缘子破损识别。

技术研发人员：张庆
受保护的技术使用者：宁夏师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22