馬孝賀

（鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 冬季戶外輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別算法

1.1 圖像強(qiáng)化與直方圖的均衡化

冬季戶外輸電線路現(xiàn)場(chǎng)采光狀況復(fù)雜困難，獲得的圖像存在曝光問(wèn)題，這時(shí)需先使用圖像強(qiáng)化與直方圖的均衡化方法修正[1-2]。在絕緣體圖像經(jīng)歷在LaL空間閾值均化以后，圖像間對(duì)比程度下降，絕緣體信息圖像的特征變得不明顯，能利用圖像強(qiáng)化與直方圖的均衡化方法進(jìn)一步提高采集圖像的對(duì)比度，突出圖像的主要特征。直方圖均衡化方法可實(shí)現(xiàn)圖像自然曝光與顯示，但缺陷是選擇時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)圖像的像素點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一操作與處理[3]。直方圖均衡化的實(shí)質(zhì)是對(duì)灰度值進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)化，假設(shè)一幅圖像一共有A個(gè)灰度級(jí)，那么其取值范圍大致控制在為[0,A-1]，轉(zhuǎn)化函數(shù)為L(zhǎng)(e)，則：

其中，s為灰度值e經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化之后的最終結(jié)果。對(duì)L(e)做出以下假設(shè)：L(e)為連續(xù)變化的單調(diào)遞增函數(shù)；L(e)的取值范圍控制在0～A-1之間。

可將灰度值e看作是一個(gè)隨機(jī)變量，描寫隨機(jī)變量最普遍也是最常見(jiàn)的方法是使用概率密度函數(shù)，定義p(e)和p(s)分別代表e和s的概率密度函數(shù)（PDF），由于p(e)的概率分布能夠直接通過(guò)圖像獲得。因此是已知函數(shù)，現(xiàn)在需要根據(jù)p(e)求得p(s)，由基本的概率論理論知識(shí)可求得：

de代表的是函數(shù)公式內(nèi)的圖像數(shù)量總和，ds表示圖像質(zhì)量畫質(zhì)，w表示的是圖像點(diǎn)，p(w)表示在函數(shù)內(nèi)的采集的總數(shù)，d(w)代表圖像點(diǎn)之間的距離。

1.2 圖像區(qū)域分割

圖像分割是根據(jù)一定的規(guī)律和計(jì)算程序，將圖像分割成若干個(gè)互不連接、具有相同性質(zhì)的區(qū)域，對(duì)圖區(qū)重要信息進(jìn)行整合、分析與處理[4]。圖像分割是從圖像處理轉(zhuǎn)變到圖像整合、分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，力求減少后續(xù)環(huán)節(jié)的圖像分析、識(shí)別等高級(jí)操作階段所需要處理的圖像，并在一定程度上保留相關(guān)圖像畫質(zhì)特征的信息。在整個(gè)絕緣體覆冰圖像識(shí)別過(guò)程中起著至為關(guān)鍵的作用，分割效果的優(yōu)良直接影響后續(xù)對(duì)絕緣體覆冰圖像識(shí)別及其覆冰厚度的計(jì)算難易程度，具體見(jiàn)圖1。

1.3 閾值分割

閾值分割是一種基于區(qū)域的圖像分割算法，將圖像看作是具備不同灰度級(jí)別的兩種區(qū)域的重新組合[5]。閾值分割法重點(diǎn)在于閾值的選取與計(jì)算。最大間距方差法是一種計(jì)算方便、環(huán)境要求較低、適應(yīng)性強(qiáng)、使用最為廣泛的選取閾值手段，本文選擇這種手段對(duì)絕緣體圖像進(jìn)行分割?；陂撝捣ㄊ且环N方便操作、科學(xué)有效的圖像分割手段，它通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)閾值把圖像的灰度級(jí)別分成幾個(gè)選項(xiàng)，認(rèn)為屬于同一個(gè)選項(xiàng)的像素是同一個(gè)建筑體。固定閾值法計(jì)算方便，在看重運(yùn)算效率的實(shí)際場(chǎng)合中得到了廣泛推廣與使用。然而，在冬季戶外輸電線路覆冰的過(guò)程中，每一條輸電線路每次覆冰時(shí)獲取到的圖像分割閾值各不相同。這是因?yàn)闅夂颦h(huán)境等因素的作用，即使是同一條輸電線路同一個(gè)覆冰過(guò)程的不同時(shí)期也各不相同。因而在進(jìn)行輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別時(shí)，必須保證每一次圖像采集到的信息是基于自身線路實(shí)際數(shù)據(jù)的前提下確定閾值。自適應(yīng)閾值的求解過(guò)程能應(yīng)用基于點(diǎn)的全局閾值法Outsuit法。利用全局閾值法Outsuit法求得整個(gè)線路的最佳閾值，根據(jù)該閾值對(duì)其線路覆冰厚度進(jìn)行集中操作和處理。并把圖像上灰度值超過(guò)最適閾值范圍的點(diǎn)設(shè)定為全白區(qū)域，其他的點(diǎn)設(shè)定為全黑區(qū)域，有助于后續(xù)過(guò)程的統(tǒng)一處理與劃區(qū)。

圖1 區(qū)域分割具體算法流程

1.4 提取聯(lián)通區(qū)域

對(duì)絕緣體周圍圖像進(jìn)行閾值分割后，要把返回某個(gè)區(qū)域的圖像作為分割最后取值，普通圖像分割后從圖像中提取到的每一個(gè)線路所在的區(qū)域互相獨(dú)立，絕緣體輸電線路區(qū)域必須由相互聯(lián)通的像素區(qū)域組合而成。在一個(gè)矩形成像區(qū)域網(wǎng)格上，有四聯(lián)通、八聯(lián)通兩個(gè)關(guān)聯(lián)通性的定義。因?yàn)閰^(qū)域輸電線路廣闊，本文算法主要使用八聯(lián)通區(qū)域提取。在圖像中用間距表示法掃描圖像，遇到背景數(shù)點(diǎn)時(shí)持續(xù)掃描，遇到目標(biāo)數(shù)點(diǎn)主動(dòng)標(biāo)識(shí)。將圖像全部掃描完成后，判斷同一位置的標(biāo)記是否保持一致，若不一致需要對(duì)圖像再度掃描，直至把同一位置的標(biāo)記完成統(tǒng)一處理。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證冬季戶外輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別算法的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)論證采用相同地區(qū)、具有相同輸電線路的覆冰厚度進(jìn)行論證實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)算法作為實(shí)驗(yàn)論證對(duì)比，對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線如圖2所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線可知，冬季戶外輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別算法相比于傳統(tǒng)算法而言，在圖像質(zhì)量有著很大優(yōu)勢(shì)，不僅圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，而且縮短了計(jì)算時(shí)間。

圖2 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)冬季戶外輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別算法的分析，依托冬季戶外輸電線路覆冰厚度造成的種種電路困難與阻斷，根據(jù)線路數(shù)據(jù)反饋與覆冰厚度數(shù)據(jù)分析，對(duì)圖像識(shí)別算法進(jìn)行調(diào)整，從而完成設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，設(shè)計(jì)的方法具備極高地有效性。希望能為冬季戶外輸電線路覆冰厚度圖像識(shí)別算法設(shè)計(jì)與實(shí)際發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。