图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用

图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用

陈德凯 孙若峰

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明 650000

摘要：巡检高压输电线路过程中，其中一项常见方式是利用无人机进行线路巡线。研究和处理无人机航拍收集的通道图像，能够及时发现线路器件是否存在问题。随着科技的快速发展，高压输电线路中的巡检已采取了更高效、安全的无人机巡检方式。无人机在电力线路巡检方面的使用，降低了成本，提高了工作效率。基于此，本文主要分析了图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用有关内容。

关键词：图像处理技术；电力巡检；无人线路

1无人机在国内外发展现状分析

无人机技术涵盖了多门学科，包括图像处理、航空电子等。其中，判定线路运行情况时，图像处理发挥非常关键的作用。我国针对无人机方面的研究起步时间较晚，与国外发达国家相比，还存在一定差距。我国从20世纪80年代开始研究无人机。目前我国无人机电力线路巡检项目还处于硬件研发层次，国外发达国家已处于后续图像处理技术层面，电力线路巡检技术成熟，在无人直升机巡视导航方面应用了机器视觉技术，实现了无人机路径导航。日本研发了无人机线路检测系统，可以实时监测图像、和自动检测故障。对于无人机电力线路巡检，我国应加快研发脚步。

2图像处理在电力巡检中的应用分析

2.1无人机巡检的重要性

无人机巡检具有较多优势，如节约成本和工作效率高等。输电线路分布在全国各个地方，涉及面积非常广，稳定的电路环境是非常重要的。一般供电点是由多个小的工作点组成。这个供电点就是一个稍有规模的小电网。国家为使所有人都使用上充足的优质电能，通常会在一些环境恶劣和地形险峻的偏远地区设立相关供电网。因此，这些地区的电力输电线路、电线杆及电线塔等都处于恶劣环境，容易发生故障，进而影响供电质量。由于环境恶劣地区的电路巡检工作人员欠缺，导致偏远地区的电路巡检工作很难做好。需要将无人机应用于偏远地区的电路巡检工作。无人机的检测程度比人工检测更加细致，避免了人工检测带来的误差。无人机的应用应以偏远地区的巡检工作为主。由于无人机巡检成本较人工巡检成本低，而且安全性能好、工作能力强及工作误差小，所以被广泛应用于电力线路巡检。当前，无人机技术越来越成熟。民用无人机得到了国家重视，在日常生活中被广泛应用。图1为中国民用无人机销售规模。

图1

2.2应用技术分析

1. 图像预处理。第一，调整图像亮度。无人机拍摄的图像过暗、过亮，或一个给定亮度在不同的场景中可能产生不同的亮度体验，会增加计算机识别图像的难度。因此，调整图像亮度至关重要。可以采取如下措施：首先调整线性。调整线性能直接调整像素值，可以直观体现电力线路巡检需要突出的物体；其次切换为HSL色彩模式。这是最直观但效率最低的一种方法。HSL色彩模式存在一个L分量，代表亮度，可以对其直接调整，但是这种方法最大的缺点是效率低下。由于电脑显示器的特征决定了大部分图像都利用RGB色彩模式解析，因此必须先切换为HSL色彩模式才能进一步处理图像；最后调整曲线。利用上面两种方法调整亮度会出现一个常见问，即图像亮度变化没有分层，通常，所有区域都有明暗。因此必须调整图像整体亮度。第二，调整图像对比度。在保障图像平均亮度不变的前提下，缩小或扩大亮点和暗点之间的差异性，即调整图像对比度。第三，去除雾雨背景。阴雨天气或者雾霾天气，会造成可见度下降。去除图像中遮挡实际物体的雾雨，真实显示事物背景非常重要。从图像种类方面来讲，当前主要有两种去除雾雨背景的方法，分别为基于视频的去雾方法和基于单帧的去雾方法。对基于单帧的去雾方法而言，双边滤波主要利用高斯滤波函数，对边缘像素造成的影响较小。通过这种方式，能够在去除雾雨背景时保留边缘像素。对基于视频的去雾方法而言，主要利用雾雨特征实现目标。

2. 图像拼接技术。无人机拍摄过程中，摄像机的分辨率是很低的，因此需要拍摄大量图像进行对比分析，以提高图像分辨率。可将各种图像进行拼接，以满足工作中的对图像清晰度的要求。因为实际拍摄过程中存在很多不确定因素，图像拼接技术并不是直接将不同图像的像素拿出来使用，而是根据不同图像的特征，导出像素。然后通过参考一些像素中特征比较大的地方，将重叠的部分选取出来。图像拼接技术会浪费很长时间，且工作效率不高。图像拼接技术很难解决图像旋转后选取重叠区域的问题。

3. 图像识别技术。无人机进行电力线路巡检的线路是通过计算机拍摄的图像找到的传输路线区域，但是拍摄经常会受到自然天气的影响，增加了目标选取的困难程度。

3图像处理技术遇到的问题分析

3.1光学形成的像差

无人机在巡检过程中是利用拍摄来达到巡检目的，拍摄成像中，远轴区产生的是实际像，近轴区产生的是理想像，二者成像存在一定偏差，进而影响最后的图像质量，导致检测准确性降低。辐射失真会对检测成像产生一定影响。拍摄过程中利用传感器观测目标或者在能量辐射过程中出现辐射失真，都会影响遥感器的解读能力。

3.2机械振动会影响拍摄

无人机在飞行拍摄过程中，成像系统会受到无人机运动和拍摄姿态的影响，导致成像模糊。因为无人机在飞行过程中会有不一同姿态，再加上遥感器的不同，会导致无人机在检测时图像失真扭曲，即几何失真。此外，噪声会导致无人机在拍摄时受到信号的干扰。如果在无人机拍摄的图像中出现了椒盐噪声或者高斯噪声，那么这些噪声会极大地影响拍摄结果。

3.3复杂场景、光照、四季变化等

输电线路附近的景象与自然环境变化都会对无人机电力线路巡检工作造成影响，输电线路和有关器件的图像背景会变得更加复杂，干扰增加，对复杂环境下识别和提取目标提出了更高的要求。

4结语

高压输电线路对整个国家的重要程度不言而喻，一旦出现问题，就会导致铁路断电、交通拥挤、政府部门瘫痪及人们不能正常生活。为了保障电力系统的稳定性、安全性，及时发现潜在故障与异常状况，必须重视日常电力线路巡检工作。无人机电力线路巡检工作中，利用无人机进行电路巡检已逐渐发展为一种常用手段。无人机电力线路巡检工作中，应用图像处理技术已成为未来自动化电路巡检的发展趋势。

参考文献

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