一种绝缘子图像缺陷检测方法

摘要

本发明公开了一种绝缘子图像缺陷检测方法。其特征在于包括如下步骤：首先利用彩色图像中绝缘子的颜色呈现聚类的特性，通过在Lab颜色空间中利用K均值聚类算法将绝缘子从复杂的背景图像中初步分割出来；然后利用绝缘子在图像形成的长条对称特性，采用基于主成分分析的连通区域判决方法定位出绝缘子的具体位置；在此基础上，通过统计分析绝缘子相邻盘片之间的距离识别出绝缘子缺陷区域。该方法受不同光线和复杂背景的影响较小，提高了绝缘子缺陷检测的准确性和鲁棒性，具有较高的工程实用价值。

主权项

一种绝缘子图像缺陷检测方法，其特征是：包括以下步骤：1)基于Lab颜色空间的K均值聚类把直升机巡检获取的输电线路的彩色绝缘子图像从RGB空间转换到Lab空间，然后将表示颜色的色度分量a和b作为属性值向量进行K均值聚类分割，进而将其分割成多个类别，考虑到绝缘子的颜色呈现聚类特性，则其必然属于某一个类别；2)基于主成分分析的绝缘子定位经过基于K均值的聚类方法分割后存在几个类别，每个类别又以多个连通区域的形式出现，需要从众多的连通区域中找到绝缘子所在的连通区域；由于绝缘子整体呈现规则的对称长条特性，因此采用基于主成分分析的连通区域形状判决方法进行绝缘子精确定位，主要步骤如下：a)预处理：通过数学形态学操作对聚类分割后的图像进行腐蚀、膨胀去掉小的噪声，同时对图像中连通区域的孔洞进行填充，以保证分割后绝缘子的完整性；b)计算连通区域信息：利用主成分分析计算连通区域的轴向、宽、高信息；c)区域合并：通过对特定的连通区域进行合并，以保证由于缺陷导致绝缘子分开的部分连接在一起；d)连通区域形状判决：判定所有连通区域的形状得到绝缘子所在的精确位置；3)基于绝缘子盘片距离分析的缺陷检测将基于主成分分析的绝缘子定位所得的绝缘子二值图像进行旋转，使得绝缘子的主轴方向平行于竖直y轴方向，再对绝缘子的二值图像通过沿竖直y轴方向进行积分投影，得到积分投影曲线；通过绝缘子盘片完好处两相邻极大值之间的距离近似相等，而在绝缘子缺陷处两相邻极大值的距离明显变大的特性，精确定位出绝缘子的缺陷位置，并在图像中标记；所述步骤1)中把直升机巡检获取的输电线路的彩色绝缘子图像从RGB空间转换到Lab空间，具体计算公式如下：$\left\{\begin{array}{c}X=0.4125R^{\prime }+0.3576G^{\prime }+0.1805B^{\prime }\\ Y=0.2126R^{\prime }+0.7152G^{\prime }+0.0722B^{\prime }\\ Z=0.0193R^{\prime }+0.1192G^{\prime }+0.9505B^{\prime }\end{array}\right.---\left(1\right)$$\left\{\begin{array}{c}L=116f(Y/Y_0)-16\\ a=500f(X/X_0)-f(Y/Y_0)\\ b=200f(Y/Y_0)-f(Z/Z_0)\end{array}\right.---\left(2\right)$式中X₀,Y₀,Z₀为标准光源D65的三刺激值，其值为X₀＝95.045,Y₀＝100,Z₀＝108.255；所述步骤2)中的步骤b)采用如下的方式计算连通区域的轴向、宽、高信息：对于连通区域A＝(p₁，…，p_k，…，p_N)，p_k＝(x_k，y_k)，k＝1，…N表示该连通区域中的点，则其协方差矩阵为：$M=\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(p_k-c)}^T(p_k-c)---\left(3\right)$式中c表示该连通区域的质心，(·)^T表示向量的转置；通过计算协方差矩阵M的最大特征值对应的特征向量得到该连通区域的主轴，计算最小特征值对应的特征向量得到该连通区域的次轴，计算沿着两个轴线方向的最远距离得到连通区域的宽度w和高度h；所述的步骤2)的步骤c)采用如下的方式对特定的连通区域进行合并：记连通区域A_i和A_j的单位主轴方向分别为d_i和d_j,质心分别为c_i和c_j，宽度分别为w_i和w_j，如果下列关系式成立，则合并这两个连通区域：|w_i‑w_j|<w_T  (4)arccos(|(d_i·d_j)|)<a_T  (5)$\arccos \left(\right|(d_i·\frac{c_i-c_j}{\left|\right|c_i-c_j\left|\right|})\left|\right)<a_T---\left(6\right)$式中(·)表示两个向量内积，w_T和a_T分别表示选定的宽度差异阈值和偏离角度阈值，设w_T＝3,a_T＝1,即合并的两个子串的宽度应该不超过3个像素，偏离角度不超过1弧度；所述的步骤2)中的步骤d)采用如下的方式判定连通区域的形状得到绝缘子所在的精确位置：对于连通区域A，设其宽和高分别为w和h，连通区域中点的个数为N，计算如下形状判决度量：高宽比k₁＝h/w；连通区域最小包围盒里物体像素所占比例k₂＝N/(w*h)；连通区域的对称度k₃，设连通区域中关于主轴的对称点落在连通区域中的点的数目为N₁，则对称度为k₃＝N₁/N；如果形状判决度量k₁,k₂,k₃都能超过给定的阈值，设k₁>8,k₂>0.7,k₃>0.9，则判定该连通区域是绝缘子；所述的步骤3)中的积分投影方式计算如下：$f_y\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{w}{\Sigma }}f(j,n),n=1...h---\left(7\right)$式中w,h分别表示绝缘子所在连通区域的宽度和高度，f(j,n)表示位置(j,n)处的函数值，如果该点是绝缘子上的点，取值为1，如果是背景点，取值为0。