圖像處理技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢中的應(yīng)用

呂吉偉

（泉州億興電力工程建設(shè)有限公司，福建 泉州 362000）

1 無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)是是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。

無(wú)人機(jī)的發(fā)展研究過(guò)程涉及到了圖像處理、電子技術(shù)、航空飛行以及飛行姿態(tài)等，其中圖像處理在無(wú)人機(jī)電力巡檢線路中起著重要作用。歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家很早就將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用于電力線路巡檢。我國(guó)開(kāi)始這項(xiàng)研究?jī)H是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，起步較晚。雖然無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)起步發(fā)展很晚，但是無(wú)人機(jī)的認(rèn)同度很高，發(fā)展速度較快。2002年，華北電網(wǎng)公司正式啟動(dòng)無(wú)人機(jī)電力巡線項(xiàng)目；2010年，國(guó)網(wǎng)超高壓交流建設(shè)公司應(yīng)用單旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)；2010年，山東電力公司提出無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)概念；2010年，福建電力公司成立無(wú)人機(jī)巡檢項(xiàng)目；2010年，寧夏電力公司實(shí)施高海拔無(wú)人機(jī)巡檢項(xiàng)目；2010年，沈陽(yáng)電力公司實(shí)施單旋翼無(wú)人機(jī)巡檢項(xiàng)目；2011年，湖南電力公司實(shí)施4旋翼無(wú)人機(jī)覆冰檢測(cè)項(xiàng)目；2011年，北京電力公司成立無(wú)人機(jī)巡檢項(xiàng)目組。目前，大部分無(wú)人機(jī)都應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

2 圖像處理在電力巡檢中的應(yīng)用

2.1 無(wú)人機(jī)巡檢的重要性

無(wú)人機(jī)巡檢具有較多優(yōu)勢(shì)，如節(jié)約成本和工作效率高等[1]。輸電線路分布在全國(guó)各個(gè)地方，涉及面積非常廣，穩(wěn)定的電路環(huán)境是非常重要的。一般供電點(diǎn)是由多個(gè)小的工作點(diǎn)組成。這個(gè)供電點(diǎn)就是一個(gè)稍有規(guī)模的小電網(wǎng)。國(guó)家為使所有人都使用上充足的優(yōu)質(zhì)電能，通常會(huì)在一些環(huán)境惡劣和地形險(xiǎn)峻的偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立相關(guān)供電網(wǎng)。因此，這些地區(qū)的電力輸電線路、電線桿及電線塔等都處于惡劣環(huán)境，較易發(fā)生故障，進(jìn)而影響供電質(zhì)量。由于環(huán)境惡劣地區(qū)的電路巡檢工作人員欠缺，導(dǎo)致偏遠(yuǎn)地區(qū)的電路巡檢工作很難做好。需將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的電路巡檢工作。無(wú)人機(jī)的檢測(cè)程度比人工檢測(cè)更加細(xì)致，避免了人工檢測(cè)帶來(lái)的誤差。無(wú)人機(jī)的應(yīng)用應(yīng)以偏遠(yuǎn)地區(qū)的巡檢工作為主。由于無(wú)人機(jī)巡檢成本較人工巡檢成本低，且安全性能好、工作能力強(qiáng)及工作誤差小，因此被廣泛應(yīng)用于電力線路巡檢[2]。

目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)越來(lái)越成熟。民用無(wú)人機(jī)得到了國(guó)家重視，在日常生活中被廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，2015年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到23億元，2017年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約65億元，預(yù)計(jì)2019年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模將突破200億元，并預(yù)計(jì)2020年將同比增長(zhǎng)達(dá)66%。圖1為中國(guó)民用無(wú)人機(jī)銷(xiāo)售規(guī)模及預(yù)測(cè)。

圖1 中國(guó)民用無(wú)人機(jī)銷(xiāo)售規(guī)模及預(yù)測(cè)

2.2 應(yīng)用技術(shù)

（1）圖像預(yù)處理。圖像在形成的過(guò)程中會(huì)受到天氣、飛機(jī)飛行的姿態(tài)及噪聲等因素的影響，因此探測(cè)器拍攝到的圖像可能與實(shí)際情況不符。為保證圖像檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需對(duì)這些圖像進(jìn)行人為處理。首先，去除霧雨背景。實(shí)際天氣變化會(huì)對(duì)成像產(chǎn)生一定影響。霧雨天氣，可見(jiàn)度較低，霧氣和雨水會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，Stank認(rèn)為霧雨的痕跡明亮清晰，可使用像素過(guò)濾值過(guò)濾雨滴。但是過(guò)濾雨滴的方法只能用在一些簡(jiǎn)單的圖像處理上，對(duì)于運(yùn)動(dòng)視頻，Garg建立了霧雨相關(guān)模型，通過(guò)物理模型來(lái)描述霧雨像素，通過(guò)背景分離的方法將圖像進(jìn)行分離處理，通過(guò)檢測(cè)前后圖像的大小和亮度，進(jìn)一步去除霧雨[3]。

（2）圖像拼接技術(shù)。無(wú)人機(jī)拍攝過(guò)程中，攝像機(jī)的分辨率是很低的，因此需要拍攝大量圖像進(jìn)行對(duì)比分析，以提高圖像分辨率?？蓪⒏鞣N圖像進(jìn)行拼接，以滿(mǎn)足工作中的對(duì)圖像清晰度的要求。因?yàn)閷?shí)際拍攝過(guò)程中存在很多不確定因素，圖像拼接技術(shù)并不是直接將不同圖像的像素拿出來(lái)使用，而是根據(jù)不同圖像的特征，導(dǎo)出像素。然后通過(guò)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(lái)。圖像拼接技術(shù)會(huì)浪費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，且工作效率不高。圖像拼接技術(shù)很難解決圖像旋轉(zhuǎn)后選取重疊區(qū)域的問(wèn)題。此外，圖像拼接技術(shù)對(duì)設(shè)備要求很高。

（3）圖像識(shí)別技術(shù)。無(wú)人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢的線路是通過(guò)計(jì)算機(jī)拍攝的圖像找到的傳輸路線區(qū)域，但是拍攝經(jīng)常會(huì)受到自然天氣的影響，增加了目標(biāo)選取的困難程度。

3 圖像處理技術(shù)遇到的問(wèn)題

圖像處理技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢中會(huì)遇到很多問(wèn)題，一些干擾因素會(huì)影響巡檢工作。

（1）光學(xué)形成的像差。無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中是利用拍攝來(lái)達(dá)到巡檢目的，拍攝成像中，遠(yuǎn)軸區(qū)產(chǎn)生的是實(shí)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(jìn)而影響最后的圖像質(zhì)量，導(dǎo)致檢測(cè)準(zhǔn)確性降低。輻射失真會(huì)對(duì)檢測(cè)成像產(chǎn)生一定影響。拍攝過(guò)程中利用傳感器觀測(cè)目標(biāo)或者在能量輻射過(guò)程中出現(xiàn)輻射失真，都會(huì)影響遙感器的解讀能力[4]。

（2）機(jī)械振動(dòng)會(huì)影響拍攝。無(wú)人機(jī)在飛行拍攝過(guò)程中，成像系統(tǒng)會(huì)受到無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)和拍攝姿態(tài)的影響，導(dǎo)致成像模糊。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)有不一同姿態(tài)，再加上遙感器的不同，會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在檢測(cè)時(shí)圖像失真扭曲，即幾何失真。此外，噪聲會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在拍攝時(shí)受到信號(hào)的干擾。如果在無(wú)人機(jī)拍攝的圖像中出現(xiàn)了椒鹽噪聲或者高斯噪聲，那么這些噪聲會(huì)極大地影響拍攝結(jié)果。

（3）四季變化、太陽(yáng)光照及場(chǎng)景的復(fù)雜程度也影響無(wú)人機(jī)巡檢。變化的自然景象會(huì)使無(wú)人機(jī)拍攝的成像背景變得更加復(fù)雜。讓無(wú)人機(jī)在復(fù)雜場(chǎng)景下選取并識(shí)別拍攝目標(biāo)是非常困難的[5]。

4 結(jié) 論

高壓輸電線路對(duì)整個(gè)國(guó)家的重要程度不言而喻，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致鐵路斷電、交通擁擠、政府部門(mén)癱瘓及人們不能正常生活。為保護(hù)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，需更好地完善圖像處理技術(shù)在電力檢測(cè)中的應(yīng)用，大力推動(dòng)無(wú)人機(jī)電力巡檢的發(fā)展。