图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用

2019-07-23吕吉伟

通信电源技术 2019年6期

吕吉伟

（泉州亿兴电力工程建设有限公司，福建泉州 362000）

1 无人机在国内外发展现状

无人机是是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。

无人机的发展研究过程涉及到了图像处理、电子技术、航空飞行以及飞行姿态等，其中图像处理在无人机电力巡检线路中起着重要作用。欧洲等发达国家很早就将无人机技术运用于电力线路巡检。我国开始这项研究仅是从20世纪80年代开始，起步较晚。虽然无人机在国内起步发展很晚，但是无人机的认同度很高，发展速度较快。2002年，华北电网公司正式启动无人机电力巡线项目；2010年，国网超高压交流建设公司应用单旋翼无人机系统；2010年，山东电力公司提出无人机电力巡检系统概念；2010年，福建电力公司成立无人机巡检项目；2010年，宁夏电力公司实施高海拔无人机巡检项目；2010年，沈阳电力公司实施单旋翼无人机巡检项目；2011年，湖南电力公司实施4旋翼无人机覆冰检测项目；2011年，北京电力公司成立无人机巡检项目组。目前，大部分无人机都应用于工业领域。

2 图像处理在电力巡检中的应用

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[1]。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，较易发生故障，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，且安全性能好、工作能力强及工作误差小，因此被广泛应用于电力线路巡检[2]。

目前，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。数据显示，2015年我国民用无人机的市场规模达到23亿元，2017年我国民用无人机市场规模约65亿元，预计2019年我国民用无人机的市场规模将突破200亿元，并预计2020年将同比增长达66%。图1为中国民用无人机销售规模及预测。

图1 中国民用无人机销售规模及预测

2.2 应用技术

（1）图像预处理。图像在形成的过程中会受到天气、飞机飞行的姿态及噪声等因素的影响，因此探测器拍摄到的图像可能与实际情况不符。为保证图像检测结果的准确性，需对这些图像进行人为处理。首先，去除雾雨背景。实际天气变化会对成像产生一定影响。雾雨天气，可见度较低，雾气和雨水会导致图像模糊，Stank认为雾雨的痕迹明亮清晰，可使用像素过滤值过滤雨滴。但是过滤雨滴的方法只能用在一些简单的图像处理上，对于运动视频，Garg建立了雾雨相关模型，通过物理模型来描述雾雨像素，通过背景分离的方法将图像进行分离处理，通过检测前后图像的大小和亮度，进一步去除雾雨[3]。

（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。此外，图像拼接技术对设备要求很高。

（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

图像处理技术在无人机电力线路巡检中会遇到很多问题，一些干扰因素会影响巡检工作。

（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[4]。

（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）四季变化、太阳光照及场景的复杂程度也影响无人机巡检。变化的自然景象会使无人机拍摄的成像背景变得更加复杂。让无人机在复杂场景下选取并识别拍摄目标是非常困难的[5]。