CN106980810A - 一种基于敏感区图像轮廓递增的超高车辆接近检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于敏感区图像轮廓递增的超高车辆接近检测方法，包括：(1)在需要保护的输电线路所在的电线杆上架设监控摄像头，其高度对准需要检测的安全高度，以平行于路面的方向；(2)在镜头拍出画面中划分出一块特定区域作为捕捉变化的敏感区域，敏感区域的选择标准：第一、其高度要正对规定的警戒高度；第二、敏感区域中的画面情况需要固定。(3)将划定的敏感区域分块，共分成m×n块，当敏感区域画面发生变化时，开始进行采集分块画面对比，对进入敏感区域的物体进行筛选，排除落叶、飞虫等接近镜头物体对敏感画面的干扰，判断出前进物体中如有过高车辆，则进行以灯光及广播进行告警。

Description

一种基于敏感区图像轮廓递增的超高车辆接近检测方法

技术领域

本发明涉及一种利用图像分析方法判断输电线路下方是否存在超高物体接近，尤其是防止超高车辆通过时引起外力破坏输电线路的方法。

背景技术

在架空输电线路通道下方通过车辆人员等已相当普遍，现实情况中，时常有超高大型车辆通过架空电线，勾住、挂断悬于道路上方的线路，严重威胁电网安全。为了避免过高车辆物体通过道路时对输电线路造成破坏，在架空输电线路下方预设预警高度，即保证车辆顶部距输电线路留有一定安全距离。找到一种能够在远距离能够判断来车是否过高、及时提前警示的方法亟为重要。

目前对超过预警高度车辆的检测方法，主要是在远方警戒处架设车辆高度测量装置，如在距离需要保护的输电线路数十米外架设交通固定限高架，用以警示来车；或在数十米外的警戒位置设置预警高度的红外对射装置，有超高车辆经过遮挡红外对射时就产生告警信号；或用远距离监控摄像头。但这些方法，不仅对于道路状况有着较大的依赖、算法复杂计算速度慢、而且当来车车距较小时无法逐一判断。尤其是对于一段有着多处架空输电线路通道需要保护的道路而言，如果在道路上假设太多的交通固定限高架，不仅成本昂贵，施工量大，还会对道路的行驶情况产生严重的影响。本方法基于数字图像处理设计算法，根据架设在架空线路所在的电线杆上的监控摄像装置以及与其连接的主机进行图像分析，用以判断来车是否超过危险高度，这样的办法可以无需再在路面上架设设备，减少了施工负担，降低了安装成本，同时简化算法增加了主机的判断速度，且抗干扰能力强，对于连续车辆以及落在监控镜头上的物体产生的干扰因素增加了排除功能，更加适用于架空输电线路较多的路段。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确判断在远处道路的前进物体(主要为车辆)高度是否超过危及架空输电线路通道高度的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种保护输电线路通道的方法，应用于安装在道路上方输电线路的电线杆并位于下方的监控摄像头中，根据对监控画面中特定区域的像素分析，经过图像处理和计算的对比来判断来车高度是否威胁到输电线路安全，该方法包括：其特征在于，所述方法主要包括以下几个步骤：

步骤1：在需要保护的输电线路所在的电线杆上架设监控摄像头，其高度对准需要检测的安全高度，以平行于路面的方向正对要检测的道路来车方向；

步骤2：在镜头拍出画面中划分出一块特定区域作为捕捉变化的敏感区域，敏感区域的选择标准：第一、其高度要正对规定的警戒高度，保证一旦有车辆过高，就会进入敏感区域；第二、敏感区域中的画面情况需要固定，不宜出现如树木、旗帜等易使画面变化的物体；

步骤3：将划定的敏感区域分块，共分成m×n块；

步骤4：为监控画面设定初始值，即在无超高物体进入监控时正常的背景画面；

步骤5：当敏感区域画面发生变化时，开始进行采集分块画面对比；

步骤6：根据分块画面对比，对进入敏感区域的物体进行筛选，排除落叶、飞虫等接近镜头物体对敏感画面的干扰，判断出前进物体中如有过高车辆，则进行以灯光及广播进行告警。

所述步骤4中用R表示整个镜头中图像区域，用F表示敏感区域，首先采集原始画面灰度g(x，y)，由于画面的初始值选取为稳定画面，所以可以近似认为初始灰度g(x，y)是恒定值。

所述步骤5中，监控摄像装置以10帧为间隔进行帧差比较，检测画面是否发生变化，如果发现敏感区域发生变化，则以f(x，y，F)记录敏感区域的画面灰度，其中F表示敏感区域及其分块坐标。如果用R表示整个镜头中图像区域，用误差平方和

表达全镜头画面与预设背景画面灰度值不相似程度，据同理，当判断出敏感区域的图像出现了与预设初始值不同时，则开始对比敏感区域的分块信息。

所述步骤6中，误差平方和公式可进一步表示为：

表示图像初始值和出现帧差时的识别目标的边缘之间相似的部分，对于敏感区域中m×n的分块，用k，l表示图像中出现的识别目标的边缘在图像中的位移时，可以用下式进行计算：

M(x，y)称为f(x，y)和g(x，y)的互相关函数。

匹配的目的是找到出现在敏感区域的目标边缘在某一个分块的位置变化最大并且超过某一阀值的分块标号来进行判断。然而，当假设f(x，y)和g(x，y)为常量时，作用于图像上时，g(x，y)为常数，但f(x，y)会变化。此时M的值取决于f(x，y)，可以通过归一化互相关方法来求解出k于l值，测量值可以利用下式计算：

当M取最大值时，k与l即是所求的敏感区域分块标号。

在现实情况下，如果是远方渐渐驶来一辆达到危险高度的汽车，由于近大远小的透视现象，其车顶边缘在敏感区域中应显示为渐渐变宽，K值应显示为渐变情况而l值应基本不变。但如果是杂物如落叶飞虫遮挡到敏感区域时，计算出的k与l值将显示为剧烈变化，以此为根据可以筛选排除落叶、飞虫等接近镜头物体对敏感画面的干扰。

排除干扰之后，若监控设备发现有车辆进入敏感区域，则视为前方有过高车辆，立即通过主机控制警示灯向道路告警。

附图说明：

图1是本发明基于敏感区域分块捕捉方法的工作流程图

图2是架空输电线路监控设备的安装示意图

图3是镜头内划分敏感分块区域的画面示意图

图4是车辆从远处行驶来时，镜头内图像的示意图

图5是车辆行驶至近处，在镜头内图像的示意图

图6是以落虫为例的非目标车辆进入敏感区域示意图

图7是以落虫起飞为例的非目标车辆干扰敏感区域示意图

以上附图1中：1、电线杆；2、架空输电线路；3、监控道路；4、监控摄像头；5、现场运算用主机；6、告警提示灯；路上箭头表示了车辆行驶方向

具体实施方式：

下面结合附图和实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

如图2所示，道路上方的架空输电线路通道呈抛物线状，将其最低点下方设定为告警高度A，监控摄像装置平行于路面拍摄。其中，镜头内设置如图3所示，将敏感区域设置为矩形，矩形敏感区域的下标记线平行于高度A，本示意图图3是将敏感区域分为4行n列即4×n分块的敏感区域。图3中为监控画面预设背景，记录其灰度并将摄像画面以10帧为间隔比较灰度，在没有车辆进入画面时，其背景灰度基本不变，当有车辆进入画面时，比较敏感区域灰度值是否发生变化。实施例一：当有车辆进入画面后，附图4中所示的远处车辆车顶显示在敏感区域中，以车辆左侧边缘与车顶为例，本发明的架空输电线路通道保护及报警方法阐述如下：

将敏感区域划分成4×n分块的子区域。每个子区域包含有p×q个像素(p代表子区域中有的像素行数，q代表子区域有的像素列数，p、q均为正整数)。

车辆左边缘所占敏感子区域有F(4，3)，在这些子区域中所占像素为X(F4，3)车顶所占敏感子区域有F(4，3)-F(4，8)，在这些子区域中所占像素为X(F(4，3))、X(F(4，4))...X(F(4，8))。

当车辆逐渐向近处行驶时，之前采集的车辆左边缘和顶部边缘在敏感区域内的位置和像素会渐渐变化，如图5所示，是其中一个位置的瞬间，通过公式

计算出其k值与l值以T为周期采集的渐变的变化轨迹数据trendK与trendL，计算trendK与trendL的数据变化斜率：由于k值为车辆左边缘在镜头中的变化，故显示trendK为一较小负数，由于l值为车顶边缘在镜头中的变化为渐渐变宽变高，故显示trendL为一较小正数。

则这样可以判定前方来车中有过高车辆，立即通过主机控制警示灯亮起，警告前方来车立即停止，以免牵扯到架空输电线路通道造成损失。

实施例二：当有非车辆的干扰物进入画面后，附图6中以落虫为例，当一飞虫落在镜头内，同样也遮挡到敏感区域，会使镜头采集的画面判断会出现帧差，此时并没有过高车辆到达敏感区域，则以判断敏感区域模块变化的趋势的方法排除误报警的方法阐述如下：

将敏感区域划分成4×n分块的子区域。每个子区域包含有p×q个像素(p代表子区域中有的像素行数，q代表子区域有的像素列数，p、q均为正整数)。

落虫边缘所占敏感子区域有F(1，2)-F(10，4)，在这些子区域中所占像素为X(F(1，2))、X(F(1，3))...X(F(10，4))。

当敏感区域画面发生变化，比如落虫起飞后，其边缘在敏感区域产生变化，图7是飞虫在飞行过程中的一张画面监控情况，通过公式

计算出其k值与l值以T为周期采集的渐变的变化轨迹数据trendK与trendL，计算trendK与trendL的数据变化斜率：由于k值为飞虫向右起飞在镜头中的变化为迅速旋转向右，故显示trendK为一较大正数，由于l值为飞虫向上起飞在镜头中的变化为迅速升高高，故显示trendL为一较大正数。

则这样可以判定对敏感区域的遮挡情况不是前方来车中有过高车辆，通过主机判断排除干扰，虽然敏感区域内出现物体，但警示灯不亮起，以免产生不必要的误报警。

除上述基本构成外，还有电源***用于为检测警报***供电，例如采用太阳能电源***，其包括太阳能电池板、与太阳能电池板相连接的充电控制单元、与充电控制单元相连接的免维护蓄电池，与免维护蓄电池相连接的电源模块。免维护电池通过电源模块与检测报警单元的检测装置、旋转装置、主控制板等供电。当正常光照时候，太阳能电池板接收并在充电控制单元的控制下为免维护电池充电，也可以同时向检测报警单元供电。免维护控制电池选择可保证在连续一周阴雨的情况下保证检测单元正常工作的电量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种保护输电线路通道的方法，应用于安装在道路上方输电线路的电线杆并位于下方的监控摄像头中，根据对监控画面中特定区域的像素分析，经过图像处理和计算的对比来判断来车高度是否威胁到输电线路安全。其特征在于，所述方法主要包括以下几个步骤：

步骤1：在需要保护的输电线路所在的电线杆上架设监控摄像头，其高度对准需要检测的安全高度，以平行于路面的方向正对要检测的道路来车方向；

步骤2：在镜头拍出画面中划分出一块特定区域作为捕捉变化的敏感区域，敏感区域的选择标准：第一、其高度要正对规定的警戒高度，保证一旦有车辆过高，就会进入敏感区域；第二、敏感区域中的画面情况需要固定，不宜出现如树木、旗帜等易使画面变化的物体；

步骤3：将划定的敏感区域分块，共分成m×n块；

步骤4：为监控画面设定初始值，即在无超高物体进入监控时正常的背景画面；

步骤5：当敏感区域画面发生变化时，开始进行采集分块画面对比；

步骤6：根据分块画面对比，对进入敏感区域的物体进行筛选，排除落叶、飞虫等接近镜头物体对敏感画面的干扰，判断出前进物体中如有过高车辆，则进行以灯光及广播进行告警。

2.根据权利要求1所述的保护输电线路通道的方法，其特征在于：将镜头拍出画面中划分出一块特定区域作为捕捉变化的敏感区域，敏感区域的选择标准：第一、其高度要正对规定的警戒高度，保证一旦有车辆过高，就会进入敏感区域；第二、敏感区域中的画面情况需要固定，不宜出现如树木、旗帜等易使画面变化的物体。最后，将划定的敏感区域分块，共分成m×n块。

3.根据权利要求2所述的保护输电线路通道的方法，其特征在于：所述步骤5中，监控摄像装置以10帧为间隔进行帧差比较，检测画面是否发生变化，如果发现敏感区域发生变化，则以f(x，y，F)记录敏感区域的画面灰度，其中F表示敏感区域及其分块坐标。如果用R表示整个镜头中图像区域，用误差平方和表达全镜头画面与预设背景画面灰度值不相似程度，据同理，当判断出敏感区域的图像出现了与预设初始值不同时，则开始对比敏感区域的分块信息。

4.根据权利要求3所述的保护输电线路通道的方法，其特征在于：误差平方和公式可进一步表示为：

表示图像初始值和出现帧差时的识别目标的边缘之间 相似的部分。

5.根据权利要求4所述的保护输电线路通道的方法，其特征在于：对于敏感区域中m×n的分块，用k，l表示图像中出现的识别目标的边缘在图像中的位移时，可以用下式进行计算：

M(x，y)称为f(x，y)和g(x，y)的互相关函数。匹配的目的是找到出现在敏感区域的目标边缘在某一个分块的位置变化最大并且超过某一阀值的分块标号来进行判断。然而，当假设f(x，y)和g(x，y)为常量时，作用于图像上时，g(x，y)为常数，但f(x，y)会变化。此时M的值取决于f(x，y)，可以通过归一化互相关方法来求解出k于l值，测量值可以利用下式计算：

当M取最大值时，k与l即是所求的敏感区域分块标号。

6.根据权利要求5所述的保护输电线路通道的方法，其特征在于：计算出其k值与l值以T为周期采集的渐变的变化轨迹数据trendK与trendL，计算trendK与trendL的数据变化斜率，通过对于trendK与trendL的数据变化斜率的分析得知前方来车中是否有过高车辆，通过主机控制警示灯亮起，警告前方来车立即停止，以免牵扯到架空输电线路通道造成损失。