张俊康，戴熠晨，王晓蓉，许志坤，王辉煌

（国网福建省电力有限公司泉州供电公司，福建 泉州 362000）

在视频监控系统中为了快速准确地定位到目标点，需要对云台摄像系统采取预置位定位的方法。预先将云台摄像机对准目标位置，并将此位置设置为预置位。监控人员在须定位到此目标位置时，只须要向云台控制系统发送定位到预置位的命令，就可以快速定位到目标位置，准确地找到目标。目前，调度远方操作已经实现断路器、隔离开关、接地刀闸等电动设备变位自动联动弹出摄像机预置位的功能[1]。

1 现状分析

影响摄像机云台预置位精度的因素主要包括电机质量、滑环性能及电路的控制[2]。云台所带负载转动惯性大，决定了云台驱动电机扭力要大，驱动电机的机械齿轮的间距及结构件的精度造成预置位精度有误差，并且长时间调用预置位会使误差累积，造成预置位完全偏移原来设置的位置。针对AIS 隔离开关远方遥控操作、顺控“全景 + 三相”的视频判据要求，如图1 所示，如远方无法判断操作后位置，则须变电站运维人员现场确认或终止远方操作改就地操作，因此对摄像机预置位准确度提出了更高的要求，它影响到远方倒闸操作的正确性、安全性和成功率。数量庞大的视频设备的运维工作都是完全靠人工检测来处理的。

图1 “全景 + 三相”的视频判据要求

现有检测目标图像和标准图像的位置偏移方法，通常是将2 幅图像的整帧图像进行对比或叠加处理。2 幅图像进行叠加处理，直接获取图像分界的位置；现有研究利用绘制的标尺样条线探测，从而获取目标图像的偏移位置，这种方法是利用线匹配，匹配精度低，检测的位置偏移量精度低。现有方法通过将2 幅图像的整帧图像对比，进行块匹配或通过快速傅里叶变换求出其相位相关函数得到偏移量。这种方法的匹配几乎对每个像素点都进行处理或变换，计算量大，降低处理速度。

2 总体思路

本文涉及一种预置位图像智能偏移检测及校正方法，总体思路的流程如图2。

图2 图像智能偏移检测及校正方法总体思路

图像采集：采集变电站摄像头拍摄设备预置位图像作为标准图像，拍摄当前设备位置（不同于预置位）作为待检测图像。

图像预处理：对标准图像和待检测图像进行形态学变换处理，获取无文字信息的二值图像。

获取偏移量：从二值图像中提取标准图像和待检测图像特征点，并计算其特征向量并进行归一化处理。特征向量进行匹配，获取图像变换矩阵，根据图像变换矩阵获取待检测图像相较于标准图像在x和y方向的偏移量。

确定旋转角度：根据偏移量与旋转角度之间的关系曲线，确定摄像机当前旋转角度。

自动校正：对摄像头进行多次移动操作，以有效校正摄像头，保证其始终位于预设位置，以此实现预置位偏移检测和自动校正。

2.1 预置位偏移检测研究

采集设备预置位拍摄的标准图像和当前摄像头拍摄的待检测图像，对图像进行预处理，其主要步骤：对图像进行高斯滤波操作以去除噪声的影响；获取图像的尺寸，若图像尺寸过大，则对图像进行下采样操作，以提高图像检测效率。

对预处理后的图像进行边缘检测，并进行高级形态学闭运算操作，去除图像上固有的文字信息，获取去除文字信息的二值图像。此处的固有文字信息一般是摄像头的设备信息，且同一摄像头的文字信息相同，若不去除该文字信息，则会对后面的图像特征匹配造成影响。利用有利于跟踪（good feature to track）的特征提取方法（简称GFTT 特征）对二值图像进行分析，提取图像特征点，计算其特征向量并进行归一化处理。

将标准图像和待检测图像特征向量进行匹配，获取匹配点集合。采用RANSAC 算法剔除错误匹配点，获取新的匹配点集合。根据新的匹配点集合之间的关系，计算待检测图像到标准图像间的单应性变换矩阵并进行变换，使得标准图像和目标图像处于同一坐标系下，正确计算出待检测图像上匹配点的坐标。根据匹配点坐标计算待检测图像相较于标准图像在x方向和y方向的平均偏移量和相机旋转角度。

整体预置位偏移检测方法流程图如图3 所示。

2.2 预置位自动纠偏研究

摄像头根据偏移量和旋转角度对摄像头进行旋转操作。为了避免首次偏移量和旋转角度计算错误，采取多次旋转，并重新计算偏移量和转交角度。以有效校正摄像头，保证其始终位于预设位置，以此实现预置位偏移检测和校正。自动纠偏方法流程如图4 所示，具体执行如下。

图4 自动纠偏方法流程图

根据偏移检测方法获取待检测图像首次旋转角度，执行首次校正旋转偏移角度的80%。旋转后重新获取摄像头拍摄的图像，记为新的待检测图像。利用偏移检测方法重新计算新的待检测图像与标准图像的偏移角度，若偏移角度小于旋转前的偏移角度，则旋转剩下的角度以实现摄像头预置位校正；若偏移角度大于旋转前的偏移角度，则说明第一次校正出错，则根据第二次计算结果再次校正摄像头，实现摄像头预置位校正。此处对摄像头进行多次移动操作目的是为了防止校正过程中出现检测错误现象，多次移动能够有效保证摄像头恢复到预设位置。

3 应用情况分析

2019 年起本方法成功应用于泉州地区辅助综合监控系统，形成图像智能纠偏功能模块，经过测试、试应用及功能改进，目前已广泛投入使用。实际应用情况表明，图像智能纠偏系统能够对隔离开关图像监控场景偏移进行快速、精确的自动检测和校正，软件界面直观友好，功能运行稳定可靠，运行日志如图5 所示。

图5 图像智能纠偏功能模块应用

该系统具备摄像机设备参数设置、通道设置、图像实时采集、实时监控、预置位设定、预置位偏移检测、预置位纠偏等功能，偏移检测精度为2 个像素，准确率大于95%；预置位纠偏精度为3～5个像素，校正后图像偏离小于2%，该系统的应用，避免了因视频监控系统隔离开关图像偏移导致调控远方操作被迫中断、等待现场对操作结果进行确认的问题，显著缩短调控远方操作结果确认等待时间和线路恢复供电时间。

4 结束语

本成果实现对调控远方操作结果的准确、可靠确认，保障了调控远方操作的安全性。避免了烦琐的视频辅助监控设备人工检测及调整维护作业，实现对调控远方操作结果的及时确认，实现自动检测和调整，有效提高远方倒闸操作的工作效率，节省大量人力资源，具有重要的实际应用价值。