游紅群

（國(guó)網(wǎng)西藏電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心）

0 引言

隨著輸電線路無(wú)人機(jī)的廣泛應(yīng)用，輸電線路圖像實(shí)時(shí)回傳的需求日益重要。傳統(tǒng)的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢中，將巡檢圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡中，在輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢結(jié)束后，再將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)的方式傳輸?shù)胶笈_(tái)主站［1-2］。該方式存在數(shù)據(jù)傳輸延遲，不能滿足輸電線路在線巡檢的需求。

近年來(lái)，隨著第5代移動(dòng)通信技術(shù)（5th Gеnеrаtion Mobilе Communicаtion Tеchnology，5G）的推廣，輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖片得以實(shí)時(shí)在線傳輸，但輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)產(chǎn)生了大量輸電線路視頻、圖像數(shù)據(jù)，存在5G通信數(shù)據(jù)流量大、費(fèi)用高，存儲(chǔ)空間占用大的問(wèn)題［3-4］。

為解決輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢中存在的通信流量大、存儲(chǔ)空間占用多的問(wèn)題，提出了一種基于非對(duì)稱性圖像壓縮的輸電線路無(wú)人機(jī)圖像壓縮方法。從而減少數(shù)據(jù)傳輸流量，降低存儲(chǔ)占用空間。

1 圖像壓縮流程

基于非對(duì)稱性圖像壓縮的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像壓縮流程如圖1所示。

圖1 輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像壓縮流程

輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像壓縮流程首先對(duì)輸入的輸電線路無(wú)人機(jī)圖像進(jìn)行預(yù)處理，消除圖像噪聲對(duì)壓縮帶來(lái)的影響。其次，對(duì)圖像進(jìn)行增加算法壓縮處理。最后判斷壓縮效果是否最小，在壓縮最小時(shí)，輸出輸電線路無(wú)人機(jī)圖像壓縮結(jié)果。

2 圖像壓縮模型

2.1 圖像預(yù)處理

在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像壓縮模型中，將無(wú)人機(jī)拍攝的輸電線路的最小處理塊設(shè)置為8*8像素的單位，并將其作為輸電線路無(wú)人機(jī)壓縮最小的處理單位。對(duì)于輸電線路無(wú)人機(jī)圖像像素灰度級(jí)為2n，則通過(guò)2n-1進(jìn)行處理，將輸電線路無(wú)人機(jī)圖像無(wú)符號(hào)數(shù)調(diào)整為圖形中的有符號(hào)數(shù)。

經(jīng)過(guò)輸電線路圖像零偏置后，像輸電線路圖像素灰度的絕對(duì)值被控制在較小的范圍內(nèi)，便于輸電線路圖像后續(xù)的編碼。

2.2 增強(qiáng)算法壓縮處理

2.2.1 圖像編碼

聯(lián)合圖像專家組（Joint Photogrарhic Exреrts Grouр，JPEG）標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了四種模式，以滿足不同的需要：

1）基于差分脈沖調(diào)制編碼（Diffеrеntiаl Pulsе codе modulаtion，DPCM）的無(wú)損編碼模式：壓縮比可達(dá)2：1；

2）基于離散余弦變換（Discrеtе Cosinе Trаnsform，DCT）［5-6］的有損順序編碼模式：壓縮比可達(dá)10：1以上；

3）基于DCT的遞增編碼模式；

4）基于DCT的分層編碼模式

JPEG圖像處理主要包括零偏置、DCT變換、量化、差分編碼、Zig-zаg掃描與游程編碼

2.2.2 零偏置

JPEG編碼將輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像分為8*8的塊作為數(shù)據(jù)處理的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢最小單位，對(duì)于輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢灰度級(jí)為2n的像素，通過(guò)減去2n-1，將輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像無(wú)符號(hào)數(shù)變成有符號(hào)數(shù)。

2.2.3 DCT變換

對(duì)零偏置后的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像進(jìn)行DCT，從而進(jìn)行圖像的信息集中與非相關(guān)因素的排除，消除輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的冗余數(shù)據(jù)，在經(jīng)過(guò)DCT處理后，輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像進(jìn)行了集中。

經(jīng)過(guò)DCT變化的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像為：

式中，d（s）為DCT變換函數(shù)；f（x，y）為輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢的原始圖像；n為輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的像素總數(shù)；yi為不同的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢特征值。

輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像DCT變換是一種沒(méi)有信息損失的變換，在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像變換過(guò)程中沒(méi)有損失精度。

2.2.4 量化

其次，對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像進(jìn)行量化。根據(jù)輸電運(yùn)維人員的人眼視覺(jué)特性，對(duì)經(jīng)過(guò)DCT變化的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像進(jìn)行特征量化。因輸電運(yùn)維人員人眼對(duì)高頻輸電線路巡檢圖像信息特征不敏感，因此，在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像量化過(guò)程中，采用高頻進(jìn)行粗量化，采用低頻進(jìn)行精細(xì)量化，從而降低輸電運(yùn)維人員人眼的視覺(jué)冗余。同時(shí)，因輸電運(yùn)維人員對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像色彩度敏感低于亮度，因此，分別采用不同的色度、亮度量化系數(shù)對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像進(jìn)行量化。

2.2.5 差分編碼

在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像8*8的圖像經(jīng)過(guò)DCT變換和量化后，具有DCT直流的系數(shù)值大。相鄰的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像8*8圖像塊特征值變換較小的特點(diǎn)?；诖?，采用DPCM對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像塊進(jìn)行編碼［7］。

2.2.6 Zig-zаg掃描與游程編碼

由于輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像經(jīng)DCT變換后，系數(shù)大多數(shù)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像集中在左上角，即低頻分量區(qū)，因此采用Z字形（Zig-zаg）掃描按頻率輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的高低順序讀出，可以出現(xiàn)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像很多連零的機(jī)會(huì)，以便使用輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像游程編碼。

最后，進(jìn)行輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像輕量化壓縮處理。

輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像輕量化壓縮處理將信號(hào)的連續(xù)取值近似為有限的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像離散值，深度學(xué)習(xí)的輸電線路無(wú)人性巡檢模型通常具備參數(shù)量多，因此，采用無(wú)人機(jī)圖像剪枝、無(wú)人機(jī)圖像量化、無(wú)人機(jī)圖像稀疏、無(wú)人機(jī)圖像蒸餾等處理，在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像很小的情況下，實(shí)現(xiàn)模型的輕量化壓縮。

最后，進(jìn)行輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像增強(qiáng)。輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像增強(qiáng)是指按照某種特定的需求，突輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像中有用的信息，去除或者削弱無(wú)用的信息。輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像增強(qiáng)的目的是使處理后的輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像更適合人眼的視覺(jué)特性或者易于機(jī)器識(shí)別。輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像增強(qiáng)同時(shí)可以作為目標(biāo)識(shí)別，目標(biāo)跟蹤，特征點(diǎn)匹配，圖像融合，超分辨重構(gòu)等圖像處理算法的預(yù)處理算法。

3 圖像壓縮應(yīng)用

輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像直方圖為圖像中的灰度級(jí)與出現(xiàn)頻次的關(guān)系統(tǒng)計(jì)方式，在輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像直角坐標(biāo)系中橫向表示灰度、縱向表示輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像灰度的頻度。輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的直方圖如圖2所示。

圖2 輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的直方圖

輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像直方圖均衡是改變?cè)紵o(wú)人機(jī)巡檢圖像灰度值。當(dāng)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的像素較多的灰度級(jí)擴(kuò)展，對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像的像素較少的灰度進(jìn)行縮減，從而達(dá)到輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像增強(qiáng)的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

為解決輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢中存在的通信流量大、存儲(chǔ)空間占用多的問(wèn)題，提出了一種基于非對(duì)稱性圖像壓縮的輸電線路無(wú)人機(jī)圖像壓縮方法。具有如下特點(diǎn)：（1）采用非對(duì)稱性壓縮技術(shù)，生成輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢圖像具有安全的特點(diǎn)，可有效防范暴力破解數(shù)據(jù)。（2）通過(guò)人工智能圖像算法模型，實(shí)現(xiàn)輸電線路無(wú)人機(jī)圖像的壓縮，提升了輸電巡檢工作中圖像的智能化處理水平。（3）有效應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的海量圖像數(shù)據(jù)，可推廣性強(qiáng)。