CN107483014A - 一种光伏板故障自动检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏板故障自动检测方法，采集光伏板的红外图像信息和同步的温度数据；自动提取所述红外图像信息中光伏板的准确位置信息；利用所述红外图像检测光伏板常见的故障；温度数据检测光伏板内的异常区域以及相应的温度分布；将红外图像检测的形状特征和得出的温度数据检测结果进行融合并输出。本发明的光伏板故障自动检测方法，可以实时地对大量的光伏板进行全自动地故障检测，准确地定位故障的位置以及故障区域的温度信息。通过图像处理和温度数值分析的手段结合，可以准确地对光伏板故障进行分析。
Description
技术领域
本发明涉及光伏板故障检测，具体地说涉及如何提高光伏板故障检测效率。
背景技术
目前，就光伏板故障检测技术而言，主要对红外图像进行图像处理以检测故障信息，首先对获得的红外图像进行了预处理：分段线性化、非均匀拉伸和伪中值滤波，然后应用自适应的最大方差法对图像进行阈值分割，通过此方法提取出的高亮区域就是认为的故障区域。由于光照条件的不同，光伏板图像中，热斑区域的灰度值和面积也会随之变化，自适应阈值的方法也并不能总是有稳定的性能，会导致故障的位置和面积信息也会不准确。且该方法也未给出故障区域与正常区域的温度信息，不利于进行更准确地定性分析。
目前检测光伏板故障的可以分为两类：电力参数的监测与非接触式的红外测量。基于电力参数的测量只能定位到汇流箱级别，无法精确获知有故障的光伏板的具体位置。随着无人机技术的发展，利用无人机挂载红外相机进行光伏板巡检的方法可以提高效率，但是故障的诊断仍然需要人工参与判断。
因此，常规的光伏板故障检测方法是EL检测或者使用手持红外设备近距离对光伏板进行检测。这两种方式均需要较多的人工干预，效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题光伏板故障自动检测方法，可以实时地对大量的光伏板进行全自动地故障检测，准确地定位故障的位置以及故障区域的温度信息。通过图像处理和温度数值分析的手段结合，可以准确地对光伏板故障进行分析。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏板故障自动检测方法，其包括以下步骤：
本发明采集光伏板的红外图像信息和同步的温度数据；自动提取所述红外图像信息中光伏板的准确位置信息；利用所述红外图像检测光伏板常见的故障；根据温度数据检测光伏板内的异常区域以及相应的温度分布；将步骤c得出红外图像检测的形状特征和步骤d得出的温度数据检测结果进行融合并输出。
进一步，所述步骤a中采用红外相机对同一场景进行拍摄，得到伪彩色图像和转换后的温度数据。
进一步，所述步骤b中光伏板的准确位置信息为四个角点或四条边界线段，通过图像处理方法或温度数据提取光伏板的位置。
进一步，所述步骤c具体检测的方法如下：c1、对图像进行预处理，突出显示疑似故障区域；c2、使用霍夫圆检测算法在图像中的光伏板区域内检测圆特征，并计算其位置和面积，霍夫圆检测算法的参数可以根据光伏板的尺寸进行自适应地调整；c3、在光伏板区域内使用直线检测算法检测直线，直线检测的参数应该考虑光伏板的图像尺寸和直线的朝向；c4、整块不工作的光伏板相对于工作状态的光伏板，其图像亮度较高，通过自适应分割算法将非工作光伏板提取出来。
进一步，所述步骤c1中预处理的具体步骤如下：对红外图像进行去噪声处理并保持边缘；使用分段线性化方法增强故障区域和背景区域的对比度；使用形态学方法扩大一些微小的故障。
进一步，所述步骤d中通过温度数据检测故障通过以下几步实现：d1、将温度矩阵中的每个像素点转换为三维坐标(x、y、t)，其中：x代表像素横坐标，y表示像素纵坐标，t表示温度；d2、在光伏板区域内，使用ransac算法拟合出三维平面，以检测异常像素点，即温度异常点；d3、在同一行光伏板内，对所有光伏板的三维像素点进行平面拟合，检测出异常点；d4、通过统计步骤d3中异常像素点数量以及分布信息判断故障类型；d5、计算异常像素区域和非工作光伏板的平均温度，并与正常区域的像素平均温度进行比较，通过一定的计算策略得出光伏板的故障概率。
进一步，所述步骤e中所述融合的方法采取加权叠加方法。
进一步，所述步骤e中对图像和温度检测结果直接进行逻辑运算。
进一步，所述步骤b中所述自动提取方法为边缘检测、角点检测、轮廓提取或模型匹配。
本发明的技术效果在于：本发明光伏板故障自动检测方法，可以实时地对大量的光伏板进行全自动地故障检测，准确地定位故障的位置以及故障区域的温度信息。通过图像处理和温度数值分析的手段结合，可以准确地对光伏板故障进行分析。
本发明可以通过全自动地方式实现光伏板故障的定位以及定性分析，整个过程中无需任何人工干预，在保证准确率的同时提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明光伏板故障自动检测方法的流程图；
图2是本发明光伏板边缘的提取结果；
图3是本发明红外图像直线检测的结果图；
图4是本发明红外图像圆形状检测的结果图；
图5是本发明温度数据三维点显示的结果；
图6是本发明最终检测报告的样式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
图1为本发明光伏板故障的自动检测方法，主要步骤包括：红外图像与温度数据的采集101、光伏板区域的提取102、基于红外图像的故障检测103、基于温度数据的故障检测104、故障检测结果的融合105以及检测报告的输出106。
其中，红外图像与温度数据的采集101中，红外相机采集到的原始数据为16bit，通过公式转换可以将每个像素点的值转换为对应的温度数据。红外图像也由原始数据经过现有的算法转换而来。使用红外相机对光伏板拍照一次就可同时得到对应的红外图像和温度数据。在常用的显色方案下，红外图像中越亮的区域代表该位置的温度值越高，越暗则温度越低。
图2为光伏板区域的提取102，在对故障进行检测之前，需要确定每个光伏板的准确位置(四个角点或者四条边界线段)。传统的人工标记方法在大规模数据面前显得捉襟见肘，因此引入图像处理技术(边缘检测、角点检测、轮廓提取、模型匹配或者机器学习的方法)可以自动地实现对光伏板位置的准确提取。光伏板位置的提取也可以通过温度数据进行提取，在光伏板边缘区域同样存在较大的温度差，可以利用这一梯度信息进一步获得较为准确的光伏板边缘位置。获取光伏板的准确位置有利于提高检测效率，避免将光伏板以外的区域视为故障区域。
图3为基于红外图像的故障检测103，主要实现了利用红外图像检测热斑、热条纹等常见故障的功能。首先对红外图像进行预处理，主要包括滤波、非线性拉伸和形态学处理。预处理的作用在于增加故障区域像素的灰度值与正常区域的灰度值的区分度，使故障更加清晰易识别，同时使用形态学方法扩大某些尺寸较小不易检出的故障点，方便后续的检测。
图4为基于温度数据的故障检测104，光伏板的故障在红外图像中一般是以热斑(接近圆形)、热条纹(从光伏板顶端到低端的亮条纹)两种出现的形状特征。因此可以利用图像处理技术中的特征检测算法对这两种图像特征进行检测。在光伏板区域内检测出的所有直线与圆形再进行进一步的判断。根据光伏板的尺寸以及朝向设置限定条件，只有满足这些条件的形状才被认为是故障。在这一步骤中可以使用典型的霍夫直线检测算法和霍夫圆检测算法，也可以使用LSD等其他直线和轮廓检测算法。记录所有检测到的故障的位置以及面积。
图5为将温度数据中的每个点都视为一个三维点(像素的横纵坐标以及温度值)，每个像素点转换为三维坐标(x、y、t)，其中：x代表像素横坐标，y表示像素纵坐标，t表示温度；形成一组三维点云。处在正常运行状态的光伏板，板内温度数据的变化应该是平滑的，三维点云可以构成一个平面，在光伏板区域内，使用ransac算法拟合出三维平面，以检测异常像素点，即温度异常点。而故障像素对应三维点则可以认为是异常点。对光伏板内的三维点进行平面拟合可以判断出哪些点是异常点，那些离拟合之后的平面距离较远的点就是故障点。对于一排光伏板中处在非工作状态的光伏板和较大的热条纹故障，也可以通过平面拟合的方法进行判断。最后记录检测出的故障区域的位置和面积，以及故障像素以及正常区域的平均温度，以便于进一步地定性分析(判断故障类型和预测发展趋势)。
图6为将对图像检测的结果和温度数据检测的结果，故障检测结果的融合105。对于图像中和温度数据中在相似位置检测到故障认为具有较高的概率发生故障，对于仅在图像或者温度检测中检测到的故障根据其本身的置信度给出故障概率(对于红外图像可以根据亮度的差值大小进行预测，对于温度数据，可以根据障区域与正常区域的温度差的大小计算故障发生的概率)。
检测报告的输出106，即故障的位置和概率，以及故障区域和正常区域的温度写入最终的检测报告当中，便于进行故障的确认和分析。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种光伏板故障自动检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
a、采集光伏板的红外图像信息和同步的温度数据；
b、自动提取所述红外图像信息中光伏板的准确位置信息；
c、利用所述红外图像检测光伏板常见的故障；
d、根据温度数据检测光伏板内的异常区域以及相应的温度分布；
e、将步骤c得出红外图像检测的形状特征和步骤d得出的温度数据检测结果进行融合并输出。
2.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤a中采用红外相机对同一场景进行拍摄，得到伪彩色图像和转换后的温度数据。
3.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤b中光伏板的准确位置信息为四个角点或四条边界线段，通过图像处理方法或温度数据提取光伏板的位置。
4.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤c具体检测的方法如下：
c1、对图像进行预处理，突出显示疑似故障区域；
c2、使用霍夫圆检测算法在图像中的光伏板区域内检测圆特征，并计算其位置和面积，霍夫圆检测算法的参数可以根据光伏板的尺寸进行自适应地调整；
c3、在光伏板区域内使用直线检测算法检测直线，直线检测的参数应该考虑光伏板的图像尺寸和直线的朝向；
c4、整块不工作的光伏板相对于工作状态的光伏板，其图像亮度较高，通过自适应分割算法将非工作光伏板提取出来。
5.根据权利要求4所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤c1中预处理的具体步骤如下：
1)对红外图像进行去噪声处理并保持边缘；
2)使用分段线性化方法增强故障区域和背景区域的对比度；
3)使用形态学方法扩大一些微小的故障。
6.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤d中通过温度数据检测故障通过以下步骤实现：
d1、将温度矩阵中的每个像素点转换为三维坐标(x、y、t)，其中：x代表像素横坐标，y表示像素纵坐标，t表示温度；
d2、在光伏板区域内，使用ransac算法拟合出三维平面，以检测异常像素点，即温度异常点；
d3、在同一行光伏板内，对所有光伏板的三维像素点进行平面拟合，检测出异常点；
d4、通过统计步骤d3中异常像素点数量以及分布信息判断故障类型；.
d5、计算异常像素区域和非工作光伏板的平均温度，并与正常区域的像素平均温度进行比较，通过一定的计算策略得出光伏板的故障概率。
7.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤e中所述融合的方法采取加权叠加方法。
8.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤e中对图像和温度检测结果直接进行逻辑运算。
9.根据权利要求1所述的光伏板故障自动检测方法，其特征在于，所述步骤b中所述自动提取方法为边缘检测、角点检测、轮廓提取或模型匹配。
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