CN110245458B - 一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法 - Google Patents

一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法。所述方法包括：采用数字图像分割法提取放电光斑区域，得到在不同工频高压下光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线；绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图；得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式；建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型。本发明提供的图像量化参数的归一方法，易于实现的优点，也便于将上述归一化算法集成到仪器内部。

Description

一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法
技术领域
本发明涉及高压设备放电成像检测技术领域，特别是涉及一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法。
背景技术
高压设备如绝缘子、导线和金具等表面电场达到某个阈值后可导致空气分子电离，带电质点的在复合和反激励过程中会辐射处紫外光信号，日盲紫外成像仪采用了双通道成像和高灵敏度紫外光信号成像探测器，相比传统的放电检测方法，其具有非接触、探测灵敏度高并准确定位放电位置的优点。高压设备表面的放电越强，流注通道将在更大的空间内发展，相应的发光区域也将增加，在紫外成像仪上表现为图像的区域增加，本发明采用了数字图像分割算法提取了放电区域，然后定义了光斑面积、周长、长轴和短轴参数，采用上述参数来表量化征设备表面的放强度。基于气体放电理论可知，温度、湿度、气压和风力条件都会影响到气体的电离过程，从而影响到放电时的紫外光信号的辐射，也即电气设备放电紫外检测结果受到外界环境因素的影响，若不对现场检测到的图像量化参数进行归一化，其检测到的结果没有可对比性，例如，通过实验研究可知，在同一缺陷情况下，若不进行检测结果的修正，对于温度的影响，40℃时的光斑面积大小约为-20℃的6倍；对于湿度的影响，相对湿度90％下的光斑面积大小只有相对湿度50％的五分之一左右；对于气压的影响，40kpa下的光斑区域面积约为标准大气条件(100.3kpa)下15-20倍，对于风速的影响，无风状态下的光斑面积约为风速8m/s时2倍。从上述分析可知，若不进行修正，环境因素的影响十分明显，统一缺陷检测到的结果存在相当大的差异，导致对后续设备的缺陷评估和判断造成很大的影响，很容易形成误判。由于温度、湿度、气压和风速对紫外成像检测的结果的影响具有高度的非线性且光斑面积与环境因素的关系复杂，如光斑面积与温度和气压具有正相关性，而与湿度以及风速具有负相关性，因此很难直接建立某个统一的归一化公式进行修正。基于数据驱动的建模方法，如回归支持向量机或者回归神经网络等，由于模型的的输入参数多达5个(光斑面积、温度、湿度、气压和风速)，上述方法在工程实际应用中发现其仍然存在以下不足：需要大量的样本数据对模型进行训练，试验工作量大；另外在实际的预测过程中，若出现了不在训练的数据集范围内的数据，模型可能输出毫无意义的结果，也即模型的鲁棒性较差；模型计算复杂度高，对计算资源需求量大，相关算法难以集成到仪器内部。
发明内容
本发明提供一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，提出了一种基于修正系数法的归一化方法，该方法具有通用性强，试验工作量较小，计算速度快，编程简单，易于实现的优点，也便于将上述归一化算法集成到仪器内部。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，所述方法包括：
利用紫外线成像仪在默认仪器增益和观测距离下采集棒-板间隙在不同工频高压下分别随温度、湿度、气压和风速变化的放电紫外视频信号，然后采用数字图像分割法提取放电光斑区域，获得放电光斑面积，进而得到在不同工频高压下光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线；
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图；
采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式；
根据所述温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型。
可选的，根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别获取不同温度、湿度、气压和风速条件下对应的光斑面积值；
根据不同温度对应的光斑面积值绘制光斑面积随温度变化的散点图，根据不同湿度对应的光斑面积值绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积绘制光斑面积随风速变化的散点图。
可选的，所述根据不同温度对应的光绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积值绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积值绘制光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据试验要求，设定标准温度、标准湿度、标准气压、标准风速，并分别计算标准温度下对应的光斑面积、标准湿度下对应的光斑面积、标准气压下对应的光斑面积、标准风速下对应的光斑面积；
根据若干不同非标准温度下对应的光斑面积和标准温度下对应的光斑面积计算光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准温度和标准温度计算光斑面积随温度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随温度变化的散点图；根据若干不同非标准湿度下对应的光斑面积和标准湿度下对应的光斑面积计算光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准湿度和标准湿度计算光斑面积随温湿度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随湿度变化的散点图；根据若干不同非标准气压下对应的光斑面积和标准气压下对应的光斑面积计算光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准气压和标准气压计算光斑面积随气压变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随气压变化的散点图；根据若干不同非标准风速下对应的光斑面积和标准风速下对应的光斑面积计算光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准风速和标准风速计算光斑面积随风速变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随风速变化的散点图。
可选的，采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式，具体包括：
根据光斑面积随温度变化的散点图的变化趋势，采用二次多项式对光斑面积随温度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到温度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随湿度变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随湿度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到环境湿度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随气压变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随气压变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到气压修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随风速变化的散点图的变化趋势，采用指函数对光斑面积随风速变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到风速修正系数的拟合表达式KV＝0.9881exp(-0.0720·v)；
式中，T为测试时的环境温度，单位为℃，RH为测试时的相对湿度，P为测试时的气压，单位为kpa，v为测试时的环境风速，单位为m/s。
可选的，根据所述温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型，具体包括：
根据公式S＝(KT·KRH·KP·KV)·S0建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型，式中，S0为某温度、湿度、气压和风速下检测到的光斑面积值。
可选的，一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，包括紫外成像仪、棒-板间隙、密闭金属罐和环境因素控制设备，所述密闭金属罐的侧壁上设置有观测窗体，所述观测窗体上安装有紫外玻璃，所述棒-板间隙包括棒电极和板电极，所述密闭金属罐的顶部设置有伸入罐体内部的板电极，所述板电极上固定安装有棒电极，所述棒电极的端部连接高压电源，所述环境因素控制设备通过输送管路连接所述密闭金属罐，所述环境因素控制设备用于对所述密闭金属罐内的温度、湿度、气压、风速进行调节。
可选的，所述环境因素控制设备包括控制器、温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇，所述输送管路包括第一输送管路、第二输送管路、第三输送管路和第四输送管路，所述温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇均与所述控制器相连接，所述温度调节装置通过所述第一输送管路连接密闭金属罐，所述超声波加湿器通过所述第二输送管路连接密闭金属罐，所述抽气机通过所述第三输送管路连接密闭金属罐，所述电风扇通过所述第四输送管路连接密闭金属罐。
可选的，所述紫外成像仪采用的型号为CoroCAM504。
可选的，所述棒-板间隙中的棒电极直径为3.2cm，所述棒电极的顶端为圆锥形，所述圆锥形的半径为1.5mm，所述板电极为圆盘形，所述圆盘形的直径为20cm。
该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供的一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，本发明在试验研究了温度、湿度、气压和风速等大气环境对高压电气设备紫外成像检测结果的影响，在此基础上，提出了一种基于修正系数法的归一化方法，该方法具有通用性强，试验工作量较小，计算速度快，编程简单，易于实现的优点，也便于将上述归一化算法集成到仪器内部。建立了试验系统，试验研究获得了紫外成像检测图像在不同的温度、湿度、气压和风速下的变化特性，获得了上述光斑面积参数随温度、湿度、气压和风速的变化曲线，获得了上述曲线的变化特性；为计算各环境因素的修正系数，提出了散点图的横坐标和纵坐标值的计算方法；基于试验数据，计算得到了环境温度、湿度、气压和风速的紫外成像量化参数的归一化修正系数，将非标准环境参数下的计算结果修正到了标准的环境参数，其修正后的数据的准确度可以达到80％以上，使得检测结果具有可对比性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法的流程图；
图2为本发明实施例高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统的结构示意图；
图3为本发明实施例不同温度下放电紫外图谱；
图4为本发明实施例光斑面积随温度的变化曲线图；
图5为本发明实施例不同湿度下放电紫外图谱；
图6为本发明实施例光斑面积随湿度的变化曲线图；
图7为本发明实施例不同气压下放电紫外图谱；
图8为本发明实施例光斑面积随气压的变化曲线图；
图9为本发明实施例不同风速下的放电紫外图谱；
图10为本发明实施例光斑面积随风速的变化曲线图；
图11为本发明实施例温度修正系数图；
图12为本发明实施例环境湿度修正系数曲线图；
图13为本发明实施例气压修正系数曲线图；
图14为本发明实施例风速修正系数曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，提出了一种基于修正系数法的归一化方法，该方法具有通用性强，试验工作量较小，计算速度快，编程简单，易于实现的优点，也便于将上述归一化算法集成到仪器内部。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：利用紫外线成像仪在默认仪器增益和观测距离下采集棒-板间隙在不同工频高压下分别随温度、湿度、气压和风速变化的放电紫外视频信号，然后采用数字图像分割法提取放电光斑区域，获得放电光斑面积，进而得到在不同工频高压下光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线；根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图；采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式；
根据所述温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型。
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别获取不同温度、湿度、气压和风速条件下对应的光斑面积值；
根据不同温度对应的光斑面积值绘制光斑面积随温度变化的散点图，根据不同湿度对应的光斑面积值绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积绘制光斑面积随风速变化的散点图。
所述根据不同温度对应的光绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积值绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积值绘制光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据试验要求，设定标准温度、标准湿度、标准气压、标准风速，并分别计算标准温度下对应的光斑面积、标准湿度下对应的光斑面积、标准气压下对应的光斑面积、标准风速下对应的光斑面积；
根据若干不同非标准温度下对应的光斑面积和标准温度下对应的光斑面积计算光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准温度和标准温度计算光斑面积随温度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随温度变化的散点图；根据若干不同非标准湿度下对应的光斑面积和标准湿度下对应的光斑面积计算光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准湿度和标准湿度计算光斑面积随温湿度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随湿度变化的散点图；根据若干不同非标准气压下对应的光斑面积和标准气压下对应的光斑面积计算光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准气压和标准气压计算光斑面积随气压变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随气压变化的散点图；根据若干不同非标准风速下对应的光斑面积和标准风速下对应的光斑面积计算光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准风速和标准风速计算光斑面积随风速变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随风速变化的散点图。
采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式，具体包括：
根据光斑面积随温度变化的散点图的变化趋势，采用二次多项式对光斑面积随温度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到温度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随湿度变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随湿度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到环境湿度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随气压变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随气压变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到气压修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随风速变化的散点图的变化趋势，采用指函数对光斑面积随风速变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到风速修正系数的拟合表达式KV＝0.9881exp(-0.0720·v)；
式中，T为测试时的环境温度，单位为℃，RH为测试时的相对湿度，P为测试时的气压，单位为kpa，v为测试时的环境风速，单位为m/s。
根据所述温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型，具体包括：
根据公式S＝(KT·KRH·KP·KV)·S0建立温度、湿度、气压、风速归一化修正模型，式中，S0为某温度、湿度、气压和风速下检测到的光斑面积值。
图2为本发明实施例高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统的结构示意图，如图2所示，一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，包括紫外成像仪、棒-板间隙6、密闭金属罐3和环境因素控制设备4，所述密闭金属罐3的侧壁上设置有观测窗体，所述密闭金属罐顶端为有机玻璃板1，所述观测窗体上安装有紫外玻璃5，所述棒-板间隙6包括棒电极和板电极，所述密闭金属罐3的顶部设置有伸入罐体内部的板电极，所述板电极上固定安装有棒电极，所述棒电极的端部连接高压电源2，所述环境因素控制设备4通过输送管路连接所述密闭金属罐3，所述环境因素控制设备4用于对所述密闭金属罐3内的温度、湿度、气压、风速进行调节。所述环境因素控制设备4包括控制器、温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇，所述输送管路包括第一输送管路、第二输送管路、第三输送管路和第四输送管路，所述温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇均与所述控制器相连接，所述温度调节装置通过所述第一输送管路连接密闭金属罐，所述超声波加湿器通过所述第二输送管路连接密闭金属罐，所述抽气机通过所述第三输送管路连接密闭金属罐，所述电风扇通过所述第四输送管路连接密闭金属罐。所述紫外成像仪采用的型号为CoroCAM504。所述棒-板间隙中的棒电极直径为3.2cm，所述棒电极的顶端为圆锥形，所述圆锥形的半径为1.5mm，所述板电极为圆盘形，所述圆盘形的直径为20cm。
图3为本发明实施例不同温度下放电紫外图像，如图3所示，(a)表示温度为-20度下的放电紫外图谱，(b)表示温度为60度下的放电紫外图谱。棒板间隙为20cm，电压为50kV，两个温度点下的紫外放电图像。温度范围控制在-20℃-60℃，其中高于室温的试验采用电阻丝加热器进行加热，低于室温的试验先采用冷柜进行降温，然后在室温下，在逐步升温的过程中进行试验。电极为棒-板间隙，棒电极直径为3.2cm，其头部为圆锥形，顶端半径约1.5mm，板电极为圆盘形，半径为20cm。为便于观测放电，在罐体观测窗体上安装了一块定制的透紫外玻璃，该玻璃在240-280nm波段的透光率>98％。在不同的温度下录制紫外视频，分析其光斑面积、放电紫外成像特性以及图像参数的变化特性。
图4为本发明实施例光斑面积随温度的变化曲线图，如图4所示，基于试验数据，可以得到不同温度和所施加的电压下的光斑面积随温度的变化曲线。由图可以看出温度对光斑面积的影响具有明显的非线性的变化特性，当温度小于10℃时，光斑面积随电压变化较快，而当温度大于10℃后温度对光斑面积的影响较小。
图5为本发明实施例不同湿度下放电紫外图谱，如图5所示，(a)表示湿度为40％下的放电紫外图谱，(b)表示湿度为90％下的放电紫外图谱。为棒板间隙为20cm时不同湿度下典型放电紫外图片，试验采用两台工业型超声波加湿器进行加热，出雾量为3000mL/h，试验仍然采用上述棒-板间隙模型，相对湿度控制在40％-90％的范围内，湿度步长控制在10％，在不同的湿度下录制紫外视频，分析其光斑面积、放电紫外成像特性以及图像参数的变化特性。
图6为本发明实施例光斑面积随湿度的变化曲线图，如图6所示，水分子是电负性气体，能够吸收放电产生电子，降低碰撞电离发生的概率，进而减弱放电的强度，并且湿度越大对电子的吸附能力越强，放电越弱。分析可知，随着湿度增加，其光斑面积呈明显的减小的趋势，根据试验数据，可以得到光斑面积随湿度的变化曲线图。
图7为本发明实施例不同气压下放电紫外图谱，如图7所示，(a)表示气压为60kPa下的放电紫外图谱，(b)表示气压为6100.3kPa下的放电紫外图谱。采用抽气机控制罐体内的气压，气压的控制范围为28kpa-101.3kpa，模拟从平原到高海拔地区气压对放电的影响特性。实验时，棒-板间隙距离分别为20cm、15cm、10cm，紫外成像仪的观测距离固定为8m，仪器的增益为默认值70％，仪器的其它参数全部采用默认参数设置值。然后在不同的电压和气压下研究其光面面积参数的变化特性。其中棒板间隙为20cm，电压为36kV，四种不同气压下典型紫外图像如图7所示。
图8为本发明实施例光斑面积随气压的变化曲线图，如图8所示，随着气压增加，光斑面积明显变小，图8给出了不同电压下，放电光斑面积大小随气压的变化曲线。可以看出随着气压的增强，放电逐渐减弱，电离减少。气压增加，空气密度增加，电子的自由程减小，相邻的两次碰撞之间，电子积累的动能降低，发生碰撞电离的概率也相应降低，因而放电减弱。
图9为本发明实施例不同风速下的放电紫外图谱，如图9所示，(a)表示风速为0m/s下的放电紫外图谱，(b)表示风速为8m/s下的放电紫外图谱。试验时，采用一大功率电风扇模拟不同的风速，对棒电极的端部进行气吹，试验棒板间隙为20cm，观测距离为8米，增益为70％，试验方法和实验步骤如下：1)在风速为0m/s下，分别给棒板间隙施加不同电压等级，分别为30kV、40kV、50kV、60kV、65kV，在同一电压等级用紫外成像仪录像时要保持电压稳定。2)调整风扇和棒电极的距离，风速为分别为4m/s，8m/s，12m/s，记录放电紫外视频。
图10为本发明实施例光斑面积随风速的变化曲线图，如图10所示，随着风速增加放电形成光斑区域减小，基于上述试验可知风对棒板间隙放电具有明显的削弱作用，有风时要比无风时的光斑面积小。其原因可能在于放电形成的带电质点在气流作用下会加速扩散，从而降低了带电质点的复合过程，进而降低了放电光辐射。
为获得上述各修正系数，本发明采取的方式是根据试验得到的样本数据建立修正系数与环境因素之间的散点图，然后进行曲线拟合分析计算，得到各影响因素的修正系数的拟合表达式，修正系数计算步骤如下：
(1)读入原始试验数据
根据上述试验研究，读入各单因素影响下的光斑面积变化的试验数据，也即不同温度、湿度、气压和风速条件下的光斑面积值。
(2)建立散点图
为便于拟合得到上述修正系数，需要建立其修正系数与环境因素之间的散点图，本发明采用了如下的方法计算了散点图中的总坐标值和横坐标值。
散点图中的纵坐标值的计算：纵坐标采用了光斑面积的比值进行定义，从公式S＝f(S0,T,RH,P,V)可知，该比值也刚好是修正系数值，其定义如下所示：
在上式中，“非标准条件下的光斑面积”是指某环境因素下试验得到的光斑面积值，“标准条件下的光斑面积值”是指某标准环境条件下试验得到的光斑面积值。如以温度修正为例，若将温度修正为标准大气条件下的20℃，则“非标准条件下的光斑面积”是指实验时非20℃测量得到的光斑面积，“标准条件下的光斑面积”是指20℃试验得到的光斑面积值；
散点图中的横坐标计算：本发明中的横坐标分两种情况进行计算，若归一化后的标准条件不为0，则采用了环境参数的比值进行定义，如下式所示。
在上式中，“非标准条件下的环境参数值”是指某测试条件下的实际环境参数值，“标准条件下的环境参数值”是指若修正到某标准环境条件下环境参数值。如以温度修正为例，若将温度修正为标准大气条件下的20℃，则“非标准条件下的环境参数值”为测试时的具体环境的温度值，“标准条件下的环境参数值”为20；若归一化后的标准条件为0，则采用了环境参数的差值进行定义，如下式所示。
横坐标值＝非标准条件下环境参数值-标准条件下的环境参数值
在上式中，“非标准条件下的环境参数值”是指某测试条件下下的实际环境参数值，“标准条件下的环境参数值”是指若修正到某标准环境条件下环境参数值。如以风速修正为例，若将风速修正到0m/s的情况下，则“非标准条件下的环境参数值”为测试时的具体环境风速，“标准条件下的环境参数值”为风速0m/s；
(3)拟合分析：基于上述数据建立散点图，根据散点的变化趋势，采用合适的拟合函数进行最小二乘曲线拟合。一般可选择幂函数、指数函数和项式函数进行拟合。
图11为本发明实施例温度修正系数图，如图11所示，所谓温度修正，是指将非20℃的光斑面积修正到温度修正到20℃下，方法是根据上述试验，得到光斑面积比(S/S20)与温度比(T/20)之间散点图。
根据上述散点图的变化趋势，采用二次多项式拟合，可以得到相应的修正系数如下式所示：
T为测试时的环境温度，单位为℃。在实际检测中，当知道检测温度后，根据上式可计算得到相应的温度修正系数。
图12为本发明实施例环境湿度修正系数曲线图，如图12所示，所谓湿度修正，是指将某湿度下将测到光斑面积值修正到相对湿度修正到50下，方法是根据上述试验，得到光斑面积比(S/S50)与相对湿度比(RH/50)之间散点图，根据上述散点图的变化趋势，采用幂函数拟合，可以得到相对湿度修正系数计算式为：
RH为测试时的相对湿度。
图13为本发明实施例气压修正系数曲线图，如图13所示，所谓气压修正，是指将非标准大气压下的光斑面积修正到标准大气压下，方法是根据上述试验，得到光斑面积比(S/S101.3)与相对气压比(P/101.3)之间散点图，
根据上述散点图的变化趋势，采用幂函数拟合，可以得到相对湿度修正系数计算式为：
P为测试时的气压，单位为kpa。
图14为本发明实施例风速修正系数曲线图，如图14所示，风速修正的思路是将某风速下检测到的光斑面值修正到无风观测条件下，以横坐标为风速，纵坐标为某风速下的光斑面积与无风下的光斑面积之比。
基于上述散点的变化特性，采用了指数函数进行拟合，可以得到风速修正系数计算式为：
KV＝0.9881exp(-0.0720·v)
v为测试时的环境风速，单位为m/s。
本发明提供的一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，建立了试验系统，试验研究获得了紫外成像检测图像在不同的温度、湿度、气压和风速下的变化特性，获得了上述光斑面积参数随温度、湿度、气压和风速的变化曲线，获得了上述曲线的变化特性；为计算各环境因素的修正系数，提出了散点图的横坐标和纵坐标值的计算方法；基于试验数据，计算得到了环境温度、湿度、气压和风速的紫外成像量化参数的归一化修正系数，将非标准环境参数下的计算结果修正到了标准的环境参数，其修正后的数据的准确度可以达到80％以上，使得检测结果具有可对比性。本发明提供一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，提出了一种基于修正系数法的归一化方法，该方法具有通用性强，试验工作量较小，计算速度快，编程简单，易于实现的优点，也便于将上述归一化算法集成到仪器内部。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，所述方法包括：
利用紫外线成像仪在默认仪器增益和观测距离下采集棒-板间隙在不同工频高压下分别随温度、湿度、气压和风速变化的放电紫外视频信号，然后采用数字图像分割法提取放电光斑区域，获得放电光斑面积，进而得到在不同工频高压下光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线；
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图；
采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式；
根据所述温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式建立一个融合温度、湿度、气压、风速的统一的归一化修正模型，具体包括：
根据公式S＝(KT·KRH·KP·KV)·S0建立一个融合温度、湿度、气压、风速的统一的归一化修正模型，式中，S0为某温度、湿度、气压和风速下检测到的光斑面积值，KT为温度修正系数的拟合表达式，KRH为环境湿度修正系数的拟合表达式，KP为气压修正系数的拟合表达式，KV为风速修正系数的拟合表达式，S为修正后的光斑面积。
2.根据权利要求1所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别绘制光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据光斑面积随温度的变化曲线、光斑面积随湿度的变化曲线、光斑面积随气压的变化曲线、光斑面积随风速的变化曲线分别获取不同温度、湿度、气压和风速条件下对应的光斑面积值；
根据不同温度对应的光斑面积值绘制光斑面积随温度变化的散点图，根据不同湿度对应的光斑面积值绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积绘制光斑面积随风速变化的散点图。
3.根据权利要求2所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，所述根据不同温度对应的光绘制光斑面积随湿度变化的散点图，根据不同气压对应的光斑面积值绘制光斑面积随气压变化的散点图，根据不同风速对应的光斑面积值绘制光斑面积随风速变化的散点图，具体包括：
根据试验要求，设定标准温度、标准湿度、标准气压、标准风速，并分别计算标准温度下对应的光斑面积、标准湿度下对应的光斑面积、标准气压下对应的光斑面积、标准风速下对应的光斑面积；
根据若干不同非标准温度下对应的光斑面积和标准温度下对应的光斑面积计算光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准温度和标准温度计算光斑面积随温度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随温度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随温度变化的散点图；根据若干不同非标准湿度下对应的光斑面积和标准湿度下对应的光斑面积计算光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准湿度和标准湿度计算光斑面积随温湿度变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随湿度变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随湿度变化的散点图；根据若干不同非标准气压下对应的光斑面积和标准气压下对应的光斑面积计算光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准气压和标准气压计算光斑面积随气压变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随气压变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随气压变化的散点图；根据若干不同非标准风速下对应的光斑面积和标准风速下对应的光斑面积计算光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标，根据若干不同非标准风速和标准风速计算光斑面积随风速变化的散点图的横坐标，根据光斑面积随风速变化的散点图的纵坐标和横坐标绘制光斑面积随风速变化的散点图。
4.根据权利要求1所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，采用最小二乘曲线拟合算法分别对所述光斑面积随温度变化的散点图、光斑面积随湿度变化的散点图、光斑面积随气压变化的散点图、光斑面积随风速变化的散点图进行拟合，得到温度修正系数的拟合表达式、环境湿度修正系数的拟合表达式、气压修正系数的拟合表达式、风速修正系数的拟合表达式，具体包括：
根据光斑面积随温度变化的散点图的变化趋势，采用二次多项式对光斑面积随温度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到温度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随湿度变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随湿度变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到环境湿度修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随气压变化的散点图的变化趋势，采用幂函数对光斑面积随气压变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到气压修正系数的拟合表达式
根据光斑面积随风速变化的散点图的变化趋势，采用指函数对光斑面积随风速变化的散点图进行最小二乘曲线拟合，得到风速修正系数的拟合表达式KV＝0.9881exp(-0.0720·v)；
式中，T为测试时的环境温度，单位为℃，RH为测试时的相对湿度，P为测试时的气压，单位为kpa，v为测试时的环境风速，单位为m/s。
5.一种高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，应用于权利要求1-4所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一方法，其特征在于，包括紫外成像仪、棒-板间隙、密闭金属罐和环境因素控制设备，所述密闭金属罐的侧壁上设置有观测窗体，所述观测窗体上安装有紫外玻璃，所述棒-板间隙包括棒电极和板电极，所述密闭金属罐的顶部设置有伸入罐体内部的板电极，所述板电极上固定安装有棒电极，所述棒电极的端部连接高压电源，所述环境因素控制设备通过输送管路连接所述密闭金属罐，所述环境因素控制设备用于对所述密闭金属罐内的温度、湿度、气压、风速进行调节。
6.根据权利要求5所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，其特征在于，所述环境因素控制设备包括控制器、温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇，所述输送管路包括第一输送管路、第二输送管路、第三输送管路和第四输送管路，所述温度调节装置、超声波加湿器、抽气机和电风扇均与所述控制器相连接，所述温度调节装置通过所述第一输送管路连接密闭金属罐，所述超声波加湿器通过所述第二输送管路连接密闭金属罐，所述抽气机通过所述第三输送管路连接密闭金属罐，所述电风扇通过所述第四输送管路连接密闭金属罐。
7.根据权利要求5所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，其特征在于，所述紫外成像仪采用的型号为CoroCAM504。
8.根据权利要求5所述的高压设备放电紫外成像检测图像量化参数的归一系统，其特征在于，所述棒-板间隙中的棒电极直径为3.2cm，所述棒电极的顶端为圆锥形，所述圆锥形的半径为1.5mm，所述板电极为圆盘形，所述圆盘形的直径为20cm。
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