CN111736040B - 基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法 - Google Patents

基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法 Download PDF

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CN111736040B CN202010436520.2A CN202010436520A CN111736040B CN 111736040 B CN111736040 B CN 111736040B CN 202010436520 A CN202010436520 A CN 202010436520A CN 111736040 B CN111736040 B CN 111736040B
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    • G01R31/56—Testing of electric apparatus

Abstract

本发明是基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，成像镜头采集到的光线经过分束棱镜反射和透射形成日盲紫外光路和可见光光路，日盲紫外光路顺次经过紫外滤波片、紫外波段成像透镜、数字微镜器件、紫外波段收集透镜后汇聚在紫外波段单点探测器上，可见光光路顺次经过可见光滤波片、可见光波段成像透镜后到达可见光波段面阵探测器。日盲紫外光路采集到的紫外图像去噪后与可见光光路采集到的可见光图像相互融合，输出漏电区域的定位图像，完成微弱漏电检测。该方法能够解决目标物体放电时所释放出的日盲紫外信号较弱导致采集数据不精准的问题，降低日盲紫外成像器件的制造成本，将紫外图像与可见光图像相融合，可实现输电设备漏电区域的快速定位。

Description

基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法
技术领域
本发明涉及图片处理技术领域，具体的说是基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法。
背景技术
电力设备在制造、运输、安装和运行中不可避免的会产生绝缘缺陷，特别是在长期的运行过程中，电力设备受到电场、热场、机械应力、化学腐蚀以及环境条件等因素的影响，电力设备的绝缘品质逐渐劣化，可导致绝缘系统的破坏。
绝缘性能下降的高压设备往往伴随有表面局部场强的增加，在一定的条件下当其局部场强达到某一阈值后，可形成气体间隙的击穿，气体间隙击穿后，视电源功率、电极形式、气体压力、回路阻抗等具有不同的放电形式在低气压、电源功率较小时，放电表现为充满整个间隙的辉光放电形式；
在大气压下，常表现为火花或电弧放电形式；在极不均匀电场中，会在局部电场较强处形成电晕放电。除使用纯空气间隙作绝缘外，电力系统中还有许多处于空气中的固体绝缘介质，如输电线路的绝缘子、套管、电机定子绕组槽外部分的绝缘等，所以还会遇到气体沿固体表面产生放电的情况。因而放电是反映设备劣化的一种重要的征兆信号，且高压设备在绝缘完全失效之前一般都伴随有预放电现象，因此可将设备表面的放电作为检测设备绝缘性能的重要指标。
放电的过程中伴随有电脉冲、发光、发声、发热和电磁福射等现象，其中辐射出的光信号波长部分位于紫外波段近年来，相关的电力部门、高校和科研单位提出了通过对日盲紫外光信号进行成像的方式，对放电区域进行检测。但存在的问题是：第一，放电时所释放出的日盲紫外信号较弱，因此对面阵探测器中单个像元的信号倍增能力有较高要求；第二，阵列型日盲紫外探测器价格较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，该方法利用单像素探测器的高增益放大日盲紫外光信号，同时将紫外图像与可见光图像相融合，实现输电设备漏电区域的快速定位。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：日盲紫外单像素相机系统包括成像镜头、分束棱镜、紫外滤波片、紫外波段成像透镜、DMD、紫外波段收集透镜、紫外波段单点探测器、可见光滤波片、可见光波段成像透镜、可见光波段面阵探测器和控制单元；[00091通过成像镜头采集到的光线经过分束棱镜反射形成包括日盲紫外信号的日盲紫外光路，光线经过分束棱镜透射形成包括可见光信号的可见光光路，所述的日盲紫外光路顺次经过紫外滤波片、紫外波段成像透镜、DMD、紫外波段收集透镜后汇聚在紫外波段单点探测器上，所述的可见光光路顺次经过可见光滤波片、可见光波段成像透镜后到达可见光波段面阵探测器，所述的控制单元分别与DMD、紫外波段单点探测器和可见光波段面阵探测器信号连接；
通过将日盲紫外光路采集到的紫外图像和可见光光路采集到的可见光图像相互融合，输出漏电区域的精准定位图像，完成微弱漏电检测。
所述的微弱漏电检测方法具体步骤如下：
步骤1，分别调整紫外波段成像透镜、可见光波段成像透镜的轴向位置，确保采集到的紫外图像和可见光图像内容尺寸和位置均能够配准和融合；
步骤2，通过成像镜头对准目标，将目标光线采集到盲紫外单像素相机系统中；
步骤3，采集到的光线分经由分束棱镜，所述的分束棱镜反射形成日盲紫外光路，所述的分束棱镜透射形成可见光光路；
步骤3.1，日盲紫外光路内的紫外信号依次经过紫外滤波片、紫外波段成像透镜在DMD上清晰成像，经过DMD调制后，将调制后的光信号通过紫外波段成像收集汇集到紫外波段单点探测器上；
所述的DMD在控制单元的控制下对入射日盲紫外光进行多次调制，控制单元将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器的采集信号进行关联运算，输出日盲紫外图像；
步骤3.2，可见光光路内的可见光信号依次经过可见光滤波片、可见光波段成像透镜，经可见光波段面阵探测器采集，由控制单元输出可见光图像；
步骤4，将日盲紫外图像叠加在可见光图像上，实现日盲紫外图像和可见光图像融合；
所述的步骤3.1中，DMD在控制单元的控制下单次调制工作流程如下：
步骤3.1.1，控制单元生成n2阶哈达玛矩阵H，其中每一行元素标记为Hi，另将Hi由1×n2重排为n×n，标记为Pi；
步骤3.1.2，将哈达玛矩阵分解成两部分，第一部分将哈达玛矩阵中数值为-1的部分置零，称之为正哈达玛矩阵，标记为H+；第二部分将哈达玛矩阵中数值为1的部分置零，-1的部分置为1，称之为负哈达玛矩阵，标记为H-；
步骤3.1.3，将H+和H-中第i行由1×n2重排为n×n，标记为
Figure GDA0003815211930000031
和
Figure GDA0003815211930000032
其中下标i表示n阶哈达玛矩阵中第i行；
步骤3.1.4，将
Figure GDA0003815211930000033
和
Figure GDA0003815211930000034
分别投影待测目标上，并由日盲紫外波段的点探测器接收，探测强度分别标记为
Figure GDA0003815211930000035
和
Figure GDA0003815211930000036
i表示第i帧投影，+，-对应
Figure GDA0003815211930000037
和
Figure GDA0003815211930000038
所述的步骤3.1.1中，控制单元根据目标物体的实际大小和实际需要的空间分辨能力设置n的大小，通过控制DMD上M2个相邻的调制单元合并为一个像素块，对每个像素进行插值扩充。
所述的步骤3.1中，控制单元将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器(6)的采集信号进行关联运算的步骤如下：
步骤3.1.1.1，将每次DMD调制时日盲紫外波段的点探测器接收到
Figure GDA0003815211930000039
和
Figure GDA00038152119300000310
对应的测量强度
Figure GDA00038152119300000311
和
Figure GDA00038152119300000312
相减，得到Ii，即
Figure GDA00038152119300000313
此时Ii为第i帧调制模板Hi的测量值；
步骤3.1.1.2，由于控制单元生成的是n2阶哈达玛矩阵，构造1×n2的一维向量I；
步骤3.1.1.3，将I中第i个元素替换为Ii，当DMD播放完所有的调制模板后，即将得到了n2个Ii；
步骤3.1.1.4，构造方程HX＝I，其中H是已设置好的哈达玛矩阵，X是一个1×n2的一维向量，代表了重构图像，I是在步骤3.1.1.3中已经获取的测量值向量，一维向量X的计算公式如下：
X＝H-1l
式中，H-1表示矩阵H的逆矩阵；
步骤3.1.1.5，将X由1×n2的向量，重排为n×n的矩阵，重排后的矩阵即为输出的日盲紫外图像。
所述的步骤3.1.1.5得到日盲紫外图像后对日盲紫外图像进行去噪处理，所述的日盲紫外图像去噪处理的具体步骤如下：
步骤S1，生成滤波模板；滤波模板为模板窗口大小为5×5像素的高斯滤波模板，记为hg；
步骤S2，设由单像素成像系统得到的日盲紫外图像为G，那么经过滤波的日盲紫外图像为：Gf＝G*hg，其中符号“*”表示卷积号；
步骤S3，对GC依次进行“膨胀”和“腐蚀”运算，获得连通的棱区域，标记为GCL；
步骤S4，设立日盲紫外图像的强度阈值，标记为T；将GCL与阈值T比较，满足(2)式，得到比较后的结果GV；所述的(2)式如下：
Figure GDA0003815211930000041
所述的步骤4中将日盲紫外图像叠加在可见光图像上的具体方法如下：
获取的可见光图像标记为IV，将GV和IV按照(3)式进行融合，获得的融合图像标记为If；所述的(3)式如下：
Figure GDA0003815211930000042
输出日盲紫外图像和可见光图像融合后的图像If。
所述的步骤1中调整紫外波段成像透镜、可见光波段成像透镜轴向位置的方法如下：
步骤1.1，在成像镜头前放置确定大小，具有明确图像特征的日盲紫外目标；所述的日盲紫外目标大小可控，形状稳定；
步骤1.2，采用盲紫外波段的激光器，将出射激光进行扩束，对固定形态的日盲紫外目标进行照射，然后形成日盲紫外目标，所述的日盲紫外目标反射面应均被照射到；
步骤1.3，日盲紫外单像素相机系统对日盲紫外目标进行成像，其中日盲紫外光路内的目标成像后计算所获得图像的像素数，长和宽分别为L1和W1，根据DMD中像素块的大小计算DMD对应平面日盲紫外图像的面积，记为S1；可见光光路内的目标成像后获得图像的长和宽记为L2和W2，并计算其面积记为S2；
步骤1.4，通过紫外波段成像透镜、可见光波段成像透镜的轴向位置，在S1和S2大小相等时，确定紫外波段成像透镜、可见光波段成像透镜的位置。
该种基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法能够产生的有益效果为：
第一，通过调整紫外波段成像透镜和可见光波段成像透镜的轴向位置，保证采集到的输出日盲紫外图像和可见光图像放大或缩小比例相同，保证了后续输出日盲紫外图像和可见光图像融合的精准度。
第二，通过将日盲紫外光信号和可见光信号分别采集再融合，提高了对于两种光信号采集的精准度，消除了采集过程中的后处理阶段对于图片质量的影响。
第三，通过单像素探测器的高增益放大日盲紫外光信号，解决了传统方法由于目标物体放电产生的日盲紫外信号较弱导致的采集数据不精准的缺陷。
第四，对于采集到的日盲紫外光图片进行去噪处理，消除自然界中的其余紫外波段信号对后期成像造成的影响。
附图说明
图1为本发明基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法的成像系统结构示意图。
图2为本发明基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法的图像采集方式示意图。
图3为本发明基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法中DMD内哈达玛矩阵的设置方法示意图。
图4为本发明基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法中紫外波段成像透镜和可见光波段成像透镜轴向位置调整示意图。
说明书附图标记：1，像镜头、2，分束棱镜、3.1，紫外滤波片、3.2，紫外波段成像透镜、4，DMD、5，紫外波段收集透镜、6，紫外波段单点探测器、7.1，可见光滤波片、7.2，可见光波段成像透镜、8，可见光波段面阵探测器、9，日盲紫外光路、10，可见光光路、11，控制单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：日盲紫外单像素相机系统如图1所示包括成像镜头1、分束棱镜2、紫外滤波片3.1、紫外波段成像透镜3.2、DMD4、紫外波段收集透镜5、紫外波段单点探测器6、可见光滤波片7.1、可见光波段成像透镜7.2、可见光波段面阵探测器8和控制单元11；
通过成像镜头1采集到的光线经过分束棱镜2反射形成包括日盲紫外信号的日盲紫外光路9，光线经过分束棱镜2透射形成包括可见光信号的可见光光路10，所述的日盲紫外光路9顺次经过紫外滤波片3.1、紫外波段成像透镜3.2、DMD4、紫外波段收集透镜5后汇聚在紫外波段单点探测器6上，所述的可见光光路10顺次经过可见光滤波片7.1、可见光波段成像透镜7.2后到达可见光波段面阵探测器8，所述的控制单元11分别与DMD4、紫外波段单点探测器6和可见光波段面阵探测器8信号连接；
通过将日盲紫外光路9采集到的紫外图像和可见光光路10采集到的可见光图像相互融合，输出漏电区域的精准定位图像，完成微弱漏电检测。
本实施例中，所述的DMD4采用数字微镜器件。
进一步的，紫外光图像和可见光图像采集和融合后实现微弱漏电检测的过程如下：
步骤1，分别调整紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2的轴向位置，确保采集到的紫外图像和可见光图像内容尺寸和位置均能够配准和融合；
步骤2，通过成像镜头1对准目标，将目标光线采集到盲紫外单像素相机系统中；
步骤3，采集到的光线分经由分束棱镜2，所述的分束棱镜2反射形成日盲紫外光路9，所述的分束棱镜2透射形成可见光光路10；
步骤3.1，日盲紫外光路9内的紫外信号依次经过紫外滤波片3.1、紫外波段成像透镜3.2在DMD4上清晰成像，经过DMD4调制后，将调制后的光信号通过紫外波段成像收集5汇集到紫外波段单点探测器6上；
所述的DMD4在控制单元11的控制下对入射日盲紫外光进行多次调制，控制单元11将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器6的采集信号进行关联运算，输出日盲紫外图像；
步骤3.2，可见光光路10内的可见光信号依次经过可见光滤波片7.1、可见光波段成像透镜7.2，经可见光波段面阵探测器8采集，由控制单元11输出可见光图像；
步骤4，将日盲紫外图像叠加在可见光图像上，实现日盲紫外图像和可见光图像融合。
进一步的，步骤1中调整紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2轴向位置的方法如下：
步骤1.1，如图4所示，在成像镜头1前放置确定大小，具有明确图像特征的日盲紫外目标；所述的日盲紫外目标大小可控，形状稳定；
步骤1.2，采用盲紫外波段的激光器，将出射激光进行扩束，对固定形态的日盲紫外目标进行照射，然后形成日盲紫外目标，所述的日盲紫外目标反射面应均被照射到；
步骤1.3，日盲紫外单像素相机系统对日盲紫外目标进行成像，其中日盲紫外光路9内的目标成像后计算所获得图像的像素数，长和宽分别为L1和W1，根据DMD中像素块的大小计算DMD对应平面日盲紫外图像的面积，记为S1；可见光光路10内的目标成像后获得图像的长和宽记为L2和W2，并计算其面积记为S2；
通过紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2的轴向位置，在S1和S2大小相等时，确定紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2的位置。
确定好紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2的位置后将紫外波段成像透镜3.2、可见光波段成像透镜7.2进行位置锁定，完成日盲紫外单像素相机系统调试，此时，成像镜头1采集到的物体图像通过日盲紫外光路9和可见光光路10获取缩放比例相同的图像，有利于后期图像融合。
本实施例中，日盲紫外目标可以采用固定形态的铝制反射膜经行照射，然后形成日盲紫外目标。
进一步的，本实施例中采用，如图2所示的无人机携带该种日盲紫外单像素相机系统对目标物体进行图像采集，无人机采用专业飞手独立操控或自动巡航，完成步骤2中将目标光线采集到盲紫外单像素相机系统中这一目标。
进一步的，步骤3.1中，DMD4在控制单元11的控制下单次调制工作流程如下：
步骤3.1.1，如图3所示，控制单元11生成n2阶哈达玛矩阵H，其中每一行元素标记Hi，另将Hi由1×n2重排为n×n，标记为Pi；
步骤3.1.2，将哈达玛矩阵分解成两部分，第一部分将哈达玛矩阵中数值为-1的部分置零，称之为正哈达玛矩阵，标记为H+；第二部分将哈达玛矩阵中数值为1的部分置零，-1的部分置为1，称之为负哈达玛矩阵，标记为H-；
步骤3.1.3，将H+和H-中第i行由1×n2重排为n×n，标记为
Figure GDA0003815211930000081
和
Figure GDA0003815211930000082
其中下标i表示n阶哈达玛矩阵中第i行；
步骤3.1.4，将
Figure GDA0003815211930000083
和
Figure GDA0003815211930000084
分别投影待测目标上，并由日盲紫外波段的点探测器接收，探测强度分别标记为
Figure GDA0003815211930000085
和
Figure GDA0003815211930000086
i表示第i帧投影，+，-对应
Figure GDA0003815211930000087
和
Figure GDA0003815211930000088
由于单像素成像图像的重构需要多次调制数据，因此，控制单元11将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器6的采集信号进行关联运算，最终完成单像素成像图像的重构的步骤如下：
步骤3.1.1.1，将每次DMD4调制时日盲紫外波段的点探测器接收到
Figure GDA0003815211930000089
和
Figure GDA00038152119300000810
对应的测量强度
Figure GDA00038152119300000811
和
Figure GDA00038152119300000812
相减，得到Ii，即
Figure GDA00038152119300000813
此时Ii为第i帧调制模板Hi的测量值；
步骤3.1.1.2，由于控制单元11生成的是n2阶哈达玛矩阵，构造1×n2的一维向量I；
步骤3.1.1.3，将I中第i个元素替换为Ii，当DMD4播放完所有的调制模板后，即将得到了n2个Ii；
步骤3.1.1.4，构造方程HX＝I，其中H是已设置好的哈达玛矩阵，X是一个1×n2的一维向量，代表了重构图像，I是在步骤3.1.1.3中已经获取的测量值向量，一维向量X的计算公式如下：
X＝H-1l
式中，H-1表示矩阵H的逆矩阵；
步骤3.1.1.5，将X由1×n2的向量，重排为n×n的矩阵，重排后的矩阵即为输出的日盲紫外图像。
利用单像素探测器的高增益放大日盲紫外光信号完成目标物体发出的紫外信号的精准收集，本实施例中，单像素探测器可采用光电倍增管等。
由于采集到的日盲紫外图像中难免会混杂入自然界中的紫外波段杂光，因此需要对采集到的日盲紫外图进行去噪处理，日盲紫外图像去噪处理的具体步骤如下：
步骤S1，生成滤波模板；滤波模板为模板窗口大小为5×5像素的高斯滤波模板，记为hg；
步骤S2，设由单像素成像系统得到的日盲紫外图像为G，那么经过滤波的日盲紫外图像为：Gf＝G*hg，其中符号“*”表示卷积号；
步骤S3，对GC依次进行“膨胀”和“腐蚀”运算，获得连通的棱区域，标记为GCL；
步骤S4，设立日盲紫外图像的强度阈值，标记为T；将GCL与阈值T比较，满足(2)式，得到比较后的结果GV；所述的(2)式如下：
Figure GDA0003815211930000091
所述的步骤4中将日盲紫外图像叠加在可见光图像上的具体方法如下：
获取的可见光图像标记为IV，将GV和IV按照(3)式进行融合，获得的融合图像标记为If；所述的(3)式如下：
Figure GDA0003815211930000092
输出日盲紫外图像和可见光图像融合后的图像If。
通过将输出的紫外图像以及可见光图像通过日盲紫外图像和可见光图像的图像融合方法进行叠加融合，实现输电设备漏电区域的快速定位，同时该系统可有效降低制造成本，具有一定的应用和市场价值。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：日盲紫外单像素相机系统包括成像镜头(1)、分束棱镜(2)、紫外滤波片(3.1)、紫外波段成像透镜(3.2)、DMD(4)、紫外波段收集透镜(5)、紫外波段单点探测器(6)、可见光滤波片(7.1)、可见光波段成像透镜(7.2)、可见光波段面阵探测器(8)和控制单元(11)；
通过成像镜头(1)采集到的光线经过分束棱镜(2)反射形成包括日盲紫外信号的日盲紫外光路(9)，光线经过分束棱镜(2)透射形成包括可见光信号的可见光光路(10)，所述的日盲紫外光路(9)顺次经过紫外滤波片(3.1)、紫外波段成像透镜(3.2)、DMD(4)、紫外波段收集透镜(5)后汇聚在紫外波段单点探测器(6)上，所述的可见光光路(10)顺次经过可见光滤波片(7.1)、可见光波段成像透镜(7.2)后到达可见光波段面阵探测器(8)，所述的控制单元(11)分别与DMD(4)、紫外波段单点探测器(6)和可见光波段面阵探测器(8)信号连接；
通过将日盲紫外光路(9)采集到的紫外图像和可见光光路(10)采集到的可见光图像相互融合，输出漏电区域的精准定位图像，完成微弱漏电检测；
所述的微弱漏电检测方法具体步骤如下：
步骤1，分别调整紫外波段成像透镜(3.2)、可见光波段成像透镜(7.2)的轴向位置，确保采集到的紫外图像和可见光图像内容尺寸和位置均能够配准和融合；
步骤2，通过成像镜头(1)对准目标，将目标光线采集到日盲紫外单像素相机系统中；
步骤3，采集到的光线分经由分束棱镜(2)，所述的分束棱镜(2)反射形成日盲紫外光路(9)，所述的分束棱镜(2)透射形成可见光光路(10)；
步骤3.1，日盲紫外光路(9)内的紫外信号依次经过紫外滤波片(3.1)、紫外波段成像透镜(3.2)在DMD(4)上清晰成像，经过DMD(4)调制后，将调制后的光信号通过紫外波段成像收集(5)汇集到紫外波段单点探测器(6)上；
所述的DMD(4)在控制单元(11)的控制下对入射日盲紫外光进行多次调制，控制单元(11)将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器(6)的采集信号进行关联运算，输出日盲紫外图像；
步骤3.2，可见光光路(10)内的可见光信号依次经过可见光滤波片(7.1)、可见光波段成像透镜(7.2)，经可见光波段面阵探测器(8)采集，由控制单元(11)输出可见光图像；
步骤4，将日盲紫外图像叠加在可见光图像上，实现日盲紫外图像和可见光图像融合；
所述的步骤3.1中，DMD(4)在控制单元(11)的控制下单次调制工作流程如下：
步骤3.1.1，控制单元(11)生成n2阶哈达玛矩阵H，其中每一行元素标记为Hi，另将Hi由1×n2重排为n×n，标记为Pi；
步骤3.1.2，将哈达玛矩阵分解成两部分，第一部分将哈达玛矩阵中数值为-1的部分置零，称之为正哈达玛矩阵，标记为H+；第二部分将哈达玛矩阵中数值为1的部分置零，-1的部分置为1，称之为负哈达玛矩阵，标记为H-；
步骤3.1.3，将H+和H-中第i行由1×n2重排为n×n，标记为
Figure FDA0003815211920000021
和
Figure FDA0003815211920000022
其中下标i表示n阶哈达玛矩阵中第i行；
步骤3.1.4，将
Figure FDA0003815211920000023
和
Figure FDA0003815211920000024
分别投影待测目标上，并由日盲紫外波段的点探测器接收，探测强度分别标记为
Figure FDA0003815211920000025
和
Figure FDA0003815211920000026
i表示第i帧投影，+，-对应
Figure FDA0003815211920000027
和
Figure FDA0003815211920000028
2.如权利要求1所述的基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：所述的步骤3.1.1中，控制单元(11)根据目标物体的实际大小和实际需要的空间分辨能力设置n的大小，通过控制DMD上M2个相邻的调制单元合并为一个像素块，对每个像素进行插值扩充。
3.如权利要求1所述的基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：所述的步骤3.1中，控制单元(11)将多次调制的信号与对应的紫外波段单点探测器(6)的采集信号进行关联运算的步骤如下：
步骤3.1.1.1，将每次DMD(4)调制时日盲紫外波段的点探测器接收到
Figure FDA0003815211920000029
和
Figure FDA00038152119200000210
对应的测量强度
Figure FDA00038152119200000211
和
Figure FDA00038152119200000212
相减，得到Ii，即
Figure FDA00038152119200000213
此时Ii为第i帧调制模板Hi的测量值；
步骤3.1.1.2，由于控制单元(11)生成的是n2阶哈达玛矩阵，构造1×n2的一维向量I；
步骤3.1.1.3，将I中第i个元素替换为Ii，当DMD(4)播放完所有的调制模板后，即将得到了n2个Ii；
步骤3.1.1.4，构造方程HX＝I，其中H是已设置好的哈达玛矩阵，X是一个1×n2的一维向量，代表了重构图像，I是在步骤3.1.1.3中已经获取的测量值向量，一维向量X的计算公式如下：
X＝H-1l
式中，H-1表示矩阵H的逆矩阵；
步骤3.1.1.5，将X由1×n2的向量，重排为n×n的矩阵，重排后的矩阵即为输出的日盲紫外图像。
4.如权利要求3所述的基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：所述的步骤3.1.1.5得到日盲紫外图像后对日盲紫外图像进行去噪处理，所述的日盲紫外图像去噪处理的具体步骤如下：
步骤S1，生成滤波模板；滤波模板为模板窗口大小为5×5像素的高斯滤波模板，记为hg；
步骤S2，设由单像素成像系统得到的日盲紫外图像为G，那么经过滤波的日盲紫外图像为：Gf＝G*hg，其中符号“*”表示卷积号；
步骤S3，对GC依次进行“膨胀”和“腐蚀”运算，获得连通的棱区域，标记为GCL；
步骤S4，设立日盲紫外图像的强度阈值，标记为T；将GCL与阈值T比较，满足(2)式，得到比较后的结果GV；所述的(2)式如下：
Figure FDA0003815211920000031
5.如权利要求4所述的基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：所述的步骤4中将日盲紫外图像叠加在可见光图像上的具体方法如下：
获取的可见光图像标记为IV，将GV和IV按照(3)式进行融合，获得的融合图像标记为If；所述的(3)式如下：
Figure FDA0003815211920000032
输出日盲紫外图像和可见光图像融合后的图像If。
6.如权利要求1所述的基于单像素成像系统的微弱漏电检测方法，其特征在于：所述的步骤1中调整紫外波段成像透镜(3.2)、可见光波段成像透镜(7.2)轴向位置的方法如下：
步骤1.1，在成像镜头(1)前放置确定大小，具有明确图像特征的日盲紫外目标；所述的日盲紫外目标大小可控，形状稳定；
步骤1.2，采用盲紫外波段的激光器，将出射激光进行扩束，对固定形态的日盲紫外目标进行照射，然后形成日盲紫外目标，所述的日盲紫外目标反射面应均被照射到；
步骤1.3，日盲紫外单像素相机系统对日盲紫外目标进行成像，其中日盲紫外光路(9)内的目标成像后计算所获得图像的像素数，长和宽分别为L1和W1，根据DMD中像素块的大小计算DMD对应平面日盲紫外图像的面积，记为S1；可见光光路(10)内的目标成像后获得图像的长和宽记为L2和W2，并计算其面积记为S2；
步骤1.4，通过紫外波段成像透镜(3.2)、可见光波段成像透镜(7.2)的轴向位置，在S1和S2大小相等时，确定紫外波段成像透镜(3.2)、可见光波段成像透镜(7.2)的位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112822351B (zh) * 2020-12-28 2022-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于DMD与AlGaN基多元紫外探测器的成像装置及成像方法
CN113406448B (zh) * 2021-06-15 2023-05-09 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所 铁路绝缘子电气状态检测方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103105567A (zh) * 2013-02-05 2013-05-15 宁波工程学院 分光镜型电晕紫外探测仪
CN103308833A (zh) * 2013-06-07 2013-09-18 南京顺泰科技有限公司 一种用于电晕探测的紫外图像故障定位处理系统及方法
CN104992424A (zh) * 2015-07-27 2015-10-21 北京航空航天大学 一种基于离散余弦变换的单像素快速主动成像系统
CN107169947A (zh) * 2017-04-26 2017-09-15 国网上海市电力公司 一种基于特征点定位和边缘检测的图像融合实验方法
CN109375068A (zh) * 2018-09-26 2019-02-22 北京环境特性研究所 一种基于紫外成像电晕检测的目标识别方法及装置
CN110097634A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 南京理工大学 一种自适应多尺度的三维鬼成像方法
CN110161374A (zh) * 2019-06-18 2019-08-23 苏州微纳激光光子技术有限公司 一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统及方法
CN110275098A (zh) * 2019-06-28 2019-09-24 杭州赫太克科技有限公司 紫外成像仪

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103105567A (zh) * 2013-02-05 2013-05-15 宁波工程学院 分光镜型电晕紫外探测仪
CN103308833A (zh) * 2013-06-07 2013-09-18 南京顺泰科技有限公司 一种用于电晕探测的紫外图像故障定位处理系统及方法
CN104992424A (zh) * 2015-07-27 2015-10-21 北京航空航天大学 一种基于离散余弦变换的单像素快速主动成像系统
CN107169947A (zh) * 2017-04-26 2017-09-15 国网上海市电力公司 一种基于特征点定位和边缘检测的图像融合实验方法
CN109375068A (zh) * 2018-09-26 2019-02-22 北京环境特性研究所 一种基于紫外成像电晕检测的目标识别方法及装置
CN110097634A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 南京理工大学 一种自适应多尺度的三维鬼成像方法
CN110161374A (zh) * 2019-06-18 2019-08-23 苏州微纳激光光子技术有限公司 一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统及方法
CN110275098A (zh) * 2019-06-28 2019-09-24 杭州赫太克科技有限公司 紫外成像仪

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《基于单像素探测器的高灵敏度近红外成像系统》;霍娟 等;《红外与激光工程》;20160525;第S104001页 *
《基于局部Hadamard调制的迭代去噪鬼成像》;张伟良 等;《光学学报》;20160410;全文 *
《基于数字微镜器件的"后视"关联成像》;唐文哲 等;《光学学报》;20150510;全文 *
Y. JAUREGUI-SÁNCHEZ et al..《Signal-to-noise ratio of single-pixel cameras based on photodiodes》.《Applied Optics》.2018, *

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