CN114034709A - 一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，该系统包括：工业相机：用以实时采集高压外绝缘的放电图像；光谱仪和滤光片：用以接收高压外绝缘的放电光谱信号；同步装置：用以同时触发工业相机和光谱仪；放电检测单元：包括放电位置检测单元以及放电强度检测单元；检测结果融合单元：包括动态匹配单元以及信息融合单元；检测结果输出单元：用以输出表征高压外绝缘放电位置和强度的图像。与现有技术相比，本发明实现放电位置和放电强度的同时检测，通过放电信息动态匹配实现异源重构，根据紫外光波段和可见光波段放电信息综合判断放电强度，提高检测准确率，输出形象直观的高压外绝缘放电图像，实现高压外绝缘局部放电可视化检测。
Description
技术领域
本发明涉及高压外绝缘设备放电检测技术，尤其是涉及一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统。
背景技术
在长时间的高电压和恶劣环境的作用下，高压外绝缘设备可能发生破损、附着异物等故障，导致高压外绝缘水平降低，从而导致电力系统受损。因此，高压外绝缘设备的检修和维护关系到广大居民生活水平的稳定。
目前，高压外绝缘设备的故障检测分为在线检测和离线检测两大类。其中，离线检测主要有观察法、电压分布检测法、电场分布检测法、红外成像检测法等，它们的特点是不仅巡检工作量巨大，检测效率低，而且登高检测也存在一定的安全隐患。在线检测主要有紫外脉冲法、超声波检测法、光谱仪检测法、图像检测法和泄漏电流法等，它们的特点是不需要停运电力系统，大大减少了维护的工作量和登高检测的危险，但是硬件成本较高，不利于技术普及，为此，亟待开发低成本、高效率、可视化检测方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，该系统包括：
工业相机：用以实时采集高压外绝缘的放电图像；
光谱仪和滤光片：用以接收高压外绝缘的放电光谱信号；
同步装置：用以同时触发工业相机和光谱仪；
放电检测单元：包括与工业相机连接用以根据放电图像判断放电位置的放电位置检测单元以及与光谱仪连接用以根据光谱信号判断放电强度的放电强度检测单元；
检测结果融合单元：与放电检测单元连接，包括用以匹配同一个周期内的高压外绝缘放电强度和放电位置信息的动态匹配单元以及用以融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息的信息融合单元；
检测结果输出单元：用以输出表征高压外绝缘放电位置和强度的图像。
所述的同步装置为泰克AFG31000脉冲发生器，其第一输出端连接工业相机，第二输出端连接光谱仪，两个输出端设置为同步模式，实现工业相机和光谱仪同步触发。
所述的工业相机的触发方式为边沿触发，由同步装置的第一输出端发出的脉冲信号触发，光谱仪的触发方式为外部硬件水平触发，由同步装置的第二输出端发出的高电平信号触发。
当工业相机接收到上边沿信号时，采集一帧图像并传输到放电位置检测单元，当光谱仪接收到高电平信号时开始采集光谱，直到返回低电平，然后将光谱数据传输到放电强度检测单元。
所述的光谱仪和工业相机具有同样的采样周期，所述的光谱仪的采样周期为1秒，工业相机的采样频率为1帧/秒。
所述的放电位置检测单元将拍摄到的加压后和加压前的高压外绝缘图像相减并滤波得到放电光斑图像，并取放电光斑质心作为放电位置。
所述的放电强度检测单元将放电强度由小到大划分为三个等级，提取一个周期内紫外光波段和可见光波段放电光信号平均脉冲幅值以及放电重复率，综合判断高压外绝缘放电强度等级。
所述的检测结果融合单元对每一个周期内的放电强度和放电位置信息进行动态匹配，并将放电强度等级标记在图像放电位置旁边，并通过检测结果输出单元输出表征高压外绝缘放电位置和放电强度的图像，实现光谱与图像异源重构。
在一个采样周期T内，光谱仪采集光谱信号的时间T1与光谱仪传输数据的时间T2之和为采样周期T的时长，工业相机的曝光时间和传输数据的时间T3小于采样周期T的时长。
应用高压外绝缘状态检测系统的检测方法包括以下步骤：
1)工业相机实时采集高压外绝缘的放电图像，并发送到放电位置检测单元进行放电位置检测，获取放电光斑图像并以放电光斑质心作为放电位置；
2)光谱仪实时采集高压外绝缘的放电光谱信号，并发送到放电强度检测单元进行放电强度检测，获取放电强度等级；
3)检测结果融合单元动态匹配并融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息，最后通过检测结果输出单元输出表征高压外绝缘放电位置和放电程度的图像。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明采用同步装置获取高压外绝缘局部放电图像及光谱同步信息，并通过动态匹配放电强度和位置信息，实现光谱与图像异源重构。
二、本发明由紫外光波段和可见光波段放电信息综合判断高压外绝缘放电强度，提高检测准确率。
三、本发明输出表征放电位置和放电强度的图像，实现高压外绝缘局部放电可视化检测。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电气连接图。
图3为工业相机和光谱仪的同步触发信号和动态匹配示意图。
图4为融合过程示意图。
图中标记说明：
1、工业相机，2、光谱仪及滤光片，3、同步装置脉冲发生器DG645，4、放电检测单元，41、放电位置检测单元，42、放电强度检测单元，5、检测结果融合单元，51、动态匹配单元，52、信息融合单元，6、检测结果输出单元，7、高压外绝缘，9、滤光片，10、光谱仪，11、同步装置泰克AFG31000脉冲发生器及其电源，12、检测结果融合单元和检测结果输出单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明提供一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，该系统包括工业相机1、光谱仪及滤光片2、同步装置3、放电位置检测单元41、放电强度检测单元42、动态匹配单元51、信息融合单元52和检测结果输出单元6。其中，工业相机1用于拍摄高压外绝缘表面放电图像；光谱仪及滤光片2用于获取高压外绝缘放电特征量，包括紫外光波段和可见光波段；同步装置3用于同步触发工业相机和光谱仪；放电位置检测单元41用于接收和处理工业相机输出的放电图像，判断放电位置；放电强度检测单元42用于接收和处理光谱仪输出的放电特征量，判断放电强度；动态匹配单元51用于匹配同一个周期内的高压外绝缘放电强度和放电位置信息；信息融合单元52用于融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息；检测结果输出单元6用于输出表征高压外绝缘放电位置和放电强度的图像。
同步装置3采用泰克AFG31000脉冲发生器，输出端1连接工业相机，输出端2连接光谱仪10，将2个输出端设置成同步模式，实现工业相机1和光谱仪10同步触发
工业相机1的触发方式为边沿触发，由同步装置3的输出端1发出的脉冲信号触发，光谱仪触发方式为外部硬件水平触发，由同步装置3的输出端2发出的高电平信号触发。
光谱仪的采样周期为1秒，工业相机1的采样频率为1帧/秒，光谱仪和工业相机具有同样的采样周期。
放电位置检测单元41将拍摄得到的加压后和加压前的高压外绝缘图像相减并滤波得到放电光斑图像，并选取放电光斑质心作为放电位置。
放电强度检测单元42将放电强度由小到大划分为三个等级，提取一个周期内紫外光波段(对应波长小于400nm)和可见光波段(对应波长为400-760nm)放电光信号放电重复率，综合判断高压外绝缘放电强度等级，对应关系如表1所示。
表1放电强度对应关系表
表中，P1和P2为紫外光波段放电重复率的阈值，Q1和Q2为可见光波段放电重复率的阈值。
检测结果融合单元5，动态匹配同一个周期内的放电强度和放电位置信息，并将放电强度等级标记在图像放电位置旁，并输出表征高压外绝缘放电位置和放电强度的图像。
应用该检测系统的检测方法包括：通过同步装置同步触发工业相机和光谱仪，通过工业相机检测高压外绝缘放电位置，通过光谱仪检测高压外绝缘放电强度，通过放电检测单元进行数据处理和存储，通过检测结果融合单元动态匹配并融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息，最后通过检测结果输出单元输出表征放电位置和放电强度的图像。
如图3所示，工业相机1采用边沿触发模式，当工业相机接收到上边沿信号时，采集一帧图像并传输到放电位置检测单元，光谱仪采用外部硬件水平触发模式，当光谱仪接收到高电平信号时开始采集光谱，直到该电压返回低电平，然后将数据传输到放电强度检测单元。其中，T1＝0.98s，代表光谱仪采集光谱信号的时间，T2＝0.02S，代表光谱仪传输数据的时间。T3＝0.05s,代表工业相机的曝光时间和传输数据的时间，T＝1s,代表工业相机和光谱仪的采样周期。
综上，本发明利用工业相机和光谱仪对高压外绝缘放电位置和放电强度进行检测，利用放电位置检测单元和放电强度检测单元对高压外绝缘放电位置和放电强度进行判定，利用检测结果融合单元动态匹配并融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息，最后利用检测结果输出单元输出表征高压外绝缘放电位置和放电程度的图像。本发明同时检测放电位置和放电强度，通过放电信息动态匹配实现异源重构，根据紫外光波段和可见光波段放电信息综合判断放电强度，提高检测准确率，并且输出形象直观的高压外绝缘放电图像，实现高压外绝缘局部放电可视化检测。
Claims (10)
1.一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，该系统包括：
工业相机(1)：用以实时采集高压外绝缘(7)的放电图像；
光谱仪和滤光片：用以接收高压外绝缘(7)的放电光谱信号；
同步装置(3)：用以同时触发工业相机(1)和光谱仪(10)；
放电检测单元(4)：包括与工业相机(1)连接用以根据放电图像判断放电位置的放电位置检测单元(41)以及与光谱仪(10)连接用以根据光谱信号判断放电强度的放电强度检测单元(42)；
检测结果融合单元(5)：与放电检测单元(4)连接，包括用以匹配同一个周期内的高压外绝缘放电强度和放电位置信息的动态匹配单元(51)以及用以融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息的信息融合单元(52)；
检测结果输出单元(6)：用以输出表征高压外绝缘放电位置和强度的图像。
2.根据权利要求1所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的同步装置(3)为泰克AFG31000脉冲发生器，其第一输出端连接工业相机(1)，第二输出端连接光谱仪(10)，两个输出端设置为同步模式，实现工业相机(1)和光谱仪(10)同步触发。
3.根据权利要求2所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的工业相机(1)的触发方式为边沿触发，由同步装置(3)的第一输出端发出的脉冲信号触发，光谱仪(2)的触发方式为外部硬件水平触发，由同步装置(3)的第二输出端发出的高电平信号触发。
4.根据权利要求3所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，当工业相机(1)接收到上边沿信号时，采集一帧图像并传输到放电位置检测单元(41)，当光谱仪(10)接收到高电平信号时开始采集光谱，直到返回低电平，然后将光谱数据传输到放电强度检测单元(42)。
5.根据权利要求2所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的光谱仪(2)和工业相机(1)具有同样的采样周期，所述的光谱仪(2)的采样周期为1秒，工业相机(1)的采样频率为1帧/秒。
6.根据权利要求4所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的放电位置检测单元(41)将拍摄到的加压后和加压前的高压外绝缘图像相减并滤波得到放电光斑图像，并取放电光斑质心作为放电位置。
7.根据权利要求4所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的放电强度检测单元(42)将放电强度由小到大划分为三个等级，提取一个周期内紫外光波段和可见光波段放电光信号平均脉冲幅值以及放电重复率，综合判断高压外绝缘放电强度等级。
8.根据权利要求1所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，所述的检测结果融合单元(5)对每一个周期内的放电强度和放电位置信息进行动态匹配，并将放电强度等级标记在图像放电位置旁边，并通过检测结果输出单元(6)输出表征高压外绝缘放电位置和放电强度的图像，实现光谱与图像异源重构。
9.根据权利要求4所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，在一个采样周期T内，光谱仪(10)采集光谱信号的时间T1与光谱仪传输数据的时间T2之和为采样周期T的时长，工业相机(1)的曝光时间和传输数据的时间T3小于采样周期T的时长。
10.根据权利要求1所述的一种融合光谱与图像特征的高压外绝缘状态检测系统，其特征在于，应用高压外绝缘状态检测系统的检测方法包括以下步骤：
1)工业相机(1)实时采集高压外绝缘(7)的放电图像，并发送到放电位置检测单元(41)进行放电位置检测，获取放电光斑图像并以放电光斑质心作为放电位置；
2)光谱仪(10)实时采集高压外绝缘(7)的放电光谱信号，并发送到放电强度检测单元(42)进行放电强度检测，获取放电强度等级；
3)检测结果融合单元(5)动态匹配并融合高压外绝缘放电强度和放电位置信息，最后通过检测结果输出单元(6)输出表征高压外绝缘放电位置和放电程度的图像。
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