WO2017114439A1 - 基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置 - Google Patents

基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置 Download PDF

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WO2017114439A1
WO2017114439A1 PCT/CN2016/112805 CN2016112805W WO2017114439A1 WO 2017114439 A1 WO2017114439 A1 WO 2017114439A1 CN 2016112805 W CN2016112805 W CN 2016112805W WO 2017114439 A1 WO2017114439 A1 WO 2017114439A1
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algae
component
silicone rubber
processing
average value
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PCT/CN2016/112805
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贾志东
王也
欧阳小刚
杨世芳
刘芮彤
范维
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清华大学深圳研究生院
国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院
国家电网公司
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/40—Analysis of texture
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10024—Color image

Definitions

  • the invention relates to a high voltage and insulation technology, in particular to a method and a device for measuring the growth degree of algae on the surface of a silicone rubber based on image processing.
  • Composite insulation materials play an important role in the field of high voltage external insulation because of their outstanding hydrophobic properties.
  • composite insulators made of composite insulating materials are very common. Its function is to suspend the wires to ensure reliable insulation between the high-potential conductors and the ground potential poles.
  • the pillar insulator surfaces are also widely sprayed at room temperature. Vulcanized silicone rubber composite.
  • the surface of the composite insulating material is a hydrophobic surface, which significantly increases the flashover voltage and improves the reliability of the insulator.
  • the surface of the composite insulating material is a hydrophobic surface, which significantly increases the flashover voltage and improves the reliability of the insulator.
  • a relatively straightforward method is to remove the algae on the surface of the insulator by water washing or knife scraping, dissolve it in water, and count it under a microscope to convert the amount of algae growing on the outer surface of the insulator.
  • the advantage of this method is intuitive.
  • the disadvantage is that the algae on the outer surface of the insulator has strong adhesion. It is difficult to wash the algae on the surface of the silicone rubber by washing with water, and the algae remaining on the washed medium (such as gauze) are not easily dissolved. In the water, it causes a lot of error; and with the knife scraping method, it is likely to damage the surface of the silicone rubber.
  • the ideal measurement method should avoid the step of removing the algae from the surface of the insulator, thus avoiding the huge errors caused by the algae process.
  • the present invention provides a method and a device for measuring the growth degree of algae on the surface of silicone rubber based on image processing, and measuring the growth degree of algae is more convenient and accurate.
  • a method for measuring the growth degree of algae on the surface of silicone rubber based on image processing comprising the following steps:
  • the step S1 includes the following steps:
  • R A and R B represent the red component of each pixel after processing and before processing, respectively, and G A and G B represent the green component of each pixel after processing and before processing, respectively, and B A and B B respectively represent after processing And processing the blue component of each pixel before, R w , G w , B w are white red component, green component and blue component;
  • step S1 the algae is attached to the silicone rubber sheet by the following steps:
  • the density of the algae is calculated based on the set volume, the set density, and the cross-sectional area of the tube.
  • step S2
  • the photograph obtained in the step S2 is subjected to white balance processing, and the average value of the G component of the algae region in the photograph after the white balance processing is calculated.
  • the area of the algae on the silicone rubber in the step S2 is calculated from the area of the white sheet.
  • the invention also provides an apparatus for measuring algae growth degree of silicone rubber surface based on image processing, comprising the following units:
  • a first processing unit for measuring an average value of the G component corresponding to the photograph of the algae at different densities, and establishing a function relationship between the algae density and the average value of the G component;
  • the second processing unit is configured to photograph the silicone rubber of the algae, obtain an average value of the G component of the algae region in the photograph, and calculate the density of the algae according to the functional relationship.
  • the first processing unit is further configured to:
  • a silicone rubber sheet having algae having different densities on the surface is placed on a white background and photographed to obtain an original photograph;
  • Finding the pixel with the highest brightness in the original photo, and the R, G, and B components of the pixel with the highest brightness are: R max , G max , B max ;
  • R A and R B respectively represent red components of each pixel after processing and before processing
  • G A and G B represent green components of each pixel after processing and before processing
  • B A and B B respectively represent after processing And processing the blue component of each pixel before
  • R w , G w , B w are white red component, green component and blue component;
  • the average value of the G component of the region of the long algae is calculated.
  • the first processing unit is further configured to:
  • the density of the algae is calculated based on the set volume, the set density, and the cross-sectional area of the tube.
  • the invention has the beneficial effects that the method for measuring the growth degree of algae on the surface of the insulator in the invention avoids the step of removing the algae from the surface of the insulator, thereby avoiding the huge error caused by the algae removal process; Photographing, simple and easy, no safety hazards, adapt to different environments, meet the requirements for safety and power supply reliability in power production.
  • the invention utilizes the white balance processing method to minimize the difference of the color of the photos caused by the weather, the illumination and the like, so as to avoid the error of the measured growth degree of the algae.
  • FIG. 1 is a flow chart of a method for measuring algae growth degree on a surface of a silicone rubber based on image processing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a silicone rubber test piece and a round pipe according to an embodiment of the present invention.
  • step S1 may include the following steps:
  • the upper surface of the silicone rubber test piece 1 is vertically fixed with a transparent cylindrical tube 2 (referred to as a circular tube) which is open at both ends, and the joint of the tube 2 and the silicone rubber test piece 1 is sealed with RTV rubber.
  • a transparent cylindrical tube 2 referred to as a circular tube
  • the dimensions of the silicone rubber test piece 1 and the round tube 2 are not specifically required, and can be adjusted according to actual needs.
  • the algae liquid having a known algae cell density is injected into the round tube 2, and after the algae liquid is dried, the algae uniformly adheres to the surface of the silicone rubber.
  • the inner diameter of the round tube 2 is D (unit: cm), the volume of the algae solution added is V (unit is ml), and the density of algal cells in the algae liquid is C (unit is /ml), and it is attached to the silicone rubber test piece.
  • the density of algae on the surface is:
  • the algae liquid in the round tube 2 may be dried, added again, and superposed and attached. After the algae liquid is dried, the round tube 2 is removed, and the silicone rubber sheet 1 is placed on a white background, for example, placed on a piece of white paper, and photographed vertically from the upper side, taking care to set the camera to turn on the automatic white balance. Import the image into the computer, extract the RGB components, and use the total reflection theory algorithm to do the software white balance processing.
  • the specific method is as follows:
  • the point with the highest brightness in the entire image is searched, where the point with the highest brightness is defined as the pixel with the largest value after the RGB three components are added, which will appear in the white paper area.
  • the values of the three elements of red, green and blue are R max , G max and B max , respectively .
  • the red, green and blue elements of all pixels are treated as follows:
  • R A and R B represent the red component of each pixel after processing and before processing, respectively, and G A and G B represent the green component of each pixel after processing and before processing, respectively, and B A and B B represent processing, respectively.
  • R w , G w , B w are white red component, green component and blue component, and the value is generally 255 or less, and the value is set in the present invention to 250. 250, 250.
  • the area of the long algae in the processed image Search for the area of the long algae in the processed image above. Since the color of the algae is green, the area of the long algae will appear green, so for each pixel, if the difference between the green component and the red component, and the difference between the green component and the blue component is greater than a certain threshold It belongs to the long algae area in the picture. Adjust the threshold according to the rendering to minimize environmental interference. Then, the average value of the G components of all the pixels in the long algae region is calculated, and the average value of the G component at the density of the algae is obtained, and the difference between the density of the different long algae and the average value of the G component is obtained, that is, the functional relationship is obtained.
  • Step S2 may include the following steps:
  • the insulator of the silicone rubber is photographed on site to lengthen the photograph of the algae.
  • a white sheet of a known area for example, white paper
  • white paper There are two, one of which provides a reference point for camera white balance when shooting, and an area reference amount on the other hand.
  • the long algae region is found, and the average value of the G component of each pixel in the region is calculated, and then the actual long algae density is obtained by using the function relationship obtained in the step S1, according to the white
  • the area of the paper is converted into the actual area of the long algae. This completes the measurement of the degree of algae on the surface of the insulator.

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Abstract

一种基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置，该方法包括如下步骤：S1、测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系；S2、对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据函数关系计算得到所述藻类的密度。本方法避免了从绝缘子表面取下藻类这一步骤，从而避免了取藻过程中带来的巨大误差；该方法现场实施只需要进行拍照，简单易行，无安全隐患，适应不同环境，满足电力生产中对于安全、供电可靠性的要求。利用了白平衡处理方法尽量减少因为天气、光照等因素造成的照片颜色的差异，以避免测量得到的藻类生长程度的误差。

Description

基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置 【技术领域】
本发明涉及高电压与绝缘技术，特别是涉基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置。
【背景技术】
复合绝缘材料因为其突出的憎水性能而在高电压外绝缘领域发挥着十分重要的作用。高压输电线路中，用复合绝缘材料制作成的复合绝缘子十分常见，它的作用是悬挂导线，保证高电位的导线和地电位的杆塔之间可靠绝缘；在变电站内，支柱绝缘子表面也广泛喷涂室温硫化硅橡胶复合材料。
复合绝缘材料的表面为憎水表面，显著提高了污闪电压，提高了绝缘子的可靠性。但是在我国四川、云南、广西、湖南等温湿地区，复合绝缘子和绝缘支柱RTV涂料表面有生长藻类的现象。现场测试发现，藻类的生长会破坏复合材料表面的憎水性，抑制其预防污闪的能力。
目前，国内外对于生长在绝缘子表面的藻类的研究较为缺乏，对于藻类在不同的送变电设备外表面生长的差异性等方面的研究还不够系统，其中一个十分重要的原因是未能找到合适的测定绝缘子表面藻类生长程度的方法。
比较直观的方法是将绝缘子表面的藻类通过水洗或者刀刮等方式取下，溶到水里后在显微镜下计数，换算出绝缘子外表面单位面积上生长的藻类的数量。该方法的优点是直观，缺点是由于绝缘子外表面的藻类附着力很强，用水洗的方法很难将硅橡胶表面的藻类洗净，且水洗的介质(如纱布)上残留的藻类也不易溶到水中，造成很大误差；而利用刀刮的方法，则很可能会将硅橡胶表面破坏。理想的测量方法应可以避免将藻类从绝缘子表面取下来这一步骤，从而避免取藻过程带来的巨大误差。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置，测量藻类生长程度更加方便、准确。
基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，包括如下步骤：
S1、测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系；
S2、对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据所述函数关系计算得到所述藻类的密度。
在一个实施例中，
所述步骤S1包括如下步骤：
S11、将表面具有不同密度的藻类的硅橡胶片放在白色背景下并进行拍照得到原始照片；
S12、对所述原始照片进行白平衡处理得到处理后照片：
S121、寻找所述原始照片中亮度最大的像素点，所述亮度最大的像素点的R、G和B分量分别为：Rmax、Gmax、Bmax；
S121、对所述原始照片的所有像素点进行如下处理：
Figure PCTCN2016112805-appb-000001
其中，RA和RB分别表示处理之后和处理之前的每个像素的红色分量，GA和GB分别表示处理之后和处理之前每个像素的绿色分量，BA和BB分别表示处理之后和处理之前每个像素的蓝色分量，Rw、Gw、Bw是白色的红色分量、绿色分量和蓝色分量；
S13、在处理后照片中，找到G分量与R分量的差值大于阈值、且G分量与B分量的差值大于阈值的区域，将所述区域判定为长藻类的区域；
S14、计算所述长藻类的区域的G分量的平均值。
在一个实施例中，
在所述步骤S1中，通过如下步骤将藻类附着在硅橡胶片上：
将两端开口的管放置在所述硅橡胶片上；
向所述管内加入设定体积、密度的藻类溶液；
使所述管内的藻类溶液干燥，藻类即附着在所述硅橡胶片上；
根据所述设定体积、设定密度以及所述管的横截面积计算所述藻类的密度。
在一个实施例中，
在步骤S2中，
将白色的片状物附着在所述硅橡胶上的藻类旁后进行拍照；
对所述步骤S2中获得的照片进行白平衡处理，计算经过白平衡处理后的照片中藻类区域的G分量平均值。
在一个实施例中，
根据所述白色片状物的面积计算所述步骤S2中硅橡胶上的藻类面积。
本发明还提供了基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量装置，包括如下单元：
第一处理单元，用于测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系；
第二处理单元，用于对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据所述函数关系计算得到所述藻类的密度。
在一个实施例中，
所述第一处理单元还用于：
将表面具有不同密度的藻类的硅橡胶片放在白色背景下并进行拍照得到原始照片；
对所述原始照片进行白平衡处理得到处理后照片：
寻找所述原始照片中亮度最大的像素点，所述亮度最大的像素点的R、G和B分量分别为：Rmax、Gmax、Bmax；
对所述原始照片的所有像素点进行如下处理：
Figure PCTCN2016112805-appb-000002
其中，RA和RB分别表示处理之后和处理之前的每个像素的红色分量， GA和GB分别表示处理之后和处理之前每个像素的绿色分量，BA和BB分别表示处理之后和处理之前每个像素的蓝色分量，Rw、Gw、Bw是白色的红色分量、绿色分量和蓝色分量；
在处理后照片中，找到G分量与R分量的差值大于阈值、且G分量与B分量的差值大于阈值的区域，将所述区域判定为长藻类的区域；
计算所述长藻类的区域的G分量的平均值。
在一个实施例中，
所述第一处理单元还用于：
将两端开口的管放置在所述硅橡胶片上；
向所述管内加入设定体积、密度的藻类溶液；
使所述管内的藻类溶液干燥，藻类即附着在所述硅橡胶片上；
根据所述设定体积、设定密度以及所述管的横截面积计算所述藻类的密度。
本发明的有益效果是：本发明中测量绝缘子表面藻类生长程度的方法避免了从绝缘子表面取下藻类这一步骤，从而避免了取藻过程中带来的巨大误差；该方法现场实施只需要进行拍照，简单易行，无安全隐患，适应不同环境，满足电力生产中对于安全、供电可靠性的要求。
本发明利用白平衡处理方法尽量减少因为天气、光照等因素造成的照片颜色的差异，以避免测量得到的藻类生长程度的误差。
【附图说明】
图1是本发明一种实施例的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法的流程图；
图2是本发明一种实施例的硅橡胶试片和圆管的结构示意图。
【具体实施方式】
以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法， 包括如下步骤：
S1、测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系。本步骤可以在实验室中进行。
S2、对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据所述函数关系计算得到所述藻类的密度，从而得到了现场硅橡胶绝缘子表面藻类的密度。
在一个实施例中，步骤S1可以包括如下步骤：
如图2所示，硅橡胶试片1上表面垂直固定一个透明的两端开口的圆柱形管2(简称圆管)，管2与硅橡胶试片1的连接处用RTV胶密封。硅橡胶试片1与圆管2的尺寸没有具体要求，可以根据实际需要进行调整。在圆管2中注入藻细胞密度已知的藻液，待藻液干燥后，藻类会均匀附着在硅橡胶表面。圆管2的内径为D(单位为cm)，加入藻液的体积为V(单位为ml)，藻液中藻细胞的密度为C(单位为个/ml)，则附着在硅橡胶试片1表面的藻类的密度为：
Figure PCTCN2016112805-appb-000003
若想要得到的藻类密度较大，可以待圆管2中藻液干燥后，再次加入，叠加附着。待藻液干燥后，将圆管2取下，将硅橡胶片1放在白色背景上，例如放在一张白纸上，从正上方垂直方向拍照，注意设置相机开启自动白平衡。将图像导入计算机，提取其中的RGB各分量，利用全反射理论算法，将整个图片做软件白平衡处理，具体方法如下：
首先搜索整个图像中亮度最大的点，这里亮度最大的点定义为RGB三分量相加之后数值最大的像素，这一点将出现在白纸区域。记其红绿蓝三要素的数值分别为Rmax、Gmax、Bmax。之后将所有像素的红绿蓝三要素分别做如下处理：
Figure PCTCN2016112805-appb-000004
上式中RA和RB分别表示处理之后和处理之前的每个像素的红色分量，GA和GB分别表示处理之后和处理之前每个像素的绿色分量，BA和BB分别表示处理之后和处理之前每个像素的蓝色分量，Rw、Gw、Bw是白色的红色分量、绿色分量和蓝色分量，该值一般为255或者少一些，本发明中设置该值为250、250、250。
在上述经过处理的图片中搜索长藻类的区域。由于这种藻类的颜色是绿色，长藻类的区域会明显地呈现绿色，因此对于每个像素，如果其绿色分量与红色分量的差值，以及绿色分量与蓝色分量的差值大于某个阈值时，就属于该图片中的长藻区域。根据效果图来调整该阈值，以尽量剔除环境干扰。之后计算该长藻区域所有像素的G分量的平均值，就得到了该藻类密度下的G分量平均值，将不同长藻密度和其G分量平均值拟合，即得到了其函数关系。
步骤S2可以包括如下步骤：
在现场拍摄硅橡胶的绝缘子长了所述藻类的照片，在一个实施例中，将已知面积的白色片状物(例如白色纸)贴附在绝缘子表面一并拍摄，该白纸的主要所用有两个，其一为拍摄时相机白平衡提供参考点，另一方面提供了面积参照量。可以用于换算长藻面积。用与S1步骤相同的图像白平衡处理的方法，找到长藻区域，计算出该区域内各像素的G分量平均值后，利用S1步骤中得到的函数关系，得到实际的长藻密度，根据白纸的面积，换算出实际的长藻面积。这样就完成了对于该绝缘子表面长藻程度测量。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

  1. 基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，其特征是，包括如下步骤：
    S1、测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系；
    S2、对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据所述函数关系计算得到所述藻类的密度。
  2. 如权利要求1所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，其特征是，所述步骤S1包括如下步骤：
    S11、将表面具有不同密度的藻类的硅橡胶片放在白色背景下并进行拍照得到原始照片；
    S12、对所述原始照片进行白平衡处理得到处理后照片：
    S121、寻找所述原始照片中亮度最大的像素点，所述亮度最大的像素点的R、G和B分量分别为：Rmax、Gmax、Bmax；
    S121、对所述原始照片的所有像素点进行如下处理：
    Figure PCTCN2016112805-appb-100001
    其中，RA和RB分别表示处理之后和处理之前的每个像素的红色分量，GA和GB分别表示处理之后和处理之前每个像素的绿色分量，BA和BB分别表示处理之后和处理之前每个像素的蓝色分量，Rw、Gw、Bw是白色的红色分量、绿色分量和蓝色分量；
    S13、在处理后照片中，找到G分量与R分量的差值大于阈值、且G分量与B分量的差值大于阈值的区域，将所述区域判定为长藻类的区域；
    S14、计算所述长藻类的区域的G分量的平均值。
  3. 如权利要求2所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，其特征是，在所述步骤S1中，通过如下步骤将藻类附着在硅橡胶片上：
    将两端开口的管放置在所述硅橡胶片上；
    向所述管内加入设定体积、密度的藻类溶液；
    使所述管内的藻类溶液干燥，藻类即附着在所述硅橡胶片上；
    根据所述设定体积、设定密度以及所述管的横截面积计算所述藻类的密度。
  4. 如权利要求2所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，其特征是，在步骤S2中，
    将白色的片状物附着在所述硅橡胶上的藻类旁后进行拍照；
    对所述步骤S2中获得的照片进行白平衡处理，计算经过白平衡处理后的照片中藻类区域的G分量平均值。
  5. 如权利要求4所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法，其特征是，
    根据所述白色片状物的面积计算所述步骤S2中硅橡胶上的藻类面积。
  6. 基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量装置，其特征是，包括如下单元：
    第一处理单元，用于测量藻类在不同的密度下的照片对应的G分量平均值，建立藻类密度与G分量平均值的函数关系；
    第二处理单元，用于对长所述藻类的硅橡胶拍照，获得照片中藻类区域的G分量平均值，根据所述函数关系计算得到所述藻类的密度。
  7. 如权利要求6所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量装置，其特征是，所述第一处理单元还用于：
    将表面具有不同密度的藻类的硅橡胶片放在白色背景下并进行拍照得到原始照片；
    对所述原始照片进行白平衡处理得到处理后照片：
    寻找所述原始照片中亮度最大的像素点，所述亮度最大的像素点的R、G和B分量分别为：Rmax、Gmax、Bmax；
    对所述原始照片的所有像素点进行如下处理：
    Figure PCTCN2016112805-appb-100002
    其中，RA和RB分别表示处理之后和处理之前的每个像素的红色分量，GA和GB分别表示处理之后和处理之前每个像素的绿色分量，BA和BB分别表示处理之后和处理之前每个像素的蓝色分量，Rw、Gw、Bw是白色的红色分量、绿色分量和蓝色分量；
    在处理后照片中，找到G分量与R分量的差值大于阈值、且G分量与B分量的差值大于阈值的区域，将所述区域判定为长藻类的区域；
    计算所述长藻类的区域的G分量的平均值。
  8. 如权利要求7所述的基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量装置，其特征是，所述第一处理单元还用于：
    将两端开口的管放置在所述硅橡胶片上；
    向所述管内加入设定体积、密度的藻类溶液；
    使所述管内的藻类溶液干燥，藻类即附着在所述硅橡胶片上；
    根据所述设定体积、设定密度以及所述管的横截面积计算所述藻类的密度。
PCT/CN2016/112805 2015-12-28 2016-12-28 基于图像处理的硅橡胶表面藻类生长程度测量方法及装置 WO2017114439A1 (zh)

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