李振均 姚春羽 何孟元 戴泉勇

摘? 要：文章主要是利用紫外成像技術(shù)及其形態(tài)學(xué)算法，對(duì)絕緣子放電的趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。采用迭代法確定合適的閾值，對(duì)圖像進(jìn)行分割，然后在使用形態(tài)學(xué)濾波將不需要的背景消除干凈，使得圖片清晰輪廓明確，便于將目標(biāo)區(qū)域找出來。對(duì)于目標(biāo)區(qū)域的處理本實(shí)驗(yàn)選擇了不同樣本進(jìn)行比對(duì)：不同電壓、不同污穢等級(jí)、不同濕度環(huán)境這三方面進(jìn)行絕緣子放電趨勢(shì)的研究。最終得出污穢等級(jí)越高、放電越大，這與實(shí)際生活中的理論相吻合，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：紫外成像;放電檢測(cè);圖像分割;形態(tài)學(xué)濾波

中圖分類號(hào)：TM216 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）29-0050-02

Abstract： This paper is mainly concerned with identifying a pattern in insulator discharging using algorithms related to infrared imaging and morphology. The desired threshold is determined by iterative method， the image is segmented， and then the unwanted background is eliminated by morphological filtering， which makes the image clear and clear， so that the target region can be found easily. For the treatment of the target area， this experiment chooses different samples to compare： different voltages， different pollution levels， different humidity environments， and these three aspects are used to study the insulator discharge trend. It is then concluded that the discharging of an insulator increases with its contamination level， which conforms with well-established theories and has certain practical value.

Keywords： infrared imaging; discharge detection; image segmentation; morphological filtering

引言

電力系統(tǒng)中絕緣子數(shù)量眾多，而且一般都在室外，經(jīng)歷了風(fēng)吹雨打、嚴(yán)寒酷暑，不可必免地造成一定的損耗和老化。絕緣被破壞的部分就會(huì)造成局部放電，而局部放電又加速老化，降低絕緣壽命形成惡性循環(huán)，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)的大部分故障是由絕緣被破壞所引起，因此，定期檢查絕緣子的漏電情況是確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施[1]。絕緣子一般被安置在戶外高壓強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下，電力公司會(huì)定期的安排維修人員攜帶著專門的檢測(cè)儀器爬電線桿進(jìn)行檢測(cè)。這不僅工作量十分巨大，檢測(cè)和清洗十分繁瑣不方便而且危險(xiǎn)。所以如何快速找到故障點(diǎn)并且及時(shí)排除故障是目前研究的重點(diǎn)。

目前常用的是紫外檢測(cè)的方法，但是這個(gè)方法存在一定的漏洞盲區(qū)不能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期隱患，而且很大程度上受周圍的環(huán)境影響[2]。本課題嘗試結(jié)合灰度處理，形態(tài)學(xué)濾波的方法既突出圖像優(yōu)化處理能力，又具備非線性處理能力，能夠很好的發(fā)現(xiàn)污穢絕緣子放電趨勢(shì)，從而采取一定的措施排除故障。

1 絕緣子紫外圖像預(yù)處理

1.1 RGB圖像灰度化

由紫外成像儀獲取的圖像為RGB圖像，包含三維數(shù)據(jù)量，不適合批量處理，因此需要通過灰度變換來降維。灰度化的轉(zhuǎn)換方法如式（1）所示：

1.2 紫外圖像分割

本文采用直方圖閾值法進(jìn)行圖像分割[3]。通過設(shè)定一個(gè)閾值，讓每一個(gè)灰度值同這個(gè)閾值相比較，小于閾值設(shè)為0，大于或等于閾值設(shè)為1。閾值的選取分為人工法和自適應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)圖像的批處理，本文采用迭代法自動(dòng)選取閾值，實(shí)現(xiàn)直方圖的自適應(yīng)分割。

算法步驟如下：

（1）確定一個(gè)初始閾值，一般選用直方圖兩個(gè)波谷之間的值;

（2）采用閾值Ti將整個(gè)圖按照對(duì)比度的高低劃分為兩部分，再計(jì)算每一個(gè)部分的灰度平均值μ1和μ2，如式（2）所示：

其中，L是整個(gè)圖像灰度級(jí)值，Pi是灰度級(jí)值i在圖中存在的頻次。

（3）獲得兩區(qū)域的灰度均值后，用式（3）計(jì)算新閾值Ti+1：

（4）重復(fù)步驟2～3，直到Ti+1和Ti的差小于某個(gè)給定值。

相比較人工法，雖然迭代法程序復(fù)雜處理運(yùn)算需要一定的時(shí)間，但是運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確度比較高，而且不用手動(dòng)每一張圖像進(jìn)行人工的調(diào)整閾值，方便批量處理圖像，因此就本文而言迭代方法為選擇閾值分割的最佳方法。

2 形態(tài)學(xué)濾波

圖像開運(yùn)算是一種復(fù)合運(yùn)算，經(jīng)過一開始的腐蝕運(yùn)算過后圖像縮小，開運(yùn)算就是將圖像膨脹彌補(bǔ)先前誤過濾的部分。X被B開運(yùn)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

閉運(yùn)算也是一種復(fù)合運(yùn)算，但是它和開運(yùn)算是相反的過程。它將膨脹之后的圖像再一次的進(jìn)行腐蝕。X被B閉運(yùn)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（5）所示。

迭代法分割后的圖像中存在一定的噪聲影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，可以依次使用開運(yùn)算和閉運(yùn)算進(jìn)行濾波處理，結(jié)果如圖1和圖2所示。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

該實(shí)驗(yàn)采用固定涂層法對(duì)5個(gè)絕緣子進(jìn)行人工涂污，污穢試驗(yàn)等級(jí)參照國(guó)家電網(wǎng)公司的標(biāo)準(zhǔn)[4]。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得60%的濕度環(huán)境下，分別在5組絕緣子上用固體涂層法做成A-F這5種不同的污穢等級(jí)，電壓緩慢地從0開始勻速升高到10kV。然后在距離絕緣子5m的地方用紫外成像儀拍攝污穢絕緣子放電時(shí)的紫外圖像，并且拍攝10秒鐘的視頻，之后以每秒30幀的速率截取曲線制作成樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行分割后，通過統(tǒng)計(jì)分割圖像中的光斑量，獲取污穢等級(jí)與放電強(qiáng)度之間的量化關(guān)系[5]。不同污穢等級(jí)對(duì)應(yīng)的光子量的曲線圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)絕緣子紫外檢測(cè)圖像進(jìn)行分析，并采用迭代直方圖閾值分割算法有效的分割出紫外圖像中的放電光斑區(qū)域，實(shí)現(xiàn)圖像二值化。針對(duì)二值圖像，進(jìn)行特征提取將紫外成像檢測(cè)結(jié)果的量化并進(jìn)行不同污穢等級(jí)放電量的統(tǒng)計(jì)。隨著污穢等級(jí)的不斷升高，在絕緣子下端加上相同的電壓在相同的濕度環(huán)境下，污穢等級(jí)越高，放電的強(qiáng)度也越大。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勝輝.基于紫外成像的污穢懸式絕緣子放電檢測(cè)及評(píng)估[D].華北電力大學(xué)，2011.

[2]何爽，臧春艷，何俊佳，等.污穢絕緣子的紫外成像檢測(cè)[J].高壓電器，2010，46（09）：74-77.

[3]王勝輝，牛雷雷，李浩，等.基于放電紫外成像特征的污穢線路盤形絕緣子絕緣狀態(tài)評(píng)估[J].高壓電器，2019，55（02）：201-207.

[4]律方成，戴日俊，王勝輝，等.基于紫外成像圖像信息的絕緣子表面放電量化方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27（02）：261-268.

[5]賈志東，王林軍，尚曉光，等.基于紫外成像技術(shù)的瓷絕緣子串放電程度量化評(píng)估[J].高電壓技術(shù)，2017，43（05）：1467-1475.