基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，包括以下步骤：S1、采集弓网的紫外波段信号；S2、对S1采集的燃弧进行能量等级评估；S3、计算燃弧持续的时间；S4、利用红外热像仪和光学相机对弓网进行抓拍；S5、计算红外热像仪有效区域内弓网平均温度，判断是否有燃弧；S6、对红外热像仪检测到的燃弧进行能量等级评估；S7、对光学图像进行区域定位及阈值分割；S8、对光学相机采集到的燃弧能量等级进行评估；S9、计算最终的燃弧能量等级。本发明专利技术通过紫外、红外、光学图像对燃弧进行检测及能量分级，得出否有燃弧及燃弧能量两个信息，从而能够准确、可靠、安全地对铁路弓网以及高压线路的燃弧进行检测。

【技术实现步骤摘要】
基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法
本专利技术属于燃弧检测
，特别涉及一种基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法。
技术介绍
现有的燃弧检测方法主要有四种方法：第一种是检测车检验方法，此方法不能做到实时性检测，且必须在停运后才能进行检测，费时费力；第二种是接触式弓网检测方法，此检测方法围绕弓网接触压力展开检测，安装工艺复杂，并且这种检测方法在列车高速运行时可能会引起新的弓网故障；第三种是图像处理方法，若单独采用此方法对弓网燃弧进行检测，要求摄像机采集频率高，且需要后续的图像处理，但由于受复杂环境的影响，造成效果并不号，且价格昂贵；第四种是紫外相机检验，此方法采用的紫外相机价格昂贵，且频率只能达到30Hz左右，达不到1～5ms的检测精度要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过紫外、红外、光学图像对燃弧进行三次检测及能量分级，最后得出此段弓网是否有燃弧及燃弧能量两个信息，能够准确地、低成本地、安全地对城市地铁线弓网燃弧进行检测的基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，包括以下步骤：S1、紫外探测仪以200～2000Hz(根据检测的精度要求来定义该频率，频率越高、精度越高)的频率采集紫外波段信号，判断每次采集到的紫外波段信号是否出现在240～260nm或323～329nm之间(取决于材料而定)，若是则代表出现燃弧；并将采集到的紫外波段信号通过光电传感器转换为电信号Vd，然后通过数模转换，将电压信号转换为数字信号，若出现燃弧则记为01，否则记为00；S2、对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nz；S3、计算燃弧持续的时间ti：其中，c为01持续的次数，当燃弧出现的时候，01就出现，紫外探测仪继续以200～2000Hz的频率进行信号采集，从01出现到00出现的这段时间内出现的01的次数即为c；f指紫外探测仪传输数据的频率；S4、出现01信号时，触发红外热像仪和光学相机对弓网进行抓拍，设在ti时间段内分别获得Z1帧红外热像仪图像和Z2帧光学图像；S5、利用红外热像仪提取各帧红外热像仪图像中超过100℃的区域，记为有效区域，计算每帧图像有效区域的平均温度Tiu；然后利用公式(2)计算ti时间段内弓网平均温度Ti：若Ti>100℃则确定此处有燃弧，执行步骤S6，否则返回步骤S1；S6、对红外热像仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nh；S7、对光学图像进行区域定位及阈值分割，并通过光学图像判断是否有燃弧，若是则执行步骤S8，否则返回步骤S1；S8、对光学相机采集到的燃弧能量进行等级评估，结果记为Nt；S9、若紫外、红外和光学图像三者都检测出此段弓网有燃弧，则确定此弓网段有燃弧；并且通过下式计算最终的燃弧能量：[N]＝[0.3Nz+0.5Nh+0.2Nt]式中，[]表示向上取整。进一步地，所述步骤S2中对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估的具体实现方法为：若01连续出现1次以下，令Nz＝0；若01连续出现1～3次，则令Nz＝1；若01连续出现4～6次，则令Nz＝2；若01连续出现7～9次，则令Nz＝3；若01连续出现10～13次，则令Nz＝4；若01连续出现14～17次，则令Nz＝5；若01连续出现18～21次，则令Nz＝6；若01连续出现次数≥22，则令Nz＝7。进一步地，所述步骤S6中对红外热像仪检测到的燃弧进行能量等级评估的具体实现方法为：若燃弧温度低于100℃，则令Nh＝0；若燃弧温度为100℃～250℃，则令Nh＝1；若燃弧温度为250℃～300℃，则令Nh＝2；若燃弧温度为300℃～350℃，则令Nh＝3；若燃弧温度为350℃～400℃，则令Nh＝4；若燃弧温度为400℃～450℃，则令Nh＝5；若燃弧温度为450℃～500℃，则令Nh＝6；若燃弧温度为500℃～550℃，则令Nh＝7；若燃弧温度≥550℃，则令Nh＝8；上述温度范围区间均包括下限值不包括上限值。进一步地，所述步骤S7包括以下子步骤：S71、若光学图像是彩色图像，则对彩色的光学图像进行灰度处理：Yin＝0.65R+0.33G+0.02Bn代表在ti时间内第n帧光学图像，R、G、B分别表示该帧光学图像中R、G、B的强度值；若光学图像是灰度图像，则无需进行灰度处理，直接执行步骤S72；S72、定位受电弓和接触网相接触的矩形区域为光学图像的有效区域：将灰度图像原始坐标系下的各个点投影到极坐标系下，极坐标系的聚集点便为图像中的直线；对直线进行拟合，筛选出灰度图像中分别表征受电弓和接触网的直线；以受电弓和接触网的交点为中心，以受电弓为基准进行矩形区域选择；所述矩形区域的横向长度为：受电弓长度+左右各50个像素点；矩形区域的纵向长度为：以受电弓为基准向上截取200个像素点，向下截取整个图像；S73、利用下式对步骤S72中得到的矩形区域进行阈值分割：Ynj表示第n帧图像中的第j个像素点；K代表预设的阈值；若此处灰度比K大，则证明此像素点有燃弧，否则此像素点没有燃弧；S74、统计步骤S73得到的燃弧像素点个数，记为an；S75、利用下式计算ti时间内燃弧像素点数均值作为此段时间内的像素点个数：进一步地，所述步骤S8中对光学相机采集到的燃弧能量等级进行评估的具体实现方法为：若燃弧面积小于1个像素点，令Nt＝0；若燃弧面积为1～50个像素点，则令Nt＝1；若燃弧面积为50～100个像素点，则令Nt＝2；若燃弧面积为100～200个像素点，则令Nt＝3；若燃弧面积为200～300个像素点，则令Nt＝4；若燃弧面积≥300个像素点，则令Nt＝5；上述燃弧面积范围区间均包括下限值不包括上限值。本专利技术的有益效果是：本专利技术将紫外检测、红外检测和图像检测三种测量方法相融合，通过紫外、红外、光学图像对燃弧进行三次检测及能量分级，最后得出此段弓网是否有燃弧及燃弧能量两个信息，能够准确地、低成本地、安全地对城市地铁线弓网燃弧进行检测。附图说明图1为本专利技术的燃弧检测方法流程图；图2为紫外探测仪采集特征紫外信号数据示意图；图3为本专利技术实施例的红外热像仪采集图像；图4为本专利技术实施例的红外热像仪采集图像有效区域；图5为本专利技术实施例的光学相机采集图像的有效区域。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示，一种基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，包括以下步骤：S1、紫外探测仪以200～2000Hz(根据检测的精度要求来定义该频率，频率越高、精度越高)的频率采集紫外波段信号，判断每次采集到的紫外波段信号是否出现在240～260nm或323～329nm之间(取决于材料而定)，若是则代表出现燃弧；并将采集到的紫外波段信号通过光电传感器转换为电信号Vd，然后通过数模转换，将电压信号转换为数字信号，若出现燃弧则记为01，否则记为00，如图2所示；S2、对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nz；具体实现方法为：若01连续出现1次以下，令Nz＝0；若01连续出现1～3次，则令Nz＝1；若01连续出现4～6次，则令Nz＝2；若01连续出现7～9次，则令Nz＝3；若01连续出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、紫外探测仪以200～2000Hz的频率采集紫外波段信号，判断每次采集到的紫外波段信号是否出现在240～260nm或323～329nm之间，若是则代表出现燃弧；并将采集到的紫外波段信号通过光电传感器转换为电信号Vd，然后通过数模转换，将电压信号转换为数字信号，若出现燃弧则记为01，否则记为00；S2、对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nz；S3、计算燃弧持续的时间ti：

【技术特征摘要】
1.基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、紫外探测仪以200～2000Hz的频率采集紫外波段信号，判断每次采集到的紫外波段信号是否出现在240～260nm或323～329nm之间，若是则代表出现燃弧；并将采集到的紫外波段信号通过光电传感器转换为电信号Vd，然后通过数模转换，将电压信号转换为数字信号，若出现燃弧则记为01，否则记为00；S2、对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nz；S3、计算燃弧持续的时间ti：其中，c为01持续的次数；f指紫外探测仪的频率；S4、出现01信号时，触发红外热像仪和光学相机对弓网进行抓拍，设在ti时间段内分别获得Z1帧红外热像仪图像和Z2帧光学图像；S5、利用红外热像仪提取各帧红外热像仪图像中超过100℃的区域，记为有效区域，计算每帧图像有效区域的平均温度Tiu；然后利用公式(2)计算ti时间段内弓网平均温度Ti：若Ti>100℃则确定此处有燃弧，执行步骤S6，否则返回步骤S1；S6、对红外热像仪检测到的燃弧进行能量等级评估，结果记为Nh；S7、对光学图像进行区域定位及阈值分割，并通过光学图像判断是否有燃弧，若是则执行步骤S8，否则返回步骤S1；S8、对光学相机采集到的燃弧能量等级进行评估，结果记为Nt；S9、若紫外、红外和光学图像三者都检测出此段弓网有燃弧，则确定此弓网段有燃弧；并且通过下式计算最终的燃弧能量等级：[N]＝[0.3Nz+0.5Nh+0.2Nt]式中，[]表示向上取整。2.根据权利要求1所述的基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，其特征在于，所述步骤S2中对紫外探测仪检测到的燃弧进行能量等级评估的具体实现方法为：若01连续出现1次以下，令Nz＝0；若01连续出现1～3次，则令Nz＝1；若01连续出现4～6次，则令Nz＝2；若01连续出现7～9次，则令Nz＝3；若01连续出现10～13次，则令Nz＝4；若01连续出现14～17次，则令Nz＝5；若01连续出现18～21次，则令Nz＝6；若01连续出现次数≥22，则令Nz＝7。3.根据权利要求1所述的基于紫外、红外和光学图像相融合的燃弧检测方法，其特征在于，所述步骤S6中对红外热像仪检测到的燃弧进行能量等级评估的具体实现方法为：若燃弧温度低于100℃，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：方黎勇，王思维，
申请(专利权)人：南京视道信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32