基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法和系统，采用近红外相机捕捉开关站设备的近红外图像，通过分析开关站设备玻璃区域的图像可以得到玻璃表面凝露的状况，从而准确判断凝露现象的发生。本申请可有效减少光照对检测的影响，同时采用非接触式的检测方式，提高开关站设备凝露检测的准确性和安全性。

Dew Detection Method and System for Switching Station Equipment Based on Near Infrared Image Analysis

【技术实现步骤摘要】
基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法和系统
本申请属于电力设备运行维护领域，具体涉及一种基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法和系统。
技术介绍
当空气中水分含量很高，水蒸气在空气中达到饱和时，在温度相对较低的物体上凝结产生凝露。由于电力设备内部温度较高，当外部温度较低时，凝露常发生于电力设备的内壁。凝露的发生会严重影响开关设备的安全稳定运行：造成继电保护等设备的误动作、腐蚀机械机构、大幅度削弱设备绝缘性能。目前变电站内高压电气设备凝露检测手段主要通过温度湿度传感器预测、在高压电气设备内安装凝露传感器、或是采用可见光摄像头拍摄分析图像。采用温湿度传感器只能对凝露的产生进行预测，无法可靠检测到凝露，因此会有大量的误报警和漏报警；在高压电器设备内安装凝露传感器可以对凝露有可靠预测，但是在安装检测设备时需要停止高压带电设备运行，检测设备的绝缘能力也会影响高压设备运行的可靠性；采用可见光摄像头拍摄受到光照影响很大，玻璃的反光、室内光照度不足都会大大降低检测准确性。近红外光(NearInfrared，NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波，其定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780～1100nm)和近红外长波(1100～2526nm)两个区域。水分子在波长1940nm、1450nm区域有很好的吸收性，可用于测量凝露。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法和系统，有效减少光照对检测的影响，同时采用非接触式的检测方式，提高开关站设备凝露检测的准确性和安全性。为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，所述开关站设备具有透明的玻璃窗口，所述近红外图像通过近红外相机获得，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，包括：根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置，确定开关站设备的检测点；通过位于所述检测点的近红外相机获取所述玻璃窗口的14比特图像，并将所述14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像；对所述8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，对所述边缘点进行连通性检测，将面积与所述玻璃窗口的面积一致的边缘链所包裹的区域作为玻璃窗口区域；对所述玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，将滤波后各边缘链所包裹的区域作为凝露点，根据凝露点的面积与玻璃窗口区域所对应的面积的比例得到开关站设备中的凝露程度。作为优选，所述确定开关站设备的检测点时，调节近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置的横向和纵向的差距均不超过10个像素。作为优选，所述将14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像，包括：设14比特图像中的像素原始值为Pi，j，其中i和j分别为像素的行号和列号；亮度归一化处理：归一化后得到的14比特图像的像素值为双边带滤波：双边带滤波后得到基底图像的像素值为式中，cov()为卷积运算，为归一化处理后的像素值，G1G2为高斯核，其中G1、G2根据以下公式获得：式中，σ1为0.02倍的图像长宽中的最大值，s为卷积像素与中心像素的距离；式中，σ2为0.4，s为卷积像素与中心像素数值的距离；得到细节图像：将归一化后得到的14比特图像的像素值与基底图像的像素值相减得到细节图像的像素值像素重新合成：根据基底图像的像素值和细节图像的像素值得到压缩后的14比特图像的像素值式中，c为压缩系数，c等于0.2；输出8比特图像的像素值完成14比特图像向8比特图像的转换：式中，为中的最大值，为中的最小值。作为优选，所述对8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，包括：LoG算子滤波：用和图像进行卷积运算，其中：式中，x，y分别代表图像的行方向和列方向，G为高斯核，其中G根据以下公式获得：式中，σ为5，s为卷积像素与中心像素的距离；计算梯度方向θ和幅度H：式中，Gx为像素点在行方向梯度值，Gy为像素点在列方向梯度值，且，Gx＝cov(Sx，P)Gy＝cov(Sy，P)式中，P为待求解梯度方向和幅度的像素点；根据求解得到的各个像素点的幅度，进行非极大值抑制处理，处理后得到候选边缘点，并标记幅度大于高阈值的候选边缘点为强边缘点，标记幅度在高阈值以下，低阈值以上的候选边缘点为弱边缘点，并将幅度小于低阈值的候选边缘点进行抑制处理，其中高阈值为180，低阈值为90；标记完成后通过滞后边界跟踪算法对弱边缘点进行滤波，得到最终的强边缘点和弱边缘点作为8比特图像中的边缘点。作为优选，所述对玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，包括：去除玻璃窗口区域内的边缘链的连通边缘点数量小于6或大于20的边缘链。本申请还提供一种基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测系统，所述开关站设备具有透明的玻璃窗口，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测系统包括沿所述开关站设备布置的导轨，以及固定安装在导轨一侧的服务器，活动安装在导轨上的近红外相机，所述服务器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置，确定开关站设备的检测点；通过位于所述检测点的近红外相机获取所述玻璃窗口的14比特图像，并将所述14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像；对所述8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，对所述边缘点进行连通性检测，将面积与所述玻璃窗口的面积一致的边缘链所包裹的区域作为玻璃窗口区域；对所述玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，将滤波后各边缘链所包裹的区域作为凝露点，根据凝露点的面积与玻璃窗口区域所对应的面积的比例得到开关站设备中的凝露程度。作为优选，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测系统还包括与所述近红外相机连接的旋转云台，与所述旋转云台连接的升降吊架，以及用于驱动升降吊架沿所述导轨运动的伺服电机系统；所述服务器根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置，确定开关站设备的检测点时，执行如下操作：控制所述伺服电机系统驱动升降吊架移动至待检测的开关站设备的正前方，并获取控制的脉冲数值；控制所述升降吊架升降至近红外相机的镜头的中心位置在纵向上与开关站设备的中心位置相差不超过10个像素，并获取控制的使能时间；控制旋转云台转动至近红外相机的镜头的中心位置在横向上与开关站设备的中心位置相差不超过10个像素，并获取旋转云台的转动角度；根据得到的所述脉冲数值、使能时间和转动角度确定开关站设备的检测点。作为优选，所述服务器将14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像时，执行如下操作：设14比特图像中的像素原始值为Pi，j，其中i和j分别为像素的行号和列号；亮度归一化处理：归一化后得到的14比特图像的像素值为双边带滤波：双边带滤波后得到基底图像的像素值为式中，cov()为卷积运算，为归一化处理后的像素值，G1G2为高斯核，其中G1、G2根据以下公式获得：式中，σ1为0.02倍的图像长宽中的最大值，s为卷积像素与中心像素的距离；式中，σ2为0.4，s为卷积像素与中心像素数值的距离；得到细节图像：将归一化后得到的14比特图像的像素值与基底图像的像素值相减得到细节图像的像素值像素重新合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，所述开关站设备具有透明的玻璃窗口，所述近红外图像通过近红外相机获得，其特征在于，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，包括：根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置，确定开关站设备的检测点；通过位于所述检测点的近红外相机获取所述玻璃窗口的14比特图像，并将所述14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像；对所述8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，对所述边缘点进行连通性检测，将面积与所述玻璃窗口的面积一致的边缘链所包裹的区域作为玻璃窗口区域；对所述玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，将滤波后各边缘链所包裹的区域作为凝露点，根据凝露点的面积与玻璃窗口区域所对应的面积的比例得到开关站设备中的凝露程度。

【技术特征摘要】
1.基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，所述开关站设备具有透明的玻璃窗口，所述近红外图像通过近红外相机获得，其特征在于，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，包括：根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置，确定开关站设备的检测点；通过位于所述检测点的近红外相机获取所述玻璃窗口的14比特图像，并将所述14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像；对所述8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，对所述边缘点进行连通性检测，将面积与所述玻璃窗口的面积一致的边缘链所包裹的区域作为玻璃窗口区域；对所述玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，将滤波后各边缘链所包裹的区域作为凝露点，根据凝露点的面积与玻璃窗口区域所对应的面积的比例得到开关站设备中的凝露程度。2.如权利要求1所述的基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，其特征在于，所述确定开关站设备的检测点时，调节近红外相机的镜头的中心位置与所述玻璃窗口的中心位置的横向和纵向的差距均不超过10个像素。3.如权利要求1所述的基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，其特征在于，所述将14比特图像进行数据压缩后得到8比特图像，包括：设14比特图像中的像素原始值为Pi，j，其中i和j分别为像素的行号和列号；亮度归一化处理：归一化后得到的14比特图像的像素值为双边带滤波：双边带滤波后得到基底图像的像素值为式中，cov()为卷积运算，为归一化处理后的像素值，G1G2为高斯核，其中G1、G2根据以下公式获得：式中，σ1为0.02倍的图像长宽中的最大值，s为卷积像素与中心像素的距离；式中，σ2为0.4，s为卷积像素与中心像素数值的距离；得到细节图像：将归一化后得到的14比特图像的像素值与基底图像的像素值相减得到细节图像的像素值像素重新合成：根据基底图像的像素值和细节图像的像素值得到压缩后的14比特图像的像素值式中，c为压缩系数，c等于0.2；输出8比特图像的像素值完成14比特图像向8比特图像的转换：式中，为中的最大值，为中的最小值。4.如权利要求1所述的基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，其特征在于，所述对8比特图像进行边缘检测，得到8比特图像中的边缘点，包括：LoG算子滤波：用和图像进行卷积运算，其中：式中，x，y分别代表图像的行方向和列方向，G为高斯核，其中G根据以下公式获得：式中，σ为5，s为卷积像素与中心像素的距离；计算梯度方向θ和幅度H：式中，Gx为像素点在行方向梯度值，Gy为像素点在列方向梯度值，且，Gx＝cov(Sx，P)Gy＝cov(Sy，P)式中，P为待求解梯度方向和幅度的像素点；根据求解得到的各个像素点的幅度，进行非极大值抑制处理，处理后得到候选边缘点，并标记幅度大于高阈值的候选边缘点为强边缘点，标记幅度在高阈值以下，低阈值以上的候选边缘点为弱边缘点，并将幅度小于低阈值的候选边缘点进行抑制处理，其中高阈值为180，低阈值为90；标记完成后通过滞后边界跟踪算法对弱边缘点进行滤波，得到最终的强边缘点和弱边缘点作为8比特图像中的边缘点。5.如权利要求1所述的基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测方法，其特征在于，所述对玻璃窗口区域内的边缘链进行滤波，包括：去除玻璃窗口区域内的边缘链的连通边缘点数量小于6或大于20的边缘链。6.基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测系统，所述开关站设备具有透明的玻璃窗口，其特征在于，所述基于近红外图像分析的开关站设备凝露检测系统包括沿所述开关站设备布置的导轨，以及固定安装在导轨一侧的服务器，活动安装在导轨上的近红外相机，所述服务器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：根据所述近红外相机的镜头的中心位置与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱株，
申请(专利权)人：浙江奥脉特机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33