基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法及系统，设计合理，灵活方便，只要风力发电机组运行，则其就能够实时准确的进行测量，设备依赖程度低，易于实现。所述方法包括：获取固定摄像机采集的风力发电机扇叶转动的连续视频，采集时间不少于扇叶转动半圈的时间；读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像，从第一帧开始提取设定帧数图像中清晰度最高的一帧图像作为模板图，对除设定帧数图像以外的所有帧图像进行直方图均衡化，得到对比图；对模板图和对比图进行轮廓提取，利用欧式距离进行图像匹配，得到与模板图最相似的对比图作为匹配图；根据模板图和匹配图之间的帧差，计算得到对应的风力发电机扇叶的转速。算得到对应的风力发电机扇叶的转速。算得到对应的风力发电机扇叶的转速。

Measurement method and system of wind turbine blade speed based on image processing

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体为基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。其工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。为了提高风力发电机在大风时的可靠性和安全性，为发电机超速保护提供判断依据，因此需要对风力发电机进行转速测量。
[0003]现有的风速测量的方法多种多样，但是均是使用传感器结合嵌入式技术的方法：热式风速仪、三杯点涡流式传感器、三杯光耦感应式传感器；或者是计数脉冲测量的方法。但是由于风机的位置一般都较为偏远，风机所处的高度较高，环境也相对不利于维修维护，因此现有的传感器或者芯片在使用时存在着维护不便，有时还会出现测量偏差的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法及系统，设计合理，灵活方便，只要风力发电机组运行，则其就能够实时准确的进行测量，设备依赖程度低，易于实现。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，包括：
[0007]获取固定摄像机采集的风力发电机扇叶转动的连续视频，采集时间不少于扇叶转动半圈的时间；
[0008]读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像，从第一帧开始提取设定帧数图像中清晰度最高的一帧图像作为模板图，对除设定帧数图像以外的所有帧图像进行直方图均衡化，得到对比图；
[0009]对模板图和对比图进行轮廓提取，利用欧式距离进行图像匹配，得到与模板图最相似的对比图作为匹配图；
[0010]根据模板图和匹配图之间的帧差，计算得到对应的风力发电机扇叶的转速。
[0011]可选的，所述读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像后，还包括如下对每帧图像的灰度化处理步骤，
[0012]通过能量梯度函数，计算每帧图像中每个像素点x方向和y方向的相邻像素的灰度值之差的平方和，并作为所述每个像素点的梯度值，对所有像素梯度值累加作为所述每帧图像的清晰度评价函数值。
[0013]可选的，所述对模板图和对比图进行轮廓提取时，采用sobel边缘检测算法对模板图和对比图进行轮廓提取。
[0014]可选的，所述利用欧式距离进行图像匹配，具体步骤如下，
[0015]将模板图和对比图压缩到预设的匹配大小；
[0016]利用如下公式计算模板图和对比图的欧氏距离d，
[0017][0018]其中，i为像素点数序号，和为模板图和对比图对应的灰度值，N为像素点的数量；
[0019]取欧氏距离最小的一帧对比图，为与模板图最相似一帧对比图，作为匹配图。
[0020]可选的，所述取欧氏距离最小的一帧对比图，为与模板图最相似一帧对比图，具体步骤如下，
[0021]根据模板图和对比图的欧氏距离绘制二维曲线图，横轴为帧数，纵轴为欧氏距离，二维曲线图与零逼近的波谷即为相似度最大的对比图，作为匹配图；
[0022]其中，若采集时间为扇叶转动多圈，则通过波谷数值比较，能够得到最逼近横轴的多个波谷，舍去最大帧数的波谷对应的对比图，获取得到多个对应不同转动角度的匹配图。
[0023]可选的，所述根据模板图和匹配图之间的帧差，计算得到对应的风力发电机扇叶的转速，具体包括，
[0024]计算得到模板图和匹配图对应的帧差，根据帧差得到转过对应角度所需时间T；
[0025]根据得到的时间，由下式得到对应转动角度的风力发电机扇叶的转速；
[0026]w＝r/T；
[0027]v＝rR/π；
[0028]其中：w为扇叶角速度，v为扇叶线速度，R为扇叶半径，r为旋转角度。
[0029]基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量系统，包括，
[0030]图像获取模块，用于获取固定摄像机采集的风力发电机扇叶转动的连续视频，采集时间不少于扇叶转动半圈的时间；
[0031]图像预处理模块，用于读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像，从第一帧开始提取设定帧数图像中清晰度最高的一帧图像作为模板图，对除设定帧数图像以外的所有帧图像进行直方图均衡化，得到对比图；
[0032]图像匹配模块，用于对模板图和对比图进行轮廓提取，利用欧式距离进行图像匹配，得到与模板图最相似的对比图作为匹配图；
[0033]转速计算模块，用于根据模板图和匹配图之间的帧差，计算得到对应的风力发电机扇叶的转速。
[0034]一种计算机设备，包括：
[0035]存储器，用于存储计算机程序；
[0036]处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法。
[0037]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0039]本专利技术基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，可以从不同的角度固定摄像头采集扇叶转动的视频，由于三个扇叶的形状大小相同，转动120度就会出现相同的帧图片，采集时间要保证扇叶的转动为半圈以上，就能够比对得到理论上相似度最高的两帧图片；从而通过视频的采集，而非直接的传感器输出，就能够实时的，在不同位置通过计算机视觉的方式计算风力发电机扇叶转速，进行转速的测量；采用数字图像处理技术，方法灵活，易于实现，成本较低；并且不限制拍摄使用工具，对于任意相机或摄像机，任意分辨率的图像皆可使用。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实例中所述方法的流程图。
[0041]图2为本专利技术实例中所述系统的结构框图。
[0042]图3为本专利技术实例中所述风力发电机的图像采集示意图。
[0043]图中：1、2、3分别表示风力发电机的三个扇叶。
具体实施方式
[0044]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0045]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0046]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0047]本专利技术可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，其特征在于，包括：获取固定摄像机采集的风力发电机扇叶转动的连续视频，采集时间不少于扇叶转动半圈的时间；读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像，从第一帧开始提取设定帧数图像中清晰度最高的一帧图像作为模板图，对除设定帧数图像以外的所有帧图像进行直方图均衡化，得到对比图；对模板图和对比图进行轮廓提取，利用欧式距离进行图像匹配，得到与模板图最相似的对比图作为匹配图；根据模板图和匹配图之间的帧差，计算得到对应的风力发电机扇叶的转速。2.根据权利要求1所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，其特征在于，所述读取连续视频的帧数，分帧得到每帧图像后，还包括如下对每帧图像的灰度化处理步骤，通过能量梯度函数，计算每帧图像中每个像素点x方向和y方向的相邻像素的灰度值之差的平方和，并作为所述每个像素点的梯度值，对所有像素梯度值累加作为所述每帧图像的清晰度评价函数值。3.根据权利要求1所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，其特征在于，所述对模板图和对比图进行轮廓提取时，采用sobel边缘检测算法对模板图和对比图进行轮廓提取。4.根据权利要求1所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，其特征在于，所述利用欧式距离进行图像匹配，具体步骤如下，将模板图和对比图压缩到预设的匹配大小；利用如下公式计算模板图和对比图的欧氏距离d，其中，i为像素点数序号，和为模板图和对比图对应的灰度值，N为像素点的数量；取欧氏距离最小的一帧对比图，为与模板图最相似一帧对比图，作为匹配图。5.根据权利要求4所述的基于图像处理的风力发电机的扇叶转速测量方法，其特征在于，所述取欧氏距离最小的一帧对比图，为与模板图最相似一帧对比图，具体步骤如下，根据模板图和对比图的欧氏距离绘制二维曲线图，横轴为帧数，纵轴为...

【专利技术属性】
技术研发人员：皇甫玮，姚红宾，姚兵印，田元，王明佺，王靖程，李晓博，米珂，姚玲玲，于博文，李萌，何晨博，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：