基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法技术

本发明专利技术涉及继电器电弧参数的测量技术领域，尤其涉及基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，包括如下步骤：将继电器固定；继电器动作，传感器实时测量继电器触头间的电流及电压，图像采集设备拍摄电弧图像；结合电流电压波形图对电弧图像进行局部截取和放大；对电弧动态变化过程的图像进行预处理；通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧动态变化过程的图像进行图像分割；绘制电弧直径的动态变化曲线；绘制电弧面积的动态变化曲线。本发明专利技术提供的方法能够实现对继电器电弧形貌参数的测量，测量精度及准确度比较高，处理速度也比较快，能够大幅提高继电器电弧形貌参数的测量效率。参数的测量效率。参数的测量效率。

【技术实现步骤摘要】
基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法


[0001]本专利技术涉及继电器电弧参数的测量
，尤其涉及基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法。

技术介绍

[0002]继电器作为一种自动控制电器，通常用于控制大功率负载，如电机、加热器等，将小电流信号转换为大电流控制信号。因此，继电器在控制过程中很容易产生电弧现象，进而影响继电器的工作稳定性和寿命。当继电器的触点开始分离时，由于触点之间存在电感和电容等元件，电流不会立即中断。这时，电流会在接点之间形成一个电弧，电弧会导致接点之间的电压急剧上升，形成一个高温、高能量的等离子体区域，产生强烈的光和声波。电弧产生的高温和高能量会对继电器触点造成烧蚀，使得触点表面出现氧化、熔融和腐蚀等现象。这些现象会使触点表面的金属材料流失，触点的接触电阻增大，从而影响继电器的正常工作。同时电弧产生的高温和高能量会使得继电器触点表面的金属材料与周围氧气反应，形成氧化物，这些氧化物会使得触点表面的金属材料变得脆弱，容易破裂和脱落，从而影响继电器的正常工作。电弧产生的高温和高能量使得继电器触点表面的金属材料发生弹性变形，这些变形会导致触点的形状和尺寸发生变化，从而影响触点的接触性能和寿命。
[0003]综上，继电器电弧对触头系统的寿命有很大的影响，它是触头表面粗糙度和接触电阻性能退化的根本原因。因此继电器电弧参数的准确、快速、自动化测量对提高继电器产品的可靠性乃至整个行业制造检测水准具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，通过基于图像视觉特征分析技术的继电器动作拍摄系统对继电器一个完整动作周期内的电弧图像进行采集，通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧图像进行图像分割，获得电弧直径及电弧面积的数据，绘制出电弧直径的动态变化曲线及电弧面积的动态变化曲线。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：
[0006]基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其包括如下步骤：S1：将继电器固定在继电器动作拍摄系统的底座上；S2：通过同步触发器发送信号控制继电器动作，传感器实时测量继电器触头间的电流及电压，并传输给计算机绘制出电流电压波形图，同时控制继电器动作拍摄系统的图像采集设备进行同步采集，拍摄继电器触头完整动作的电弧图像并实时保存到计算机中；S3：结合电流电压波形图对电弧图像进行局部截取和放大，截取电流电压波形图起弧时刻至燃烧时刻时间段内的电弧图像作为电弧动态变化过程的图像；S4：对电弧动态变化过程的图像进行灰度化处理、二值化处理及去噪处理；S5：通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧动态变化过程的图像进行图
像分割；S6：通过标尺比对计算图像中灰度值大于设定阈值的像素点的宽度，获得电弧直径的动态变化曲线；S7：通过计算电弧动态变化过程的图像中灰度值大于设定阈值的像素点的数量，根据标尺转换为像素点的实际面积，得到电弧面积的动态变化曲线。
[0007]优化的，步骤S2中图像采集设备的拍摄帧率为10000Hz，图像分辨率为624
×
620，曝光时间为88us，一次拍摄周期为3s。进一步，步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行灰度化处理时按照式（1）进行灰度值处理，使电弧动态变化过程的图像由包含三种颜色通道的彩色图像转换为具有单一颜色通道的灰度图像；灰度值=0.299
×
R+0.587
×
G+0.114
×
B
ꢀꢀ
（1）；
[0008]其中：R表示像素点的红色分量，G表示像素点的绿色分量，B表示像素点的蓝分量。
[0009]进一步，步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行二值化处理时，对电弧动态变化过程的图像中灰度值大于设定阈值的像素点不做任何改变，将灰度值小于设定阈值的像素点灰度值设置为0。进一步，步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行去噪处理时，采用均值滤波器对每个像素点周围的像素点按照式（2）进行平均处理，去除图像中的噪声；
[0010]其中：表示坐标为(x,y)的像素点的灰度值，n表示滤波器的深度，表示坐标为(x+i,y+j)的像素点的灰度值，表示滤波器的半径，i表示像素点的横坐标，j表示像素点的纵坐标。
[0011]进一步，步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行平均处理后，再进行开运算处理。进一步，步骤S5中通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧动态变化过程的图像进行图像分割时，将卷积层最后一层输出的H
×
W
×
C的特征图后面添加一个1x1的卷积层，将通道数C变成目标类别数K，使第个像素点属于目标类别数K的概率值满足式（3）；其中：表示1x1的卷积核，表示偏置项，H表示图像的高度，W表示图像的宽度，C表示通道数；
[0012]进一步，步骤S6中获得电弧直径的动态变化曲线具体包括如下步骤：D1：从上至下遍历图像，通过标尺获取图像中灰度值大于设定阈值的像素点的最大x坐标及最小x坐标，然后根据最大x坐标及最小x坐标利用勾股定理计算电弧的图像最大
直径；D2：通过标尺的比例关系对电弧的图像最大直径进行实际转换，得到电弧的实际直径；D3：对每帧图像按照步骤D1
‑
D2进行相同的处理后，将电弧的实际直径绘制出电弧直径的动态变化曲线。
[0013]进一步，步骤S7中获得电弧面积的动态变化曲线具体包括如下步骤：E1：遍历图像中的每一个像素点，获取图像中灰度值大于设定阈值的像素点的数量；E2：通过标尺测量及计算获取图像中灰度值大于设定阈值的一个像素点的电弧图像面积，再通过标尺刻度的比例关系得出一个像素点的实际面积，然后再用一个像素点的实际面积乘以图像中灰度值大于设定阈值的像素点的数量，得到电弧的实际面积；E3：对每帧图像按照步骤E1
‑
E2进行相同的处理，将电弧的实际面积绘制出电弧面积的动态变化曲线。
[0014]专利技术的有益效果：本专利技术通过基于图像视觉特征分析技术的继电器动作拍摄系统对继电器一个完整动作周期内的电弧图像进行采集，通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧图像进行图像分割，获得电弧直径的数据，绘制出电弧直径的动态变化曲线，获得电弧面积的数据，绘制出电弧面积的动态变化曲线，实现了对继电器电弧形貌参数的测量，测量精度及准确度比较高，处理速度也比较快，能够大幅提高继电器电弧形貌参数的测量效率。
附图说明
[0015]图1是本专利技术电弧直径的动态变化曲线图。
[0016]图2是本专利技术电弧面积的动态变化曲线图。
具体实施方式
[0017]基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，具体包括如下步骤：S1：将继电器固定在继电器动作拍摄系统的底座上，确保继电器在继电器动作拍摄系统的底座上不会产生晃动；S2：通过同步触发器发送信号控制继电器动作，传感器实时测量继电器触头间的电流及电压，并传输给计算机绘制出电流电压波形图，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将继电器固定在继电器动作拍摄系统的底座上；S2：通过同步触发器发送信号控制继电器动作，传感器实时测量继电器触头间的电流及电压，并传输给计算机绘制出电流电压波形图，同时控制继电器动作拍摄系统的图像采集设备进行同步采集，拍摄继电器触头完整动作的电弧图像并实时保存到计算机中；S3：结合电流电压波形图对电弧图像进行局部截取和放大，截取电流电压波形图起弧时刻至燃烧时刻时间段内的电弧图像作为电弧动态变化过程的图像；S4：对电弧动态变化过程的图像进行灰度化处理、二值化处理及去噪处理；S5：通过改进的卷积神经网络的图像分割算法将电弧动态变化过程的图像进行图像分割；S6：通过标尺比对计算图像中灰度值大于设定阈值的像素点的宽度，获得电弧直径的动态变化曲线；S7：通过计算电弧动态变化过程的图像中灰度值大于设定阈值的像素点的数量，根据标尺转换为像素点的实际面积，得到电弧面积的动态变化曲线。2.根据权利要求1所述的基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其特征在于：步骤S2中图像采集设备的拍摄帧率为10000Hz，图像分辨率为624
×
620，曝光时间为88us，一次拍摄周期为3s。3.根据权利要求1所述的基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其特征在于：步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行灰度化处理时按照式（1）进行灰度值处理，使电弧动态变化过程的图像由包含三种颜色通道的彩色图像转换为具有单一颜色通道的灰度图像；灰度值=0.299
×
R+0.587
×
G+0.114
×
B
ꢀꢀ
（1）；其中：R表示像素点的红色分量，G表示像素点的绿色分量，B表示像素点的蓝分量。4.根据权利要求3所述的基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其特征在于：步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行二值化处理时，对电弧动态变化过程的图像中灰度值大于设定阈值的像素点不做任何改变，将灰度值小于设定阈值的像素点灰度值设置为0。5.根据权利要求4所述的基于图像视觉特征的继电器电弧形貌参数的测量方法，其特征在于：步骤S4中对电弧动态变化过程的图像进行去噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟铭，李文华，杨兴林，赵文泽，范家赫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：