一種硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法，具體涉及采用圖像處理識(shí)別 技術(shù)進(jìn)行硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)的判定。
【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)行中的絕緣子長(zhǎng)期受到電暈、閃絡(luò)、污穢等因素的影響，尤其在濕潤(rùn)條件下，瓷 和玻璃絕緣子的外絕緣強(qiáng)度會(huì)急劇降低，從而引發(fā)電網(wǎng)的大規(guī)模污閃事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造 成重大損失。實(shí)踐表明，采用硅橡膠絕緣子代替?zhèn)鹘y(tǒng)絕緣子（瓷或玻璃絕緣子），可以有效 遏制污閃事故的發(fā)生。硅橡膠絕緣子之所以在電網(wǎng)防污改造中得到大量應(yīng)用，因其表面具 有良好的憎水性以及憎水迀移性。但是掛網(wǎng)運(yùn)行中的硅橡膠絕緣子受到電場(chǎng)、電暈、雨雪以 及污穢等綜合因素下，其表面憎水性會(huì)發(fā)生一定的變化。目前，已有大量文獻(xiàn)刊登關(guān)于硅橡 膠絕緣子憎水性機(jī)理以及引發(fā)憎水性變化特性的因素，有關(guān)該方面的研究成果對(duì)硅橡膠絕 緣子的生產(chǎn)工藝、運(yùn)維與檢修等方面工作提供理論依據(jù)。
[0003] 硅橡膠絕緣子表面材料主要成分為甲基乙烯基硅氧燒，俗稱(chēng) PDMS(polydim-ethylsiloxane)，PDMS分子結(jié)構(gòu)特性決定了娃橡膠絕緣子表面所具有的特 性。PDMS分子結(jié)構(gòu)主鏈由Si原子和0原子交替排列而成，呈現(xiàn)出螺旋狀。運(yùn)行于戶(hù)外的硅 橡膠絕緣子，表面染污后，硅橡膠表面所具有的憎水性迀移到親水性的污穢層上，從而該污 穢層也表現(xiàn)出一定憎水性，所以說(shuō)染污后的硅橡膠絕緣子表面具有憎水迀移性。正是其具 有的憎水迀移性，與其他絕緣子相對(duì)比，硅橡膠絕緣子具有優(yōu)良的耐污閃性能。
[0004] 戶(hù)外硅橡膠絕緣子表面憎水性等級(jí)將不可避免的發(fā)生變化，硅橡膠絕緣子表面所 具憎水性特性會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間以及受電暈、閃絡(luò)、污穢、溫度、雨雪等綜合因素影響而出現(xiàn) 下降趨勢(shì)或甚至完全喪失。硅橡膠絕緣子的憎水性以及憎水迀移特性的下降具體表現(xiàn)是耐 污閃能力變低，從而對(duì)電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。截至目前為止，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者 針對(duì)硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)檢測(cè)方法進(jìn)行了大量研究和實(shí)驗(yàn)，盡管有些檢測(cè)方法已在實(shí) 際得到應(yīng)用，但是大部分憎水性檢測(cè)與評(píng)估方法仍處于不成熟階段，更多是依靠人工或者 繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)其憎水性進(jìn)行檢測(cè)，歸納起來(lái)包括：IEC/TS 62073-2003推薦測(cè)試法（按 一定規(guī)范在絕緣表面噴水，再根據(jù)絕緣子表面的水滴形狀和水滴分布狀況把憎水性分為 HCl~HC7共七個(gè)等級(jí)）、指示函數(shù)法以及基于圖像處理與數(shù)學(xué)算法的智能算法。因此研究 一種硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定技術(shù)是非常有實(shí)用工程價(jià)值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的問(wèn)題及指針式儀表圖像識(shí)別的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種硅 橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法，不需要提前建立模板圖像數(shù)據(jù)庫(kù)以及對(duì)圖像進(jìn)行一系列 復(fù)雜預(yù)處理計(jì)算。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法，包括下述的步 驟：
[0007] 1)獲取帶水珠的硅橡膠絕緣子彩色圖像并進(jìn)行灰度化處理；
[0008] 2)將灰度化后的圖像進(jìn)行濾波去噪和重構(gòu)；
[0009] 3)圖像二值化處理，將憎水性圖像中的目標(biāo)水珠與絕緣層背景進(jìn)行區(qū)分，形成二 值化圖像；
[0010] 4)從二值化圖像提取最大水跡的面積比、形狀因子和盒維數(shù)特征；
[0011] 5)基于SVM方法，采取RBF核函數(shù)，特征碼取為最大水跡的面積比K、形狀因子fc、 盒維數(shù)D，將復(fù)合絕緣子憎水性等級(jí)分為HCl~HC3、HC4~HC5和HC6~HC7三大類(lèi)；
[0012] 6)基于多重分形的方法，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)憎水性圖像樣本HCl~HC7的廣義維數(shù)譜Dq-q 曲線(xiàn)，將憎水性等級(jí)由三個(gè)大類(lèi)細(xì)分為7個(gè)等級(jí)；
[0013] 7)通過(guò)比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)憎水性圖像樣本的Dq-q曲線(xiàn)，判斷待測(cè)樣本所屬憎水性等級(jí)。
[0014] 步驟2)采用Haar小波函數(shù)進(jìn)行濾波處理，然后進(jìn)行逆向小波變換，最終到達(dá)重構(gòu) 目的。
[0015] 步驟3)基于最大類(lèi)間方法找到圖像的一個(gè)合適的灰度閾值，所述合適的灰度閾 值為前景和背景圖像的方差最大時(shí)的值。
[0016] 所述盒維數(shù)計(jì)算采用網(wǎng)格法。
[0017] 采用SVM方法前對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。
[0018] 步驟5)利用標(biāo)準(zhǔn)樣本的K、fc和D值進(jìn)行訓(xùn)練，將憎水性等級(jí)分為三大類(lèi)，將待測(cè) 樣本的三個(gè)參數(shù)代入，得到待測(cè)樣本所屬憎水性類(lèi)別。
[0019] 步驟6)建立三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)圖，對(duì)應(yīng)步驟5)劃分的三個(gè)類(lèi)別，在劃分三大類(lèi)基礎(chǔ) 上，進(jìn)一步劃分憎水性等級(jí)。
[0020] HC1-HC3之間等級(jí)，q值在[-0. 5, 2];其余等級(jí)下，q值取值在[-1，1]之間。
[0021] 步驟7)如果待測(cè)絕緣子圖像的廣義維數(shù)值序列與相應(yīng)狀態(tài)下的某標(biāo)準(zhǔn)Dq- q曲線(xiàn) 最接近，則屬于此憎水性等級(jí)。
[0022] 步驟7)根據(jù)分形維數(shù)序列組的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判斷，計(jì)算公式如下：
[0024] 式中，A；表示標(biāo)準(zhǔn)樣本HCx的維數(shù)序列，X e [1，7]之間的整數(shù)，貧表示待測(cè)樣本 k的維數(shù)序列。
[0025] 本發(fā)明與其他絕緣子等級(jí)檢測(cè)技術(shù)最大的不同是不需要提前建立模板圖像數(shù)據(jù) 庫(kù)以及對(duì)圖像進(jìn)行一系列復(fù)雜預(yù)處理計(jì)算，通過(guò)對(duì)圖像去噪分割重構(gòu)提取形狀因子及分形 維數(shù)，基于SVM和多重分形方法模型來(lái)判定憎水性等級(jí)，能夠準(zhǔn)確的區(qū)分絕緣子憎水性等 級(jí)速，為絕緣子污穢等級(jí)提供很好的判據(jù)，方便于輸變電工作人員和巡檢人員監(jiān)控高壓塔 上絕緣子污穢情況，具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明提供的一種硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法流程圖；
[0027] 圖2為一個(gè)實(shí)施例中對(duì)原始彩色圖像進(jìn)行灰度化處理后的圖像；
[0028] 圖3為將圖2采用小波函數(shù)去噪和重構(gòu)后的圖像；
[0029] 圖4為將圖3采用大類(lèi)間差分割得到的圖像；
[0030] 圖5由圖4的實(shí)施例得到，其中（a)最大水跡的形狀因子；(b)最大水跡的面積比； (c)最大水跡的盒維數(shù)值；
[0031] 圖6由圖5的實(shí)施例建立，其中（a)HCl_HC3標(biāo)準(zhǔn)樣本的Dq-q曲線(xiàn)；(b)改變q測(cè) 度后HC1-HC3標(biāo)準(zhǔn)樣本的D q-q曲線(xiàn)；（c)HC4_HC5標(biāo)準(zhǔn)樣本的Dq-q曲線(xiàn)；（d)HC6_HC7標(biāo)準(zhǔn) 樣本的D q-q曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明的硅橡膠絕緣子憎水性等級(jí)判定方法，流程圖如圖1，具體來(lái)說(shuō)包括以下具 體實(shí)施步驟：
[0033] 1.通過(guò)高壓塔上的視頻攝像頭獲取有水珠的硅橡膠絕緣子原始彩色圖像，并將圖 像傳回安裝有圖像處理功能的計(jì)算機(jī)，并對(duì)傳回的彩色圖像進(jìn)行灰度化處理，如圖2所示。
[0034] 2.將灰度圖像進(jìn)行Haar小波去噪和重構(gòu)：
[0035] 對(duì)于憎水性圖像的分解濾波過(guò)程中，主要是對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行處理，而在光照不均 勻情況下噪聲可以采用一定的補(bǔ)償；通過(guò)選取合適的小波函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像中的信號(hào) 進(jìn)行分解與重構(gòu)；本發(fā)明一個(gè)實(shí)例中僅對(duì)高頻系數(shù)進(jìn)行噪聲濾除，選定某個(gè)閾值和相應(yīng)閾 值函數(shù)對(duì)高頻處理，將其分解為高頻、低頻系數(shù)，在各自系數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，得到新的高 頻系數(shù)，處理后的新系數(shù)經(jīng)逆向小波變換重構(gòu)圖像，得到去噪后的憎水性圖像。
[0036] 在小波變換分析中，有兩個(gè)重要的函數(shù)，分別是：
[0037] Haar小波尺度函數(shù)：
[0041] 小波變換基本思路是利用縮放和平移的一系列函數(shù)表示出傅里葉變換中的函數(shù) 或信號(hào)。傅里葉變換能提供頻率域的信息，但存在丟失時(shí)間方面的局部信息問(wèn)題；而小波變 換既能通過(guò)平移函數(shù)獲取待分析信號(hào)的時(shí)間信息，又能通過(guò)縮放函數(shù)獲取待分析信號(hào)的頻 率域信息。
[0042] 這一步具體包括：
[0043] I)Haar小波變換分解法對(duì)圖像分解表達(dá)式如下：
[0044] fj= ω 】J…+ ω 〗Jfj J…+ ω 0+f。 (3)
[0045] 其中ω j i、f』i表達(dá)式分別為：
[0048] 式中系數(shù)f1和Af1經(jīng)相應(yīng)迭代而得：
[0051] 式中，H和L為高、低通濾波器。當(dāng)j = J時(shí)，是由取樣信號(hào)
來(lái)確定，當(dāng)j 一直減小，最終達(dá)到符合要求的級(jí)別。
[0052] 2)在對(duì)高、低頻系數(shù)處理后，需要進(jìn)行逆向小波變換，最終到達(dá)重構(gòu)的目的。根據(jù) Haar重構(gòu)定理：
[0053] f = f。+ ω。+ ω A ω 2+…+ ω 〗i (8)
[0054] 對(duì)式（8)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到表達(dá)式為：
[0056] Haar小波函數(shù)去噪重構(gòu)后的圖像，如圖3所示。
[0057] 3.對(duì)Haar小波去噪后的圖像采用最大類(lèi)間方差分割圖像：根據(jù)圖像的灰度分布 特性，使受處理圖像分為目標(biāo)和背景