基于可见光图像色度和发射光谱的交流沿面放电研究

发布时间：2020-04-12 13:15

【摘要】：设备的沿面放电特性很大程度上影响着其绝缘性能的优劣,深入研究沿面放电的物理机制和诊断技术对改善电气设备的绝缘设计,实行绝缘监测以及预防绝缘事故都具有重大现实意义。普通数码相机拍摄的可见光放电图像包含丰富的空间色度和形态信息,且长曝光时间更能反映放电的统计规律,但是现有的研究很少将其运用于沿面放电的检测。本文通过观测和分析放电可见光图像和放电发射光谱,分别研究了暗环境和日光环境中的交流沿面放电,并总结出暗环境下沿面放电过程中的色度变化规律,提出了日光环境下沿面放电严重程度的色度诊断指标,为当前沿面放电数字图像的研究提供了新的思路和视角。对于暗环境下的沿面放电,本文用白色陶瓷板和红色电木板两种颜色的介质板进行了实验,并分别利用可见光图像的三基色RGB数据,和发射光谱中可见光波段的数据,计算了不同电压下对应的色品坐标,建立起沿面放电发射光谱与可见光图像色度指标的相互关系,实现微观物理辐射过程和宏观物理状态量的关联,可以发现:(1)两种计算方法都表明随着电压升高,色品坐标沿着等能白点与纯蓝色点之间的连线,向纯蓝色点方向靠近,反映出放电发光随电压升高会呈现出饱和度越来越高的蓝色;(2)发射光谱的色品坐标动态范围大于可见光图像的色品坐标动态范围;发射光谱的色品坐标随电压的变化率大于可见光图像的色品坐标变化率;(3)可见光图像的色品坐标随电压变化呈现出更稳定、更接近线性的规律;(4)发射光谱的色品坐标基本不受介质颜色影响,而基于可见光图像的色品坐标明显受到介质颜色的影响,且受影响程度与放电光辐射强度成正相关关系,通过选取亮度较低的部分像素代替全体像素代入计算,可以明显削弱这种影响。上述关联研究成果将有助于识别放电状态的可见光图像色度技术水平的提高。对于日光环境下的沿面放电,为了克服日光和介质颜色对色度指标的影响,本文提出一种利用色度学指标与统计学指标相结合的分析方法,检测图像中介质表面色度特征的局部突变来诊断沿面放电。(1)采用R、G、B转换的色调Hue描述颜色,克服曝光强度的影响;(2)采用统计量标准得分(记为Z)衡量沿面放电在介质局部造成的色调偏离程度,并将色调突变的判据定为|Z|3.0,克服了日光和介质颜色的影响;(3)统计了存在色调突变的区域面积占比,记为P,用来衡量放电的发展程度;(4)分别用白色陶瓷板和红色电木板进行了实验,对于两种介质,P都随电压升高而增大,且0P≤0.1可对应沿面放电的起始阶段,0.1P≤0.5可对应发展阶段,P0.5可对应预击穿阶段。上述结果说明利用可见光图像色度信息和统计指标相结合,可以诊断日光下沿面放电的状态。
【图文】：

色度图,色度图

纯色被白光冲淡的程度；亮度 I 体现了亮度的无色概念分量从一幅可见光图像中承载的彩色信息分开，这种描彩的参数 H（取值范围[0°，360°]）可以由 RGB 经来：,H360 ,B GB G 1/22( ) ( ) / 2arccos( ) ( )( )R G R BR G R B G B 一种使用广泛的与设备无关的彩色空间称为 CIE xyY 彩开发（CIE 是机构名称首字母缩写）。其中，，以 x 和 y 的的图形（见图 2-3），称为色度图。

灰度直方图,灰度直方图,图像分割,分量

（c） B 分量图的灰度直方图图 3-11 图像分割后 R、G、B 分量图的灰度直方图（白色陶瓷板，外施电压 9kV）瓷板为例，拍摄暗环境中不同电压下的沿面放素之后，对剩下的像素分别求 R、G、B 分量的平坐标。一个电压对应一对色品坐标，将所有电压 3-12（a）；画出色品坐标 x、y、z 随外施电压
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM855

【参考文献】