专利名称：基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法
技术领域：
本发明涉及一种复合绝缘子憎水性检测方法，属于输变电设备运行状态检修领域，尤其涉及一种基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，可现场对复合绝缘子喷水进行憎水性检测，不必拆卸复合绝缘子。
技术背景
复合绝缘子有优良的防污闪性能，不容易被击穿，且不会出现瓷绝缘子的零值、低值和玻璃绝缘子的伞群自爆等问题。20世纪80年代，我国专家学者在吸取国外经验的基础上展开了对复合绝缘子的研发，中期样品于80年代末期投入试运行。90年代初，各地相继出现污闪事故，由于耐污性能好，复合绝缘子被投入挂网使用。到1994年底，挂网运行的复合绝缘子达5万支。自此，复合绝缘子入网数量迅猛增加1995年为10万支，1998年为 46万支，2001年为160万支，2005年挂网运行已达300万支。截止2010年12月，国家电网公司管辖的66kV及以上电压等级线路在运复合绝缘子支数占同种电压等级线路所有类型在运绝缘子支数的37. 02%。
从目前的运行情况来看，复合绝缘子的运行可靠性比瓷绝缘子和玻璃绝缘子好。 但是，随着运行年限的增加，伞套材料脆化、硬化、粉化、开裂，芯棒暴露，绝缘表面出现局部放电现象，憎水性能减弱等问题逐渐凸显。绝缘子对电气设备或导体不仅要起绝缘作用，还要起固定悬挂作用，劣化的绝缘子将威胁电网的安全运行。
国内外专家学者对绝缘子的检测方法展开了大量研究，现有的复合绝缘子检测方法有接触式、非接触式，其中接触式检测法包括电压分布法、短路叉法、火花间隙法、光电式检测杆法、声脉冲检测法、泄露电流测量法，非接触式检测法包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、电晕摄像机法、声波检测及无线电波检测法。接触式检测法需要人工登塔操作，不适合现场检测。非接触式检测法中多数方法只对某一种或某几种的故障检测效果明显，但是对其他类型的故障难以检测，而且所需设备昂贵，检测效果不是很理想。
复合绝缘子的外绝缘材质是以硅橡胶为主，由于硅橡胶材料有憎水性，所以复合绝缘子有憎水性和憎水迁移性，具有优良的防污闪性能。然而，复合绝缘子的防污闪性能会随着其憎水性能的改变而改变，而憎水性受周围环境和运行年限的影响，因此要对不同运行状态的复合绝缘子进行憎水性检测。憎水性测量的方法主要接触角法、喷水分级法、憎水性指示函数法。接触角法的测量精度最高，但只能在实验室进行，不适合现场检测。喷水分级法的操作快速、简单，也不适合现场检测。憎水性指示函数法是近几年的研究热点，利用数字图像处理技术来判断复合绝缘子憎水性，现场操作简单，后期处理复杂，目前还处于研究阶段。综上所述，现有的复合绝缘子憎水性检测方法大多只适合在实验室进行，不适合现场带电检测，复合绝缘子的憎水性检测缺乏合适的现场检测方法及装置。
有关这方面的文献报道例如申请号为200520006400. X的名为液晶图形显示高压输电线路复合绝缘子带电检测仪的实用新型专利，公开了一种带电检测高压输电线路复合绝缘子缺陷的装置，能够识别带电复合绝缘子的导通性缺陷、内部脱空和复合绝缘子串中的低零值绝缘。然而，上述专利并没有涉及现场检测复合绝缘子的憎水性的检测方法。
有鉴于此，有必要提供一种基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，可以现场检测复合绝缘子的憎水性，不必拆卸复合绝缘子
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种复合绝缘子憎水性检测的方法，可用于检测线路中复合绝缘子的憎水性能，若憎水性丧失，则应及时更换复合绝缘子。
本发明所采用的技术方案是一种基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，包括以下步骤1)获取喷水前复合绝缘子的高光谱影像用高光谱成像仪对喷水前原始的复合绝缘子成像，获取喷水前复合绝缘子的高光谱影像；2)喷水利用飞行器对复合绝缘子进行喷水；3)获取喷水后复合绝缘子的高光谱影像用高光谱成像仪对喷水后的复合绝缘子成像，获取喷水后复合绝缘子的高光谱影像；4)提取水珠、水迹的光谱特征其步骤包括预处理、变化检测、边缘提取、提取特征；5)判定憎水性等级选取标准憎水性分类等级HClI级的复合绝缘子，提取标准分级的水珠、水迹的特征，获得HClI级对应的光谱特征分级，依据光谱特征的标准分级对目标复合绝缘子的水珠、水迹特征进行分类，目标复合绝缘子的憎水性等级属于与其水珠、水迹特征最相似的分级标准，从而判定目标复合绝缘子的憎水性等级。
如上所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中预处理包括分别对喷水前的复合绝缘子高光谱影像和喷水后的复合绝缘子高光谱影像进行预处理，包括几何校正、滤波去噪、辐射校正。
如上所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中变化检测是利用喷水前后影像上不同的光谱特性进行变化检测，比较喷水前后复合绝缘子同一位置伞群的光谱曲线，确定有水无水情况下，光谱曲线差异最大的波段，将该波段喷水前后的影像进行差值计算，生成灰度图。
如上所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中边缘提取的方法是对灰度图用Carmy算子进行边缘提取，用高斯滤波器平滑，使用4个掩膜检测水平、垂直以及对角线方向的边缘，生成影像中每个点亮度梯度图以及亮度梯度的方向，对梯度幅值进行非极大值抑制，用双阈值算法检测和连接边缘。
本发明的有益效果是通常的憎水性测量法都只能在实验室进行，本发明可现场在线检测复合绝缘子的憎水性，不必拆卸复合绝缘子；复合绝缘子的憎水性分级由计算机判定而不是人，减少了主观性带来的误差。
图1为本发明实施例的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法的技术路线图。
图2为图1中获取喷水前复合绝缘子高光谱影像的实施框图。
图3为图1中获取喷水后复合绝缘子高光谱影像的实施框图。
图4为图1中提取水珠、水迹光谱特征的方法框图。
图5为本发明实施例的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法憎水性等级判定流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
附图中的标记说明1-获取喷水前的高光谱影像，2-获取喷水后的高光谱影像， 3-提取水珠、水迹特征，4-判定憎水性等级，1. 1-复合绝缘子，1. 2-高光谱成像仪，1. 3-喷水前的复合绝缘子高光谱影像，2. 1-飞行器，2. 2-喷水后复合绝缘子的高光谱影像， 3. 1-预处理，3. 2-变化检测，3. 3-边缘提取，3. 4-提取特征，4. 1-目标复合绝缘子水珠、水迹的特征，4. 2-标准憎水性分类等级HCf 7级的复合绝缘子，4. 3-提取标准分级的水珠、水迹的特征，4. 4-Η0Γ7级对应的光谱特征分级，4. 5-分类，4. 6-判定目标复合绝缘子的憎水性等级。
本发明的工作原理水在憎水性等级不同的复合绝缘子表面会呈现出不同的状态，在憎水性能好的复合绝缘子表面，水珠的轮廓清晰；在憎水性能差的复合绝缘子表面， 水珠形状不规则，轮廓模糊，或连成一片。用普通相机获取复合绝缘子影像时，将有水珠的影像再输入计算机时，由于设备、人为等因素影响，图像质量都不高。水珠透明性高，普通相机拍摄出来的影像上水珠可能跟复合绝缘子背景的灰度差较小，而且水珠对光的一侧会相对模糊，导致达不到很好的水珠识别效果。高光谱成像仪获取的是复合绝缘子表面的光谱信息，水和有机材料的光谱反射率不同，因此，复合绝缘子表面有水和没水两种状态的辐射信息不同，可以用高光谱影像分析复合绝缘子表面的水迹情况。同时，复合绝缘子表面水的分布情况在高光谱影像上可以显示出来，根据纹理特征判断水珠、水迹的分布情况，从而确定复合绝缘子的憎水性等级。
图1为本发明的技术流程图，首先要用高光谱成像仪对喷水前原始的复合绝缘子成像，获取喷水前的影像1，喷水，迅速获取喷水后的影像2，然后提取水珠、水迹的光谱特征3，最后与标准分级比较确定原复合绝缘子的憎水性等级。
本发明提供的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测技术，首先用高光谱成像仪直接对复合绝缘子成像，获取未喷水复合绝缘子的高光谱影像。然后获取喷水后复合绝缘子高光谱影像，实施框图如图3所示。利用飞行器2. 1对复合绝缘子1. 1进行喷水后，迅速用高光谱成像仪1. 2对喷水后的复合绝缘子成像。在此过程中，需保证喷水前后高光谱成像仪、复合绝缘子的位置不变。
图4为图1中提取水珠、水迹光谱特征的方法。分别对喷水前的复合绝缘子高光谱影像1. 3和喷水后的复合绝缘子高光谱影像2. 2进行预处理，包括几何校正、去噪、辐射校正。然后，利用喷水前后影像上不同的光谱特性进行变化检测3. 2，比较喷水前后复合绝缘子同一位置伞群的光谱曲线，确定有水无水情况下，光谱曲线差异最大的波段；将该波段喷水前后的影像进行差值计算，生成灰度图。接着，对灰度图用Carmy算子进行边缘提取3. 3， 用高斯滤波器平滑，使用4个掩膜检测水平、垂直以及对角线方向的边缘，生成影像中每个点亮度梯度图以及亮度梯度的方向；对梯度幅值进行非极大值抑制，用双阈值算法检测和连接边缘。最后，提取水珠、水迹的特征3. 4，本发明采用现有形状因子法计算水珠的形状信息，形状因子如下式所示
权利要求
1.一种基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，包括以下步骤1)获取喷水前复合绝缘子的高光谱影像用高光谱成像仪对喷水前原始的复合绝缘子成像，获取喷水前复合绝缘子的高光谱影像；2)喷水利用飞行器对复合绝缘子进行喷水；3)获取喷水后复合绝缘子的高光谱影像用高光谱成像仪对喷水后的复合绝缘子成像，获取喷水后复合绝缘子的高光谱影像；4)提取水珠、水迹的光谱特征其步骤包括预处理、变化检测、边缘提取、提取特征；5)判定憎水性等级选取标准憎水性分类等级HClI级的复合绝缘子，提取标准分级的水珠、水迹的特征，获得HClI级对应的光谱特征分级，依据光谱特征的标准分级对目标复合绝缘子的水珠、水迹特征进行分类，目标复合绝缘子的憎水性等级属于与其水珠、水迹特征最相似的分级标准，从而判定目标复合绝缘子的憎水性等级。
2.根据权利要求1所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中预处理包括分别对喷水前的复合绝缘子高光谱影像和喷水后的复合绝缘子高光谱影像进行预处理，包括几何校正、滤波去噪、辐射校正。
3.根据权利要求2所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中变化检测是利用喷水前后影像上不同的光谱特性进行变化检测，比较喷水前后复合绝缘子同一位置伞群的光谱曲线，确定有水无水情况下，光谱曲线差异最大的波段，将该波段喷水前后的影像进行差值计算，生成灰度图。
4.根据权利要求3所述的基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于，步骤4)中边缘提取的方法是对灰度图用Carmy算子进行边缘提取，用高斯滤波器平滑，使用 4个掩膜检测水平、垂直以及对角线方向的边缘，生成影像中每个点亮度梯度图以及亮度梯度的方向，对梯度幅值进行非极大值抑制，用双阈值算法检测和连接边缘。
全文摘要
本发明提供一种基于高光谱的复合绝缘子憎水性检测方法，首先用高光谱成像仪对喷水前原始的复合绝缘子成像，获取喷水前的影像，用飞行器喷水，迅速获取喷水后的影像，然后提取水珠、水迹的光谱特征，最后与标准分级比较确定原复合绝缘子的憎水性等级。本发明可现场在线检测复合绝缘子的憎水性，不必拆卸复合绝缘子；复合绝缘子的憎水性分级由计算机判定而不是人，减少了主观性带来的误差。
文档编号G01N13/00GK102519846SQ20111041958
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者付晶, 胡霁, 邵瑰玮, 闵绚 申请人:国网电力科学研究院