一种低压电流互感器霉菌试验结果的评价方法与流程

本发明涉及霉菌试验结果评价技术领域，更具体地说，涉及一种低压电流互感器霉菌试验结果的评价系统及方法。

背景技术：

根据国家电网公司企业标准《q/gdw1572-2014计量用低压电流互感器技术规范》中规定，低压电流互感器全性能检测霉菌需满足a级(户外)标准，霉菌a级的互感器外露于空气的绝缘零部件应按国家标准gb/t2423.16-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验j及导则：长霉》的规定进行28天的长霉试验，试验后的长霉程度不超过2级的规定。

目前的评价方法为：用肉眼观察试品长霉面积，长霉面积不超过测试面积的25％即合格。然而，仅通过肉眼观察有时难以判断长霉面积是否超过规定。现在国内外针对电工电子产品长霉试验的研究极少，相关文献研究重点主要集中在对长霉试验标准技术指标的分析，以及国内外长霉试验标准的比对。针对低圧电流互感器长霉试验结果的评价研究更是空白。因此，有必要提出一种简单有效的低圧电流互感器长霉试验结果的定量评价系统及方法，提高试验结果的准确性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提出了一种低压电流互感器霉菌试验结果的评价方法，更准确对长霉试验结果进行定量评价，解决现在技术中肉眼难以判断长霉面积比重是否超过标准的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

设计一种低压电流互感器霉菌试验结果的评价方法，该评价方法包括以下步骤：

步骤1)：采集低压电流互感器长霉前和长霉后的图像。采用图像信息采集装置采集图像，该装置包括载物台，载物台一侧固定有限位台，限位台与伸缩杆的一端固定，伸缩杆的另一端与支撑杆固定，支撑杆与伸缩杆保持垂直关系，在支撑杆上设置有补光灯触摸键、补光灯、摄像头，补光灯触摸键根据环境的亮度情况控制补光灯的灯光强度；载物台上设置有定位线，低压电流互感器放置在定位线内；摄像头用于采集低压电流互感器的图像信息，摄像头采集的图像信息通过数据线输出至上位机，上位机通过数据线为补光灯和摄像头提供电源。初步判断长霉面积是否接近总面积的25％，若远远小于25％，则说明低压电流互感器长霉试验结果合格，不需要进行定量评价；若难以通过肉眼判断，则跳转至步骤2)。

步骤2)：图像灰度化处理。摄像头采集到的低压电流互感器图像为彩色图像，若直接对采集到的彩色图像进行操作，则对上位机的系统和图像处理算法的要求较高，这样不仅会增加硬件设备的成本投入，而且直接对红绿蓝(简称rgb)图像进行处理就需要分别对rgb图像的r分量、g分量和b分量进行处理，还会大幅度增加图像处理的复杂程度并降低图像处理的速度。因此，先将采集到的低压电流互感器的rgb图像按公式(1)转换成灰度图像。

y＝0.229r+0.587g+0.114b(1)

其中，y为亮度，即rgb图像转换成灰度图像后对应像素点的灰度值。

步骤3)：图像滤波处理。由于在图像的产生、传送和储存中总是难免受到各种噪声源的干扰，因此有必要采取各种技术去除图像中的噪声成分，对图像进行增强。图像滤波是图像增强的主要内容之一，其主要目的在于消除各种可能在图像采集、量化等过程中或图像传送过程中产生的干扰和噪音。图像滤波的难点在于尽量在抑制噪声同时，不使图像边缘模糊。而种植滤波是常用的数字平滑滤波方法，它在消除图像噪声同时，最大程度避免了图像边缘的模糊。设二维图像的灰度集合为{xi，j，(i，j)∈z2}，z2是二维整数集。大小为a＝m×n(含奇数个像素)的窗口内像素值中值被定义为：

公式(2)表示把窗口内的奇数个像素按照灰度值大小排列，取中间像素值赋给yi,j，然后以yi,j取代二维窗口a中的中心像素值作为中值滤波的输出。

步骤4)：图像灰度直方图处理。对低压电流互感器长霉前和长霉后的图像进行灰度处理同时，还可以得到其灰度直方图。灰度直方图是反映一幅图像中各个灰度级与各灰度级像素出现频率之间的关系，它概括地反映了一幅图像的灰度级内容和图像可观的信息，反映了图像的灰度分布情况。离散函数h(rk)＝nk是灰度级为[0，l-1]范围的数字图像的直方图，其中rk是低级灰度，nk是图像中灰度级为rk的像素个数。通常以图像中的像素总数(用n表示)来除以nk(k＝0,1……l-1)，得到归一化的灰度直方图。

步骤5)：图像二值化处理。灰度直方图正如它的定义一样可以反映一幅图像的灰度分布情况，给人以可视的图像灰度信息，进而根据直方图进行灰度值的选择与判断。长霉前后的低压电流互感器灰度直方图具有二峰性，表明这个图的较亮区域(载物台和低压电流互感器被测面积)和较暗区域(霉斑)可以较好地分离，以峰谷为阈值点，可以得到较好的二值化处理效果。

对灰度图像进行二值化的基本思想是确定一个阈值，然后把每个像素点的灰度值和阈值比较，根据比较的结果把该像素划分为两类：目标和背景。

设原始图像为f(x,y)，二值化分割图像的方法为：

公式(3)中，f(x,y)表示图像f(x,y)中坐标(x,y)处的像素值，g(x,y)表示二值化处理后的图像中坐标(x,y)处的像素值，t是二值化分割阈值。

为了进一步提高阈值选取的准确性，需对长霉前后的低压电流互感器灰度图像进行处理。

令fa(x,y)为长霉前低压电流互感器的灰度值函数，fb(x,y)为长霉后的低压电流互感器的灰度值函数。

f(x,y)＝fb(x,y)-fa(x,y)(4)

按公式(4)进行计算，f(x,y)为长霉后的低压电流互感器灰度值减去长霉前的低压电流互感器灰度值，由于载物台和被试面的灰度值差异不大，所以运算后载物台和未长霉表面的灰度值为0或接近0(灰度值不能为负，差值为负数时其灰度值为0)，而霉斑的灰度值保持不变。

由此绘制出基于f(x,y)的灰度图像，可以非常直观将目标和背景区分开，基于此进行图像的二值化，阈值选取将简便而准确。

选取不需要人为设定参数的otsu算法确定阈值，ostu算法是全局阈值法的一种经典算法，是常用的二值化分割方法之一。该算法的数学基础是最小二乘法，计算出来的二值化阈值能使背景目标区域像素的平均灰度值、背景区域像素的平均灰度值与整个图像像素的平均灰度值之间的差别最大，otsu算法的计算过程为：设图像的像素总数为n，图像的灰度级为l，那么图像的灰度范围为[0,l-1]，灰度值为i的像素数为ni，则i的概率为：

把图像中的像素按灰度值用阈值t分成两类c0和c1，c0对应于灰度值在[0,t-1]之间的像素，c1对应于灰度值在[t,l-1]之间的像素，则c0和c1的概率分别为：

c0和c1的灰度平均值分别为：

整个图像的灰度均值为：

u＝w0u0+w1u1(8)

定义类间方差为：

σ²＝w0(u0-u)²+w1(u1-u)²(9)

令t在[0,l-1]范围内，以步长1依次递增取之。当σ²最大时对应的t即为最佳阈值。

步骤6)：获得长霉面积所占比例。

经otsu算法处理后的低压电流互感器和霉斑的二值图。不难发现，低压电流互感器和霉菌区域的图像完全被提取出来。根据低压电流互感器长霉区域的二值化图的亮像素点数占据低压电流互感器长霉前的二值化图的亮像素点数的比例，即为长霉面积所占比例。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明采用的图像信息采集装置，加入补光灯、定位线等设计不仅可在环境光源不足时进行补光，还能使得所得图像具有一致性，为低压电流互感器的图像处理提供了高质量的图像信息；本发明采用图像处理技术，对采集图像进行灰度处理、滤波处理、二值化处理，准确计算出低压电流互感器的长霉比例。

附图说明

图1为本发明采用图像信息采集装置的正面示意图；

图2为本发明采用图像信息采集装置的俯视示意图；

图3为本发明实施例中低压电流互感器长霉前后的灰度对照图(其中，(a)图表示长霉前；(b)图表示长霉后)；

图4为本发明实施例中低压电流互感器长霉前后的灰度直方对比图(其中，(a)图表示长霉前；(b)图表示长霉后)；

图5为本发明实施例中低压电流互感器长霉前后的二值化对比示意图(其中，(a)图表示长霉前被测面二值化图；(b)图表示长霉后长霉部位二值化图)。

【附图标记说明】：1：支撑杆；2：补光灯触摸键；3：补光灯；4：摄像头；6：伸缩杆；7：限位台；8：低压电流互感器；9：定位线；10：载物台。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供了一种低压电流互感器霉菌试验结果的评价方法，该评价方法采用如图1和图2所示的图像信息采集装置采集图像，该装置包括载物台10，载物台10一侧固定有限位台7，所述限位台7与伸缩杆6的一端固定，伸缩杆6的另一端与支撑杆1固定，支撑杆1与伸缩杆6保持垂直关系，在支撑杆1上设置有补光灯触摸键2、补光灯3、摄像头4，补光灯触摸键2根据试验环境的亮度情况控制补光灯3的灯光强度。载物台10上设置有定位线9，低压电流互感器8放置在定位线9内，保证低压电流互感器8在每次摆放时都有一个相对固定的参考位置。伸缩杆6可以通过伸缩调节摄像头4与低压电流互感器8的距离，摄像头4用于采集低压电流互感器8的图像信息，当环境光源不足时，由补光灯3进行补光，摄像头4采集的图像信息通过数据线输出至上位机。数据线通过上位机向补光灯3和摄像头4提供电源。

在使用图像信息采集装置采集低压电流互感器8长霉前和长霉后的图像准确性，在长霉前和长霉后低压电流互感器8在载物台10上的位置和摆放方式应保持完全一致；支撑杆1的高度最高可为41.6mm，摄像头4拍摄角度垂直载物台10，在摆放低压电流互感器8时，应该尽量保证被拍摄的面处于摄像机4镜头的正下方。

低压电流互感器8长霉前，经过灰度算法处理后，摄像头4采集的图像信息如图3(a)所示；低压电流互感器8长霉后，摄像头4采集的图像信息如图3(b)所示。通过对低压电流互感器8长霉前的灰度图(如图3(a)所示)和低压电流互感器8长霉后的灰度图(图3(b)所示)的各个灰度级以及各灰度级像素出现频率进行统计，得到低压电流互感器8长霉前的灰度直方图(如图4(a)所示)和低压电流互感器8长霉后的灰度直方图(图4(b)所示)。将低压电流互感器8长霉后的灰度图函数与低压电流互感器8长霉前的灰度图函数作差得到低压电流互感器8长霉区域的灰度图函数。再根据otsu算法确定阈值，对低压电流互感器8长霉前的灰度图(如图3(a)所示)和低压电流互感器8长霉后的长霉区域(如图3(b)所示)进行图像二值化处理，得到低压电流互感器8长霉前的二值化图(如图5(a)所示)和低压电流互感器8长霉区域的二值化图(如图5(b)所示)。根据低压电流互感器8长霉区域的二值化图(如图5(b)所示)的亮像素点数占据低压电流互感器8长霉前的二值化图(如图5(a)所示)的亮像素点数的比例，即为长霉面积所占比例。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。