空气间隙放电拍摄装置及路径识别方法、计算机及介质与流程

本发明涉及气体放电技术领域，具体涉及一种空气间隙放电拍摄装置及路径识别方法、计算机及介质。

背景技术：

空气作为最廉价的绝缘材料，在高压外绝缘领域应用极为广泛。对气体放电过程的研究可直接服务于外绝缘装置的设计，因此，试验观测气体放电过程、完善气体放电理论对高压外绝缘设计意义重大。由于气体放电是一个在三维空间发展的放电过程，若需得到放电过程全面信息，需要进行空间多角度同时观测。特别地，当放电间隙中布置有不透明物体，如绝缘或导体时，放电路径可能直接贯穿物体，也可能从物体各方位绕过，只通过一台摄影仪并不能全面观测放电过程。而通过多台摄影仪观测又增加了成本，且难以实现同步观测。由此，有必要提出一种空气间隙放电拍摄装置解决上述一个或多个问题。

技术实现要素：

鉴于以上内容，有必要提出一种空气间隙放电拍摄装置及路径识别、计算机及介质，能够完整、准确、及时地观测放电发展过程及放电路径。

本申请的第一方面提供一种空气间隙放电拍摄装置，所述装置包括：

两个支柱，用于固定悬浮导体；

两个电极，所述两个电极之间形成气体放电间隙，所述悬浮导体位于所述气体放电间隙中，通过对所述气体放电间隙施加高压而实现气体放电过程，并得到放电路径；

平面镜，用于获取所述放电路径的镜像；

高速摄影仪，所述高速摄影仪与所述平面镜分别位于两个电极所在直线与两个支柱的中心点所在直线构成的平面的两侧，并通过所述高速摄影仪拍摄放所述放电路径。

优选地，所述两个电极与所述悬浮导体位于一条直线上。

优选地，所述高速摄影仪用于在记录气体放电过程中的放电路径的物象的同时，还记录从平面镜中反射气体放电过程中的放电路径的镜像。

优选地，所述高速摄影仪和所述放电路径的物象的中心点连线，与所述高速摄影仪和所述放电路径的镜像的中心点连线之间存在预设角度，使得通过高速摄影仪拍摄到的所述放电路径的镜像与所述放电路径的物像不重合。

本申请的第三方面提供的一种路径识别方法，包括：

接收高速摄影仪在低照度模式下拍摄的第一图像，其中，所述第一图像为悬浮导体处于静止状态，且气体放电间隙未放电时拍摄的第一图像；

在所述第一图像中标记所述悬浮导体的位置；

接收所述高速摄影仪在气体放电过程中拍摄的第二图像，其中，所述第二图像包括两个放电路径；

根据所述第一图像标记的所述悬浮导体的位置标记所述第二图像中的悬浮导体的位置；及

分析标记后的所述第二图像中的放电路径。

优选地，所述两个放电路径包括响应于对所述气体放电间隙施加高压而实现气体放电过程中，所述高速摄影仪拍摄的所述气体放电过程中的放电路径的物象，及同时拍摄的从平面镜中反射的所述气体放电过程中的放电路径的镜像。

优选地，所述分析标记后的所述第二图像中的放电路径包括：

当所述两个放电路径中至少存在一条完整的放电路径时，则确认所述放电路径没有贯穿所述悬浮导；

当所述两个放电路径均不完整时，确认所述放电路径贯穿所述悬浮导体。

优选地，所述当所述两个放电路径中至少存在一条完整的放电路径时，则确认所述放电路径没有贯穿所述悬浮导包括：

当所述两个放电路径中存在一条完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径上时，确认所述放电路径从所述悬浮导体前面或者后面绕过；

当所述两个放电路径均为完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径一侧时，确认所述放电路径从所述悬浮导体侧面绕过。

本申请的第三方面提供一种计算机装置，所述计算机装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现所述路径识别方法。

本申请的第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述路径识别方法。

本发明提供的空气间隙放电拍摄装置，使用一台高速摄影仪及一面平面镜构成光学观测系统，通过所述平面镜记录放电路径的镜像，可以在所述高速摄影仪镜头焦距较长时仍完整观气体放电发展过程。并且，由于成像时光路以光速传播，可认为高速摄影仪同一帧记录放电路径的镜像与放电路径的物象同步出现。从而完整、准确、及时地观测放电发展过程及放电路径。不仅减少了成本，还能实现放电路径的镜像与物象的同步观测。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的空气间隙放电拍摄装置的结构图。

图2是本发明实施例二提供的路径识别方法的流程图。

图3a和图3b是本发明侧面绕过悬浮导体的放电路径的示意图。

图4a和图4b是本发明背面绕过悬浮导体的放电路径的示意图。

图5a和图5b是本发明贯穿经过悬浮导体的放电路径的示意图。

图6是本发明实施例三提供的计算机装置的示意图。

图7是本发明提供的路径识别系统的模块图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的空气间隙放电拍摄装置的结构图。

在本实施例中，所述空气间隙放电拍摄装置1包括，平面镜10、高速摄影仪11、两个支柱12、两个电极13和悬浮导体14。

在本实施例中，所述支柱12用于固定所述悬浮导体14。例如，所述悬浮导体14经过绳子固定后分别固定在两个支柱12上。优选地，所述悬浮导体14为不透明的导体。例如，铜、铁等。

在本实施例中，所述两个电极13中的一个与电源连接，另一个接地。在所述两个电极13之间可以形成气体放电间隙。通过对所述气体放电间隙施加高压而观测气体放电过程，并通过所述高速摄影仪11拍摄放电过程中的放电路径。

在本实施例中，所述两个电极13与所述悬浮导体14位于一条直线上。即所述两个电极13与所述悬浮导体14所在的直线与所述支柱12平行。从而可以判断在气体放电过程中，所述放电路径是否击穿所述悬浮导体14。

在本实施例中，所述高速摄影仪14与所述平面镜10分别位于两个电极13所在直线与两个支柱12的中心点所在直线构成的平面的两侧。由几何光学成像原理可知，所述平面镜10具有延伸物体位置的作用。对于拍摄空间受限的场地，通过设置一面平面镜10，可以得到放电路径在所述平面镜10中的镜像。所述高速摄影仪11在记录气体放电过程中的放电路径的物象的同时，还可以记录从平面镜10中反射的放电路径的镜像，从而实现在镜头焦距较长时仍完整观测放电路径的目的。并且，由于成像时光路以光速传播，即使是μs级别的变化过程，也可认为高速摄影仪11同一帧记录的放电路径的镜像与物象同步出现，观测过程时间误差可以忽略。

在本实施例中，为了使所述高速摄影仪11可以同时记录放电路径的物象与镜像，需要调整高速摄影仪11拍摄所述气体放电间隙的角度，以及平面镜10与气体放电间隙之间的角度。直到可以同时完整记录放电路径的镜像与物象中呈现的两条放电通道。在所述高速摄影仪11拍摄气体放电过程时，所述高速摄影仪11设定为自动触发模式。例如，在施加高压的瞬间，所述气体放电间隙产生的强光下自动开启所述高速摄影仪11。

在本实施例中，所述高速摄影仪和所述放电路径的物象的中心点连线，与所述高速摄影仪和所述放电路径的镜像的中心点连线之间存在预设角度，且所述预设角度不为零。如此，可以使得通过高速摄影仪拍摄到的所述放电路径的镜像与所述放电路径的物像不重合，以免两个放电路径彼此产生干扰。所述高速摄影仪可以选择大于50万帧的拍摄速度以及相应的曝光时间，以正常模式连续拍摄，完整记录冲击电压下的放电发展过程。并根据记录的图像分析放电路径。例如，所述高速摄影仪发送所述图像至计算机装置2，所述计算机装置根据接收的图像分析放电路径。

在本实施例中，使用所述空气间隙放电拍摄装置时：

布置放电电极、悬浮导体以及高速摄影仪。若场地较小，布置时需注意应在保证绝缘安全的条件下尽可能拉大高速摄影仪与气体放电间隙之间的距离，以尽可能完整地拍摄放电路径。

调节高速摄影仪的参数并布置平面镜。结合场地情况，为高速摄影仪选择合适的焦距，并选取大光圈。所述高速摄影仪和所述放电路径的物象的中心点连线，与所述高速摄影仪和所述放电路径的镜像的中心点连线之间存在预设角度，使得通过高速摄影仪拍摄到的所述放电路径的镜像与所述放电路径的物像不重合，以免两个放电路径彼此产生干扰。如图1中所示，以所述高速摄影仪为点o，所述放电路径的物象的中心点为a，所述放电路径的镜像的中心点为b。所述高速摄影仪和所述放电路径的物象的中心点连线为loa，所述高速摄影仪和所述放电路径的镜像的中心点连线为lob，所述预设角度θ为loa与lob之间的角度。所述预设角度不为零。

设定高速摄影仪为低照度(lowlight)模式，拍摄所述悬浮导体处于静止状态，且所述气体放电间隙未放电时的第一图像，在所述第一图像中标记所述悬浮导体的位置。在本实施例中，通过矩形框标记所述第一图像中的悬浮导体的位置。

关闭所述高速摄影仪的低照度模式，开启所述高速摄影仪的正常拍摄模式。调整所述高速摄影仪的拍摄参数，选择大于50万帧的拍摄速度以及相应的曝光时间。响应于对所述气体放电间隙施加高压，在所述气体放电间隙产生的强光下自动连续拍摄放电过程得到第二图像，并记录冲击电压下的完整的放电发展过程。

识别所述第二图像中的放电路径。具体地，所述第二图像中包括两条放电路径，一条为经过平面镜反射的放电路径的镜像对应的路径，一条为高速摄影仪拍摄的放电路径的物象对应的路径。在本实施方式中，调高所述第二图像灵敏度，使所述第二图像中放电路径的镜像对应的路径更加凸显，如图3b中的右边更宽更长的放电路径为所述放电路径的镜像。同时判断放电路径的镜像与放电路径的物像对应的两个路径是否出现打断。当所述两个路径中至少存在一条完整的放电路径，则确认放电路径绕过悬浮导体；当所述两个路径均不完整时，确认放电路径贯穿所述悬浮导体。

具体地，当所述两个路径发光完整，则确认所述两个路径均未被悬浮导体打断，说明放电路径从悬浮导体侧面经过，即绕过悬浮导体；当所述两个路径中有一个发光不完整，则说明放电路径从悬浮导体前面或后面绕过；当所述两个路径发光均不完整，则说明放电路径贯穿经过悬浮导体。具体路径识别方法如图2所示。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的路径识别方法的流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

优选地，本发明的路径识别方法应用在一个或者多个计算机装置中。所述计算机装置是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于处理器、外部存储介质、内存等。

所述计算机装置可以是，但不限于，台式计算机、笔记本电脑、云端服务器、智能手机等设备。所述计算机装置可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板、手势识别设备、声控设备等方式进行人机交互。

如图2所示，所述路径识别方法具体包括以下步骤：

步骤s1：接收高速摄影仪在低照度模式下拍摄的第一图像，其中，所述第一图像为所述悬浮导体处于静止状态，且所述气体放电间隙未放电时的第一图像。

本发明实施例中，设定高速摄影仪为低照度(lowlight)模式，拍摄所述悬浮导体处于静止状态，且所述气体放电间隙未放电时的第一图像，并发送所述第一图像至所述计算机装置。

步骤s2：在所述第一图像标记所述悬浮导体的位置。

在本实施方式中，可以通过矩形框标记所述悬浮导体在所述第一图像中的位置。为了便于后续分析放电路径是否贯穿悬浮导体，可以将标记所述悬浮导体在所述第一图像中的位置，作为识别放电过程中拍摄的图像中悬浮导体的位置的参考位置。

步骤s3：接收所述高速摄影仪在气体放电过程中拍摄的第二图像，其中，所述第二图像包括两个放电路径。

在本实施方式中，关闭所述高速摄影仪的低照度模式，开启所述高速摄影仪的正常拍摄模式。调整所述高速摄影仪的拍摄参数，选择大于50万帧的拍摄速度以及相应的曝光时间。响应于对所述气体放电间隙施加高压，在所述气体放电间隙产生的强光下自动连续拍摄放电过程得到第二图像，并发送所述第二图像至计算机装置。

需要说明的是，在对所述气体放电间隙施加高压，观测气体放电过程中。所述放电过程是一个缓慢发展的过程，至少包括流注阶段和放电熄灭阶段。所述第二图像包括在流注阶段拍摄的图像和放电熄灭阶段前拍摄的图像。如图3a、图4a和图5a所示的图像为在流注阶段拍摄的图像，图3b、图4b和图5b所示的图像为在放电熄灭阶段前拍摄的图像。

本发明实施例中，所述第二图像中包括两条放电路径，一条为经过平面镜反射的放电路径的镜像对应的路径，一条为高速摄影仪拍摄的放电路径的物象对应的路径。如图3a、图3b、图4a、图4b、图5a和图5b所示的图像中左边的放电路径为平面镜反射的放电路径的镜像，右边的放电路径为高速摄影仪拍摄的放电路径的物象。

步骤s4：根据所述第一图像标记的所述悬浮导体的位置标记所述第二图像中的悬浮导体的位置。

以所述第一图像正向放置时的左下角为圆心o，横向为x轴，纵向为y轴，建立一个第一坐标系(xoy)。所述计算机装置2确定标记所述悬浮导体的矩形框在所述第一坐标系(xoy)中的位置坐标(x，y)。所述位置坐标(x，y)对应于所述第一图像中的像素点。以所述第二图像正向放置时的左下角为圆心o'，横向为x'轴，纵向为y'轴，建立一个第二坐标系(x'o'y')。根据所述第一坐标系(xoy)和所述第二坐标系(x'o'y')的对应关系，将标记所述悬浮导体的矩形框在第一图像中的位置坐标(x，y)换算为该所述悬浮导体在该第二坐标系(x'o'y')中的位置坐标(x'，y')。由此所述计算机装置2即可确认所述悬浮导体在第二图像中的位置。

步骤s5：分析标记后的所述第二图像中的放电路径。

在本实施方式中，根据在所述第一图像标记所述悬浮导体的位置，在所述第二图像中的通过矩形框标记所述悬浮导体的位置。并根据所述矩形框分析放电路径是否断开，从而可以确定放电路径的镜像与放电路径的物像对应的两个路径是否断开。当所述两个放电路径中至少存在一条完整的放电路径时，则确认所述放电路径没有贯穿所述悬浮导；当所述两个放电路径均不完整时，确认所述放电路径贯穿所述悬浮导体。

在本实施例中，当所述两个放电路径中存在一条完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径上时，确认所述放电路径从所述悬浮导体前面或者后面绕过；当所述两个放电路径均为完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径一侧时，确认所述放电路径从所述悬浮导体侧面绕过。

图3a和图3b中分别包括两条放电路径，以及两个矩形框。所述图3a和图3b中的矩形框为依据第一图像中的矩形框标记的悬浮导体位置。由图3b可知，所述两个放电路径均为完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径一侧。则确认所述放电路径绕过所述悬浮导体，并且是从所述悬浮导体侧面绕过。

由图4b可知，所述两个放电路径中存在一条不完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径上。则确认所述放电路径绕过所述悬浮导体，并且是从所述悬浮导体前面或者后面绕过。图4b中左侧的放电路径为高速摄影仪拍摄到的放电路径的镜像，右侧的放电路径为高速摄影仪拍摄到的放电路径的物象。由于镜像对应的放电路径是完整的发光路径，而物象对应的放电路径是不完整的发光路径。由此可知，所述放电路径从所述悬浮导体前面或者后面绕过。

由图5b可知，所述两个放电路径均为不完整的放电路径，并且标记悬浮导体位置的矩形框位于放电路径上，则确认所述放电路径贯穿所述悬浮导体。图5b中左侧的放电路径为高速摄影仪拍摄到的放电路径的镜像，右侧的放电路径为高速摄影仪拍摄到的放电路径的物象。由于镜像对应的放电路径是不完整的发光路径，且物象对应的放电路径也是不完整的发光路径。由此可知，所述放电路径贯穿所述悬浮导体。

实施例三

图6为本发明实施例三提供的计算机装置的示意图。所述计算机装置2包括存储器20、处理器30以及存储在所述存储器20中并可在所述处理器30上运行的路径识别系统40。所述处理器30执行所述路径识别系统40时实现上述路径识别方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s1～s5。

示例性的，所述路径识别系统40可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器20中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述路径识别系统40在所述计算机装置2中的执行过程。例如，所述路径识别系统40可以被分割成图7中的接收模块101、标记模块102以及分析模块103。

所述接收模块101用于接收高速摄影仪在低照度模式下拍摄的第一图像，其中，所述第一图像为悬浮导体处于静止状态，且气体放电间隙未放电时拍摄的第一图像；所述标记模块102用于在所述第一图像中标记所述悬浮导体的位置；所述接收模块101还用于接收所述高速摄影仪在气体放电过程中拍摄的第二图像，其中，所述第二图像包括两个放电路径；所述标记模块102还用于根据所述第一图像标记的所述悬浮导体的位置标记所述第二图像中的悬浮导体的位置；所述分析模块103用于分析标记后的所述第二图像中的放电路径。

所述计算机装置2可以是台式计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。本领域技术人员可以理解，所述示意图6仅仅是计算机装置2的示例，并不构成对计算机装置2的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机装置2还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以包括其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器30是所述计算机装置2的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置2的各个部分。

所述存储器20可用于存储路径识别系统40和/或模块/单元，所述处理器30通过运行或执行存储在所述存储器20内的计算机程序和/或模块/单元，以及调用存储在存储器20内的数据，实现所述计算机装置2的各种功能。所述存储器20可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据计算机装置2的使用所创建的数据(比如音频数据等)等。存储器20可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

所述计算机装置2中的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个非易失性可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机可读指令来指令相关的硬件来完成，所述的计算机可读指令可存储于一非易失性可读存储介质中，所述计算机可读指令在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机可读指令包括计算机可读指令代码，所述计算机可读指令代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述非易失性可读介质可以包括：能够携带所述计算机可读指令代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的计算机装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的计算机装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在相同处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在相同单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。计算机装置权利要求中陈述的多个单元或计算机装置也可以由同一个单元或计算机装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。