基于黑白CCD传感器的电力设备在线监测方法及装置与流程

基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法及装置
技术领域
1.本发明涉及电力监测技术领域，尤其是涉及一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法及装置。


背景技术：

2.电力设备的在线监测对于提高电力系统的运行效益，降低维修成本，保证电能质量与供电可靠性，实现电力设备从传统的计划检修向预知的状态检修转变，对保障国民经济的持续增长和人民的正常用电等方面都有极其重要的意义。红外热成像技术能够在远距离、不停电、不取样、不解体、不接触的情况下准确、实时、快速地以在线监测方式获取电力设备的运行状态信息，且其又具有分辨率高、形象直观、不受电磁干扰、安全可靠和效益/投资比高等优点，所以红外热成像技术是目前电力设备在线监测的重要手段之一。
3.应用红外成像技术的电力设备在线监测仪器一般是红外热像仪。红外热像仪不仅能用于非接触式测温，且能实时显示物体表面温度的二维分布与变化情况，它有很多优点毋庸置疑，但由于仪器本身的结构复杂、功耗较大、尤其是价格昂贵，阻碍了热像仪在电力系统的大规模的应用。电荷耦合器件(ccd)具有低成本、高性能以及结构简单等优点，已在温度场检测领域得到了广泛的应用。由于黑白ccd传感器的光谱响应范围为0.4 μm～1.11μm，可以感应物体的0.76μm～1.11μm波段的近红外热辐射，当前图像处理技术又在迅速地发展，这些都为黑白ccd传感器应用于电力设备在线监测提供了条件。所以用以黑白ccd传感器为核心的系统在一定程度上可以代替红外热像仪，既达到了电气设备在线监测的效果，又降低了成本，提高了经济效益。
4.目前红外技术已在发达国家普遍使用。我国研究开发电力设备的红外监测技术始于70年代初，至今此方面的研究已有了很大发展，不仅可以对高压电气设备内外部故障类型做出定性诊断，而且还能给出故障位置和严重程度的定量诊断，但对于采集红外图像的处理速度和质量还有待提高，以便更精确地计算温度场，提高监控效果。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法及装置，以提高采集红外图像的处理速度和质量，以便更精确地计算温度场，提高监控效果。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法，包括：
7.获取第一观测信号并对所述观测信号进行中心化处理以及白化处理，，以获取第二观测信号；
8.设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛；
9.若所述第二观测信号收敛，则获取所述第二观测信号的独立分量；
10.基于所述第二观测信号的独立分量，获取分离矩阵。
11.优选的，所述设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛的步骤包括：
12.采用如下公式提取独立分量：
13.w
+
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
t
x)}w
14.w
*
＝w
+
/||w
+
||
15.其中，w
*
—w
+
归一化后的更新值
16.g(
·
)—非线性、非二次的函数
17.w
+
—某一次牛顿迭代的结果
18.采用如下公式进行迭代：
19.w
#
＝e{xg(w
t
x)}
‑
2e{g'(w
t
x)}w
20.w
+
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
#t
x)}w
21.w
*
＝w
+
/||w
+
||；
22.或；
23.w
#
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
t
x)}w
24.w
+
＝2e{xg(w
t
x)}
‑
{e{g'(w
t
x)}+e{g'(w
#t
x)}}w
25.w
*
＝w
+
/||w
+
||。
26.w
#
—某一次牛顿迭代的结果。
27.第二方面，本发明提供了一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测装置，包括：
28.第一信号获取模块：用于获取第一观测信号并对所述观测信号进行中心化处理以及白化处理，以获取第二观测信号；
29.判定模块：用于设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛；
30.若所述第二观测信号收敛，则获取所述第二观测信号的独立分量；
31.分离矩阵获取模块：用于基于所述第二观测信号的独立分量，获取分离矩阵。
32.本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种基于黑白ccd 传感器的电力设备在线监测方法及装置，，包括：获取第一观测信号并对观测信号进行中心化处理以及白化处理，以获取第二观测信号；设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定第二观测信号是否收敛；若第二观测信号收敛，则获取第二观测信号的独立分量；基于第二观测信号的独立分量，获取分离矩阵。通过本发明提供的方法及装置可以提高采集红外图像的处理速度和质量，以便更精确地计算温度场，提高监控效果。
33.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例提供的一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法流程图。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
38.目前，用以黑白ccd传感器为核心的系统在一定程度上可以代替红外热像仪，既达到了电气设备在线监测的效果，又降低了成本，提高了经济效益，基于此，本发明实施例提供的一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法及装置，可以提高采集红外图像的处理速度和质量，以便更精确地计算温度场，提高监控效果。
39.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法进行详细介绍，
40.实施例一：
41.本发明实施例一提供了一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测方法，包括：
42.获取第一观测信号并对所述观测信号进行中心化处理以及白化处理，以获取第二观测信号；
43.设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛；
44.若所述第二观测信号收敛，则获取所述第二观测信号的独立分量；
45.基于所述第二观测信号的独立分量，获取分离矩阵。
46.优选的，所述设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛的步骤包括：
47.具体的，fastica算法由观测信号的预处理和独立分量提取两部分组成。信号预处理包括中心化和白化处理。中心化即减去平均值使x成为中数为0的变量，简化计算。白化是通过pca网络将观测信号x线性变换为具有单位方差且各分量互不相关的v，由于白化处理可以去除各观测信号间的相关性，因而也简化了后续独立分量的提取。
48.下面要对白化信号v进一步处理，即依据负熵判据来寻找矩阵w以实现独立分量的分离。通过选取w，使得j(y)最大，j(y)最大即e{g(y)}最大。对e{g(y)}＝e{g(w
t
x)}求极值，e'{g(w
t
x)}＝e{xg(w
t
x)}＝0，g(
·
)是g(
·
)的导数， g'(
·
)是g(
·
)的导数，采用如下公式提取独立分量：
49.w
+
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
t
x)}w
50.w
*
＝w
+
/||w
+
||
51.其中，w
*
—w
+
归一化后的更新值
52.g(
·
)—非线性、非二次的函数
53.w
+
—某一次牛顿迭代的结果
54.如果不收敛，则重复此过程，直到收敛为止，就可估计出一个独立分量。若有n个源信号，就要估计出n个独立分量。在每次提取一个分量之后，要从观测信号中减去该独立分量，如此重复，直到所有分量都被提取出来为止。去掉已提取的独立分量的方法如下(设已估计了k个分量)：
[0055][0056][0057]
为了加快收敛速度，则采用如下公式进行迭代：
[0058]
w
#
＝e{xg(w
t
x)}
‑
2e{g'(w
t
x)}w
[0059]
w
+
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
#t
x)}w
[0060]
w
*
＝w
+
/||w
+
||；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0061]
或；
[0062]
w
#
＝e{xg(w
t
x)}
‑
e{g'(w
t
x)}w
[0063]
w
+
＝2e{xg(w
t
x)}
‑
{e{g'(w
t
x)}+e{g'(w
#t
x)}}w
[0064]
w
*
＝w
+
/||w
+
||。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0065]
具体的，式(1)为第一种改进形式。式(2)为第二种改进形式。
[0066]
w
#
—某一次牛顿迭代的结果。
[0067]
实施例二：
[0068]
本发明提供了一种基于黑白ccd传感器的电力设备在线监测装置，包括：
[0069]
第一信号获取模块：用于获取第一观测信号并对所述观测信号进行中心化处理以及白化处理，以获取第二观测信号；
[0070]
判定模块：用于设置初始化权矢量以及收敛误差，获取第二观测信号的独立分量，并判定所述第二观测信号是否收敛；
[0071]
若所述第二观测信号收敛，则获取所述第二观测信号的独立分量；
[0072]
分离矩阵获取模块：用于基于所述第二观测信号的独立分量，获取分离矩阵。
[0073]
实施例三：
[0074]
实验1：首先对两幅256*256原始图像按随机生成的矩阵a混合，
[0075][0076]
得到一组混合图像，即
[0077]
x1＝0.7890
×
s1+0.8319
×
s2[0078]
x2＝0.9984
×
s1+0.8526
×
s2[0079]
式中x1和x2为混合图像，s1和s2为两幅原始图像。然后分别用fastica 算法，改进形式1和改进形式2进行处理。
[0080]
对fastica和改进算法的收敛速度的比较见表1(每种算法均随机进行了20次分离
运算，且只比较变电站场景图像分量)。可见，改进算法的迭代次数明显少于基本fastica算法，提高了运行效率。
[0081]
表1收敛速度比较表
[0082][0083]
实验2：原始数据为两幅512*512二维图像时，改进形式1的效果并不明显，所以在此只讨论改进形式2。用基本算法和改进形式2分别运行10 次，平均迭代次数比较见表2。实验表明，随着问题的复杂化，改进的fastica
[0084]
算法2仍能很好地解决高维问题，经计算迭代速度提高了24％。
[0085]
表2高维情况下收敛速度比较
[0086][0087]
为比较改进形式2和基本fastica算法的分离效果，以串音误差作为评价标准，串音误差的计算公式如式(11)所描述的：
[0088][0089]
用两幅512*512高维图像作数据源，运行两种算法各5次分别计算串音误差，结果见表3(相同序号的前提条件相同)。
[0090]
表3分离效果比较表
[0091][0092]
可见两种算法的串音误差基本相同，说明改进形式2在提高独立分量分析的收敛速度的基础上，并未造成图像信息的丢失。这说明在与传统算法分离效果相当情况下，利用改进的算法能更高效迅速地得到电力设备的实时信息。
[0093]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0094]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0095]
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用
于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/ 或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0096]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0097]
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0098]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0099]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。