摘要：基于实现快速检测复合绝缘子表面憎水性的需求，并满足快速、精确、客观等条件，本文中提出一种相对简单的、符合便携式需求的绝缘子憎水性检测装置设计方案，其工作机制为图像处理和分类，利用嵌入式平台的绝缘子憎水性进行判断。结合边缘图像分割方法提取水珠目标，检测结果表明具有便捷、高效、精确的优势，极大地规避了人工观测中存在的误差现象。
关键词：复合绝缘子；憎水性；检测平台；一体化
在电力设备故障检测与诊断过程中，绝缘子是一类重要的信息来源。复合绝缘子由于具有强度高、质量轻、寿命长、维护简单等优势，在目前的电网建设中得到了广泛的应用，在一定程度上可视为判断电网稳定运行的依据。复合绝缘子的多种状态参数中“憎水性”检测至关重要。“憎水性”作为材料耐水渗透的一个重要指标，也是判断复合绝缘子老化、腐蚀程度的重要依据。显而易见的是，在较为恶劣的自然条件及强电场作用下，很容易导致外部硅橡胶材料的憎水性下降，从而出现电弧、电晕等放电，造成泄露电流程度扩大，从而严重影响电网系统的正常运转；一种有效地复合绝缘子憎水性检测机制是非常必要的。
一、复合绝缘子憎水性检测及平台设计
（一）复合绝缘子憎水性检测方法概述
憎水性对输电线路中复合绝缘子的影响机制，主要是潮湿污染环境中导致绝缘子材料表面凝结大量水珠状液体，随着湿度、温度、压力等变化在表面干区交替存在，时间一长在复合绝缘子上就会出现表面电场畸变，一旦液滴之间干区电场强度达到空气击穿电场强度，就会出现间歇性局部放电现象。
针对复合绝缘子表面憎水性的检测至关重要，目前较为成熟的方法有三种，分别是接触角法、表面张力法、表面喷水法。这三种方法各有特点，其中表面喷水法实施起来最为简单，也最为常见，它对于设备支持的要求也比较低，喷水法划分为HC1到HC6六个等级，代表了憎水性从升高趋势到逐渐降低趋势，这种检测方法的准确性不高，并且容易受到检测人员主观意识的影响。
电力产业的快速发展促使研究人员加快绝缘子憎水性检验方法的研究，目前在国内外都取得了较大的发展，客观上，这与信息技术、电子技术、图像技术等发展也存在密切关系。如利用高性能计算机，通过联合计算最大水珠形状因子、与整幅图像面积比例等分析复合绝缘子的憎水性，这就涉及到识别算法、多种图像处理方法等。
本文中研究基于嵌入式开发检测平台展开，通过分析喷水图像透明、反光、阴影等特殊性现象，以及现场环境的复杂影响，寻求更为简化的判定手段。
（二）复合绝缘子憎水性检测平台设计
笔者为了满足复合绝缘子憎水性检测平台一体化的需求，采取了“嵌入式”设计原则，具体包括SEED-DVS6446评估板搭建了一套测试平台，其中TMS320DM6446处理器含有一个高性能TMS320C64x+TMDSP核与一个ARM926EJ-S核，针对视频和图像具有较强的处理能力。ARM用于实现CCD、LCD及其他外围电路的控制，DSP用于实现 图像 处理及等级判定 。软件部分采用 Mat-lab Link forCCS DevelopmentTools（CCSLink）工具箱进行调试和数据传递。从检测模拟角度出发，该平台设计应遵循一下方案：（1）绝缘子样本离地面高度应大于2m，且与地面的倾斜角不小于3O°；（2）CCD采集图像时应和样本保持不小于3m的水平距离；（3）图像采集在无辅助光源的自然光条件下进行。
二、基于复合绝缘检测平台的憎水性检测研究
结合实践，复合绝缘子材料表面由于长期暴露在自然环境中，积累的污染物导致喷水图像背景十分复杂，同时水的透明性也导致背景、目标的灰度值差距较小，很难分清，进一步考虑水表面的光线反射作用，常规的图像检测方法（图像分割）无法实现检测需求。采用嵌入式处理器之后，还要全面考虑处理器处理效率的问题，嵌入式尽管对满足一体化的需求有便利条件，但编程工作复杂、难度高，所以为了提高处理准确性，就应该全面减小系统的程序运行规模。
基于此，图像处理检测的一个关键在于明确水珠边界，使其产生较为明显、容易观察处理的灰度变化，以此形成阶梯变化形态。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，单纯地从边缘检测入手，就容易忽略水珠立体特性下产生的阴影范围，即阴影区域、背景区域灰度差会变大，这样在对比之下就造成了边缘界限的模糊；为了规避以上问题，本文中笔者提出一种全新的、针对边缘检测的自适应阀值分割模式，用来实现水珠提取。
（一）基于自适应阀值的检测
该方法本质上是基于积分图像的自适应阈值分割方法，利用积分图像确定目标图像，并进行自适应阀值分割，公式为 。
其中，I（x，y）表示 得到的积分图像中某一点（x，y）的灰度值，g（i，j）表示原图像 中某一点（i，j）的灰度值。自适应阈值分割方法的主要原理：以一定大小的滑动窗口依次扫描整幅图像，每次计算窗口内所有像素点灰度值的平均值 （average），然后和中心点比较。若中心点的灰度值小于average×t%，则中心点置为0，相反置为255，得到二值化图像内容。
（二）基于边缘检测
采用一种改进的Canny边缘检测算法，该方法在传统Canny算法的基础上，综合其梯度方向信息，进一步对边缘点进行筛选。水珠边缘点的梯度方向一般指向法线方向，或与其有较小的夹角，而孤立的噪声点则通常没有特定的梯度方向，据此可有效地分离出噪声点和边缘点。
此外，针对水珠对象的特殊性，采用阴影滤除方法判断水珠由于光照和立体遮挡导致的阴影弧度大小。由于提取阴影部分得到的边缘线多呈现出孤立的弧线形状，且弧度角一般小于180°，通过筛选可以进一步滤除阴影部分产生的伪边缘。
三、复合绝缘子憎水性检测流程与结果分析
（一）综合处理方法流程
采用一种综合处理方法实现水珠的提取，即结合基于积分图像的自适应阈值分割方法和改进的Canny边缘检测方法，具体步骤如下：（1）对于某一图像f（x，y）进行Canny边缘检测，得到水珠的边缘信息图像EE（i，j）；（2）在阈值分割前，首先对图像进行中值滤波预处理；（3）选定阈值分割滑动窗口大小为S×S，对f（x，y）进行阈值比较，得到阈值分割图像T（i，j）；（4）在T（i，j）中对EE（i，j）中的每一边缘点进行判断，若边缘点位于某分割区域Zi中，则认为此边缘信息可能无效，定义为疑似边缘点Si，否则认为此边缘点无效；（5）若疑似边缘点距离某Zi的边缘距离较近，且小于个像素点，则认为此边缘点Si和Zi之间是由于精度原因导致的误差，则标记为边缘点，在T（i，j）中将相应像素点标为255，用于分离Zi和背景区域的粘连部分，并将上述n个像素点去除。
（二）图像处理结果分析
结果表明，采用积分图像作为目标图像可以大幅减少运算时间，不必计算整个滑动窗口内所有像素的灰度值之和，只需通过四个顶点的积分灰度值就可以方便地得到窗口内灰度和。由于本方法采用积分的方法对原图像进行处理，因此对于光照呈现梯度变化的图像具有较好的处理效果，能较好地消除由于光照不均带来的影响。
四、结束语
综上所述，本文中提出了一个基于嵌入式平台的图像处理模式，用来实现绝缘子憎水性检验的平台性及一体性需求，其实现机制是图像处理和自动检测算法；其中算法要结合便携式喷水装置、CCD摄像装置，检测过程中对光线没有特殊的要求，无论室内或室外需要方便地拍摄复合绝缘子表面材料的喷水图像，并进行憎水性等级检测。整个系统操作简单、便捷，可以实现带电监测作业，准确率相对人工检测手段更高。
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论文作者:史宏伟,韩庆军,赵鹤, 娄高峰,韩迪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：绝缘子论文; 水性论文; 图像论文; 边缘论文; 灰度论文; 水珠论文; 阈值论文; 《电力设备》2017年第27期论文;