本發(fā)明屬于高電壓絕緣技術(shù)和低溫等離子體的氣體放電診斷領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用可見光圖像色度處理劃分電暈放電階段的方法。

背景技術(shù)：

電暈放電一般分為起暈、發(fā)展和預(yù)擊穿三個階段。高電壓絕緣領(lǐng)域，輸電線路上的電暈放電會增加功率損耗和引起電磁波干擾，高壓電器設(shè)備上的電暈放電則會加速設(shè)備的老化和劣化速度，劃分放電的發(fā)展階段，可用于分析放電強度和評估放電的危害性，進而提前做出預(yù)警。低溫等離體子領(lǐng)域，電暈放電產(chǎn)生的等離子體在空氣除塵、污水處理、有毒氣體凈化等方面發(fā)揮著重要的作用，診斷放電狀態(tài)，判斷放電階段可以有效提高等離子體的應(yīng)用效率。

高電壓絕緣和低溫等離子體領(lǐng)域的氣體放電診斷技術(shù)，目前主要集中在電信號、光信號、電磁波、超聲波、氣體成分等方面。近年來，電暈放電光學(xué)信號檢測技術(shù)得到了較快的發(fā)展。通過檢測電暈放電“日盲”紫外波段光信號的紫外成像檢測技術(shù)能夠定位放電位置、判斷放電狀況，但成像質(zhì)量較差，只有黑白兩色，且設(shè)備造價高昂，限制了其應(yīng)用范圍；通過檢測電暈放電紅外波段光信號的紅外成像檢測技術(shù)需要依靠固體介質(zhì)的溫度來間接反映放電現(xiàn)象特征，對低溫等離子體檢測效果較差，且紅外成像存在分辨率很低的缺點。目前，通過檢測電暈放電可見光波段(400-760nm)的光學(xué)圖像檢測技術(shù)的研究較少，且研究多集中于光學(xué)圖像的擊穿路徑和放電均勻性等形態(tài)學(xué)特征上。高電壓絕緣技術(shù)和低溫等離子體領(lǐng)域需要診斷的氣體放電都是非熱等離子體，利用可見光數(shù)字圖像色度分析技術(shù)研究電暈放電未見報道。

利用造價相對低廉的高分辨率的數(shù)碼相機，檢測電暈放電的可見光數(shù)字圖像，研究其色度學(xué)特征提取既可以提供新的診斷技術(shù)，也為放電的基礎(chǔ)研究提供一個新的觀察角度，同時還可為低溫等離子體應(yīng)用的過程控制和可見光下或特定光源的放電識別研究作出貢獻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種利用可見光圖像色度處理劃分電暈放電階段的方法，其目的在于實現(xiàn)高電壓絕緣和低溫等離子體領(lǐng)域的電暈放電診斷，由此解決電暈放電階段的劃分和參與放電氣體成分識別的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種利用可見光圖像色度處理劃分電暈放電階段方法，該方法包括：

A、利用高分辨率數(shù)碼相機拍攝不同電壓下的電暈放電真彩色圖像；

B、從圖像中選出放電區(qū)域，并將放電區(qū)域的真彩色圖分解為R、G、B三個基色分量圖；

C、去除背景干擾，提取不同放電電壓下放電區(qū)域內(nèi)各色度分量的灰度值，并計算色度分量的灰度占比；

D、根據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢或色度分量占比的大小判斷放電所處的階段，進而實現(xiàn)電暈放電階段的劃分。

進一步的，所述步驟D中判斷放電所處的階段采用色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢，或色度分量占比的大小進行：

采用色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢進行判斷：當(dāng)各色度分量灰度值隨放電電壓緩慢增加，放電處于起暈階段；各色度分量灰度值隨放電電壓較快增加，放電處于發(fā)展階段；各色度分量灰度值隨放電電壓迅速增加，放電處于預(yù)擊穿階段；

采用色度分量占比的大小進行判斷，分不同氣體環(huán)境進行：

在空氣中，當(dāng)B分量和G分量的占比差值小于-5％時，放電處于起暈階段；占比差值介于-5％和25％之間時，放電處于發(fā)展階段；占比差值大于25％時，放電處于預(yù)擊穿階段；

在六氟化硫氣體中，當(dāng)B分量和R分量的占比差值小于5％時，放電處于起暈階段；占比差值介于5％和25％之間時，放電處于發(fā)展階段；占比差值大于25％時，放電處于預(yù)擊穿階段。

按照本發(fā)明的另一個方面，提出了一種利用可見光圖像色度處理識別參與放電氣體方法，該方法包括：

A、利用高分辨率數(shù)碼相機拍攝不同電壓下的電暈放電真彩色圖像；

B、從圖像中選出放電區(qū)域，并將放電區(qū)域的真彩色圖分解為R、G、B三個基色分量圖；

C、去除背景干擾，提取不同放電電壓下放電區(qū)域內(nèi)各色度分量的灰度值，并計算各色度分量的灰度占比；

D、根據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢或色度分量占比的大小識別參與放電的氣體成分。

進一步的，所述步驟D中識別參與放電氣體成分采用色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢，或色度分量占比的大小進行：

采用色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢進行識別：當(dāng)預(yù)擊穿階段相對發(fā)展階段突變程度大的，識別為空氣；預(yù)擊穿階段相對發(fā)展階段突變程度小的，識別為六氟化硫氣體；

采用色度分量占比的大小進行識別：在預(yù)擊穿階段，當(dāng)B分量灰度占比最大，R分量灰度占比居中，G分量灰度占比最小時，識別為空氣；當(dāng)B分量灰度占比最大，G分量灰度占比居中，R分量灰度占比最小時，識別為六氟化硫氣體。

進一步的，在放電階段劃分或氣體識別中，所述步驟A包括：

A1、選定數(shù)碼相機分辨率，相機分辨率不低于2000萬像素；

A2、設(shè)置數(shù)碼相機的光圈F、曝光時間T、感光度為ISO和測光模式等主要參數(shù)，以得到適當(dāng)?shù)钠毓庵?，設(shè)定顏色模式為sRGB模式；

A3、固定數(shù)碼相機，調(diào)整拍攝的位置和角度，使放電區(qū)域盡量處于圖像的中心區(qū)域；

A4、增加電壓直到擊穿，拍攝電暈放電圖像，每個放電電壓下拍攝一張或多張，放電電壓選取應(yīng)當(dāng)不低于四個。

進一步的，在放電階段劃分或氣體識別中，所述步驟B包括：

B1、各放電電壓選取的放電區(qū)域一致，放電區(qū)域的確定按肉眼可辨識的放電范圍設(shè)置，選取包含電暈放電完整輪廓的矩形放電區(qū)域,記錄放電區(qū)域的縱向像素點數(shù)為M，橫向的像素點數(shù)為N；

B2、讀取放電區(qū)域真彩色圖像，并將真彩色圖分解為R、G、B三個基色分量圖。

進一步的，在放電階段劃分或氣體識別中，所述步驟C包括：

C1、放電區(qū)域內(nèi)，每個基色分量圖是由M×N個像素點組成，每個像素點由0-255級灰度表示，其中0代表黑色，255代表白色，統(tǒng)計放電區(qū)域內(nèi)各色度分量圖中所有像素點的灰度值之和：

式(1)中，f(x,y)表示對應(yīng)分量圖中某像素點的灰度值；

C2、按照式(1)計算得到?jīng)]有施加電壓下的背景真彩圖像的各色度分量的灰度值之和，記為S_i0,按照式(2)進行去背景(電暈放電源之外的如日光燈、實驗儀器、太陽光等外界光源)干擾處理，得到放電區(qū)域內(nèi)各色度分量圖的真實灰度值U：

U_i＝S_i-S_i0 i∈(R、G、B) (2)

C3、若只拍攝一張，則C2求取的各色度分量真實灰度值就是此放電電壓對應(yīng)的色度分量灰度值；若拍攝多張，則求取平均值作為此放電電壓對應(yīng)的色度分量灰度值；

C4、根據(jù)放電區(qū)域內(nèi)各色度分量的灰度值，計算得到不同色度R、G、B的色度分量占比。

按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電暈放電階段劃分技術(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)“色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢”在放電電壓選取較多時判斷放電階段的效果更好，根據(jù)“色度分量占比的大小”判斷電暈放電所處階段不受放電電壓選取個數(shù)的影響，適用性更強。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種不同放電氣體成分識別技術(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)“色度分量占比的大小”識別參與放電氣體成分的效果更好。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用可見光相機診斷放電嚴重程度，相比紫外相機，設(shè)備造價低；可見光相機的成像圖像分辨率高，可獲得放電的更多空間分布信息；色度分析方法同樣可以在日光照射下工作，還能夠抗電磁干擾，并且對放電狀態(tài)沒有干擾。能夠取得下列有效降低成本、提高電暈放電診斷的可靠性等有益效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施案例中利用高分辨率數(shù)碼相機拍攝的電暈放電真彩色圖像；

圖2是本發(fā)明實施案例中選擇的放電區(qū)域的真彩色圖像和分解后的三個基色分量圖；

圖3是本發(fā)明實施案例中空氣中色度分量灰度值隨放電電壓的變化曲線；

圖4是本發(fā)明實施案例中六氟化硫中色度分量灰度值隨放電電壓的變化曲線；

圖5是本發(fā)明實施案例中空氣中色度分量占比隨放電電壓的變化曲線；

圖6是本發(fā)明實施案例中六氟化硫中色度分量占比隨放電電壓的變化曲線。

圖7是本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本實施案例提供了一種利用可見光圖像色度處理劃分電暈放電階段的方法。

放電源是一個標(biāo)準(zhǔn)針-板結(jié)構(gòu)式電暈放電裝置；數(shù)碼相機使用的是分辨率可達3600萬像素的Nikon D800，相機參數(shù)設(shè)置為：光圈F＝5.0，曝光時間T＝5.0s，感光度ISO＝2000，測光模式為偏中心平均模式，顏色模式為sRGB模式；放電的氣體環(huán)境分別為空氣和六氟化硫氣體。

放電分別在空氣和六氟化硫氣體中進行，利用高分辨率數(shù)碼相機拍攝電暈從起暈階段到預(yù)擊穿階段的放電圖像，每個放電電壓下遙控連續(xù)拍攝3張，放電區(qū)域處于圖像的中心區(qū)域。

圖1為數(shù)碼相機拍攝的電暈放電的真彩色圖像。圖7是本發(fā)明流程圖。

放電區(qū)域的確定按肉眼可辨識的放電范圍設(shè)置，選取包含電暈放電完整輪廓的矩形放電區(qū)域。得到選定放電區(qū)域的放電真彩色圖像，利用MATLAB軟件讀取放電圖像，并將真彩色圖分解為R、G、B三個基色分量圖。

圖2為選擇的放電區(qū)域的真彩色圖像和分解后的三個基色分量圖。

計算得到空氣和六氟化硫中每個放電電壓下放電區(qū)域內(nèi)各色度分量圖的真實灰度值之和，并求取平均值，得到對應(yīng)放電電壓下各色度分量的灰度值，利用excel軟件繪制空氣和六氟化硫中色度分量灰度值隨放電電壓的變化曲線。

圖3和圖4分別為空氣中和六氟化硫中色度分量灰度值隨放電電壓的變化曲線。

依據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢判斷放電階段：(1)空氣中，放電電壓在3.1kV和4.0kV之間時，放電處于起暈階段；放電電壓在4.0kV和6.3kV之間時，放電處于發(fā)展階段；放電電壓在6.3kV和6.6kV之間時，放電處于預(yù)擊穿階段；(2)六氟化硫中，放電電壓在10.0kV和19.4kV之間時，放電處于起暈階段；放電電壓在19.4kV和35.3kV之間時，放電處于發(fā)展階段；放電電壓在35.3kV和38.2kV之間時，放電處于預(yù)擊穿階段。根據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢，實現(xiàn)了放電階段的劃分。

依據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢識別參與放電氣體成分：空氣中，預(yù)擊穿階段相對發(fā)展階段突變程度大；六氟化硫氣體中，預(yù)擊穿階段相對發(fā)展階段突變程度小。根據(jù)色度分量灰度值隨放電電壓的變化趨勢，實現(xiàn)了參與放電氣體成分的識別。

根據(jù)求取的各色度分量灰度值，計算得到不同色度R、G、B的色度分量占比，利用excel軟件繪制空氣和六氟化硫中色度分量占比隨放電電壓的變化曲線。

圖5和圖6分別為空氣中和六氟化硫中色度分量占比隨放電電壓的變化曲線。

依據(jù)色度分量占比的大小判斷放電階段：(1)空氣中，放電電壓在3.1kV和4.0kV之間時，放電處于起暈階段；放電電壓在4.0kV和6.3kV之間時，放電處于發(fā)展階段；放電電壓在6.3kV和6.6kV之間時，放電處于預(yù)擊穿階段；(2)六氟化硫中，放電電壓在10.0kV和19.4kV之間時，放電處于起暈階段；放電電壓在19.4kV和35.3kV之間時，放電處于發(fā)展階段；放電電壓在35.3kV和38.2kV之間時，放電處于預(yù)擊穿階段。根據(jù)色度分量占比的大小，實現(xiàn)了放電階段的劃分。

依據(jù)色度分量占比的大小識別參與放電氣體成分：空氣中，色度分量占比按BRG的順序減小；六氟化硫中，色度分量占比按BGR的順序減小。根據(jù)色度分量占比的大小，實現(xiàn)了參與放電氣體成分的識別。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。