CN107329053A - 一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，步骤包括：采用高速摄像机连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像；存储拍摄的图像于电脑中，将每一帧图像的颜色特征数据导入matlab软件并转化为灰度图像，matlab软件提取灰度图像的最大灰度值，按其帧数的顺序序号储存；根据图像的灰度值变化规律特征，计算图像的亮度变化周期；剔除亮度变化周期的粗大误差后，计算亮度变化周期的平均值；根据亮度变化周期的平均值计算得到悬浮导体的感应放电频率。本发明使用高速摄像机观察悬浮导体感应放电，并根据图像的灰度值提取有效图像，对有效图像的数据进行统计分析，得到放电频率。

Description

一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，尤其涉及一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法。

背景技术

悬浮导体感应放电是一种在高压工频电场中常见的放电现象，由于在放电过程中会产生高电压，对设备造成难以估量的破坏，该现象已经引起了各国研究者的普遍重视。通常，感应放电被定义为由感应电压造成的局部放电，也就是说，悬浮导体感应放电是由于悬浮导体在强电场中发生静电感应，使其电位升高，成为高压带电体，最终与周围导体发生放电的现象。

研究感应放电的方法多种多样，常用的方法有如下几种：

1.建立放电电路网路分布参数模型分析；

2.建立静电场有限元模型分析。

为研究工频电场下，悬浮导体感应放电的规律并进行统计，本发明利用高速摄像机捕捉发电瞬间并根据图像灰度值提取有效图像，以此来研究放电规律。当悬浮导体发生感应放电时，在电极和导体间会不断地形成电子崩及流注通道，由于流注通道发展速度的数量级为10^8cm/s，因此人眼无法观察到流注的发展情况。而利用高速摄像机能够以很高的频率记录一个动态的图像，一般可以以每秒1000～10000帧的速度记录，但这导致了每张像素不会太高，同时拍摄的图片数量十分之多。

因此在使用高速摄像机观察感应放电瞬间的基础上，如何有效快速地筛选图像成为研究的重点。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，可利用高速摄像机捕捉放电瞬间，并在大量的拍摄图像中快速找到有效的放电图像，便于统计悬浮导体的感应放电频率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，包括如下步骤：

S1、采用高速摄像机连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像；

S2、存储拍摄的图像于电脑中，将每一帧图像的颜色特征数据导入matlab软件并转化为灰度图像，matlab软件提取灰度图像的最大灰度值，按其帧数的顺序序号储存；

S3、根据图像的灰度值变化规律特征，计算图像的亮度变化周期；

S4、剔除亮度变化周期的粗大误差后，计算亮度变化周期的平均值；根据亮度变化周期的平均值计算得到悬浮导体的感应放电频率。

进一步地，所述步骤S1中连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像，每次拍摄的间隔时间为5S。

进一步地，所述步骤S1，在拍摄悬浮导体的放电瞬间图像过程中，高速摄像机需与悬浮导体的放电区域保持水平，并保持一定的安全距离。

进一步地，所述步骤S1，在拍摄悬浮导体的放电瞬间图像过程中，需要以黑色的幕布作为拍摄背景，用以增加放电图像和未放电图像的亮度对比以及便于筛选图像。

进一步地，所述步骤S3中计算图像的亮度变化周期，计算方式具体为：

T_x＝T₀*(N+1)

其中，T_x为亮度变化周期，T₀为拍摄的每帧图像间隔时间，N为相邻的两个非零最大灰度值间隔帧数。

进一步地，所述步骤S4中计算得到悬浮导体的感应放电频率，其具体为：

由于放电前图像的最大灰度值为0，放电瞬间图像的最大灰度值大于0，所以悬浮导体感应放电频率与亮度变化频率相等，即悬浮导体感应放电频率计算公式为：

f＝1/T_xav

其中，f为悬浮导体感应放电频率，T_xav为亮度变化周期的平均值。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过实验的方法观测悬浮导体感应放电现象，结果真实可靠；本发明通过统计分析计算悬浮导体感应频率，减小偶然误差；本发明根据拍摄的放电的图像灰度值的不同，利用matlab提取图像亮度，最终能够筛选出有效图像进行统计，得到放电频率。

附图说明

图1为本发明一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法步骤流程图；

图2为本发明实施例中模拟悬浮导体放电实验的环境示意图；

图3为本发明实施例中模拟悬浮导体放电实验的拍摄环境示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，步骤为：

S1、采用高速摄像机连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像；

S2、存储拍摄的图像于电脑中，将每一帧图像的颜色特征数据导入matlab软件并转化为灰度图像，matlab软件提取灰度图像的最大灰度值，按其帧数的顺序序号储存；

S3、根据图像的灰度值变化规律特征，计算图像的亮度变化周期，计算公式为：

T_x＝T₀*(N+1) (1)

其中，T₀为拍摄的每帧图像间隔时间，N为两个相邻的非零最大灰度值间隔帧数。

S4、剔除亮度变化周期的粗大误差后，计算亮度变化周期的平均值，由于放电前图像的最大灰度值为0，放电瞬间图像的最大灰度值大于0，所以悬浮导体感应放电频率与亮度变化频率相等，即悬浮导体感应放电频率计算公式为：

f＝1/T_xav (2)

其中，f为悬浮导体感应放电频率，T_xav为亮度变化周期的平均值。

实施例

(1)设置实验环境

如图2所示，通过变压器、导线和金属小球模拟悬浮导体放电实验环境，调整高速摄像机位置，摄像头与放电区域保持水平。为避免强电场的电磁干扰，摄像机必须与导线保持一定的安全距离。

(2)设置拍摄环境

如图3所示，在导线和小球后面设置黑色幕布作为背景，同时对周围的环境进行适当地遮光。由于发生感应放电时会产生电弧发光，而黑色幕布作为背景不会反射任何光线，所以摄像机捕捉到的图像的光只能来自于电弧。这样可以使未发生感应放电时捕捉到的图像亮度几乎为零，而发生感应放电时，图像有一定的亮度值。便于接下来地步骤对于拍摄图像的筛选。

(3)拍摄并储存图像

在放电实验准备合理充分后，先打开高速摄像机进行预拍照，确保未放电时拍摄图像亮度为零。然后接下来对放电现象进行拍摄，设置每次拍摄的时间为5s，先使悬浮导体产生感应放电，然后打开高速摄像机进行拍摄。最后将拍摄的图像存入电脑，并分次有序地整理好。

(4)提取图像亮度筛选

将每次放电的拍摄图像的数据导入matlab，通过matlab提取图像的亮度特征，计算图像的亮度变化周期，剔除粗大误差后取平均值，从而得到悬浮导体的感应放电频率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采用高速摄像机连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像；

S2、存储拍摄的图像于电脑中，将每一帧图像的颜色特征数据导入matlab软件并转化为灰度图像，matlab软件提取灰度图像的最大灰度值，按其帧数的顺序序号储存；

S3、根据图像的灰度值变化规律特征，计算图像的亮度变化周期；

S4、剔除亮度变化周期的粗大误差后，计算亮度变化周期的平均值；根据亮度变化周期的平均值计算得到悬浮导体的感应放电频率。

2.根据权利要求1所述的一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，所述步骤S1中连续拍摄悬浮导体的放电瞬间图像，每次拍摄的间隔时间为5S。

3.根据权利要求1所述的一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，所述步骤S1，在拍摄悬浮导体的放电瞬间图像过程中，高速摄像机需与悬浮导体的放电区域保持水平，并保持一定的安全距离。

4.根据权利要求1所述的一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，所述步骤S1，在拍摄悬浮导体的放电瞬间图像过程中，需要以黑色的幕布作为拍摄背景，用以增加放电图像和未放电图像的亮度对比以及便于筛选图像。

5.根据权利要求1所述的一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，所述步骤S3中计算图像的亮度变化周期，计算方式具体为：

T_x＝T₀*(N+1)

其中，T_x为亮度变化周期，T₀为拍摄的每帧图像间隔时间，N为相邻的两个非零最大灰度值间隔帧数。

6.根据权利要求1所述的一种利用高速摄像机测量悬浮导体感应放电频率的方法，其特征在于，所述步骤S4中计算得到悬浮导体的感应放电频率，其具体为：

由于放电前图像的最大灰度值为0，放电瞬间图像的最大灰度值大于0，所以悬浮导体感应放电频率与亮度变化频率相等，即悬浮导体感应放电频率计算公式为：

f＝1/T_xav

其中，f为悬浮导体感应放电频率，T_xav为亮度变化周期的平均值。