一種硅橡膠絕緣子憎水性等級判定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種硅橡膠絕緣子憎水性等級判定方法，具體涉及采用圖像處理識別 技術進行硅橡膠絕緣子憎水性等級的判定。
【背景技術】
[0002] 運行中的絕緣子長期受到電暈、閃絡、污穢等因素的影響，尤其在濕潤條件下，瓷 和玻璃絕緣子的外絕緣強度會急劇降低，從而引發電網的大規模污閃事故，給國民經濟造 成重大損失。實踐表明，采用硅橡膠絕緣子代替傳統絕緣子（瓷或玻璃絕緣子），可以有效 遏制污閃事故的發生。硅橡膠絕緣子之所以在電網防污改造中得到大量應用，因其表面具 有良好的憎水性以及憎水迀移性。但是掛網運行中的硅橡膠絕緣子受到電場、電暈、雨雪以 及污穢等綜合因素下，其表面憎水性會發生一定的變化。目前，已有大量文獻刊登關于硅橡 膠絕緣子憎水性機理以及引發憎水性變化特性的因素，有關該方面的研究成果對硅橡膠絕 緣子的生產工藝、運維與檢修等方面工作提供理論依據。
[0003] 硅橡膠絕緣子表面材料主要成分為甲基乙烯基硅氧燒，俗稱 PDMS(polydim-ethylsiloxane)，PDMS分子結構特性決定了娃橡膠絕緣子表面所具有的特 性。PDMS分子結構主鏈由Si原子和0原子交替排列而成，呈現出螺旋狀。運行于戶外的硅 橡膠絕緣子，表面染污后，硅橡膠表面所具有的憎水性迀移到親水性的污穢層上，從而該污 穢層也表現出一定憎水性，所以說染污后的硅橡膠絕緣子表面具有憎水迀移性。正是其具 有的憎水迀移性，與其他絕緣子相對比，硅橡膠絕緣子具有優良的耐污閃性能。
[0004] 戶外硅橡膠絕緣子表面憎水性等級將不可避免的發生變化，硅橡膠絕緣子表面所 具憎水性特性會隨著運行時間以及受電暈、閃絡、污穢、溫度、雨雪等綜合因素影響而出現 下降趨勢或甚至完全喪失。硅橡膠絕緣子的憎水性以及憎水迀移特性的下降具體表現是耐 污閃能力變低，從而對電力系統安全與穩定運行構成威脅。截至目前為止，國內外專家學者 針對硅橡膠絕緣子憎水性等級檢測方法進行了大量研究和實驗，盡管有些檢測方法已在實 際得到應用，但是大部分憎水性檢測與評估方法仍處于不成熟階段，更多是依靠人工或者 繁瑣的實驗步驟對其憎水性進行檢測，歸納起來包括：IEC/TS 62073-2003推薦測試法（按 一定規范在絕緣表面噴水，再根據絕緣子表面的水滴形狀和水滴分布狀況把憎水性分為 HCl~HC7共七個等級）、指示函數法以及基于圖像處理與數學算法的智能算法。因此研究 一種硅橡膠絕緣子憎水性等級判定技術是非常有實用工程價值的。
【發明內容】
[0005] 針對【背景技術】中提到的問題及指針式儀表圖像識別的特點，本發明提出了一種硅 橡膠絕緣子憎水性等級判定方法，不需要提前建立模板圖像數據庫以及對圖像進行一系列 復雜預處理計算。
[0006] 本發明的技術方案為：一種硅橡膠絕緣子憎水性等級判定方法，包括下述的步 驟：
[0007] 1)獲取帶水珠的硅橡膠絕緣子彩色圖像并進行灰度化處理；
[0008] 2)將灰度化后的圖像進行濾波去噪和重構；
[0009] 3)圖像二值化處理，將憎水性圖像中的目標水珠與絕緣層背景進行區分，形成二 值化圖像；
[0010] 4)從二值化圖像提取最大水跡的面積比、形狀因子和盒維數特征；
[0011] 5)基于SVM方法，采取RBF核函數，特征碼取為最大水跡的面積比K、形狀因子fc、 盒維數D，將復合絕緣子憎水性等級分為HCl~HC3、HC4~HC5和HC6~HC7三大類；
[0012] 6)基于多重分形的方法，構建標準憎水性圖像樣本HCl~HC7的廣義維數譜Dq-q 曲線，將憎水性等級由三個大類細分為7個等級；
[0013] 7)通過比對標準憎水性圖像樣本的Dq-q曲線，判斷待測樣本所屬憎水性等級。
[0014] 步驟2)采用Haar小波函數進行濾波處理，然后進行逆向小波變換，最終到達重構 目的。
[0015] 步驟3)基于最大類間方法找到圖像的一個合適的灰度閾值，所述合適的灰度閾 值為前景和背景圖像的方差最大時的值。
[0016] 所述盒維數計算采用網格法。
[0017] 采用SVM方法前對樣本數據進行歸一化。
[0018] 步驟5)利用標準樣本的K、fc和D值進行訓練，將憎水性等級分為三大類，將待測 樣本的三個參數代入，得到待測樣本所屬憎水性類別。
[0019] 步驟6)建立三個標準判據圖，對應步驟5)劃分的三個類別，在劃分三大類基礎 上，進一步劃分憎水性等級。
[0020] HC1-HC3之間等級，q值在[-0. 5, 2];其余等級下，q值取值在[-1，1]之間。
[0021] 步驟7)如果待測絕緣子圖像的廣義維數值序列與相應狀態下的某標準Dq- q曲線 最接近，則屬于此憎水性等級。
[0022] 步驟7)根據分形維數序列組的標準差來判斷，計算公式如下：
[0024] 式中，A；表示標準樣本HCx的維數序列，X e [1，7]之間的整數，貧表示待測樣本 k的維數序列。
[0025] 本發明與其他絕緣子等級檢測技術最大的不同是不需要提前建立模板圖像數據 庫以及對圖像進行一系列復雜預處理計算，通過對圖像去噪分割重構提取形狀因子及分形 維數，基于SVM和多重分形方法模型來判定憎水性等級，能夠準確的區分絕緣子憎水性等 級速，為絕緣子污穢等級提供很好的判據，方便于輸變電工作人員和巡檢人員監控高壓塔 上絕緣子污穢情況，具有實際的工程應用價值。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明提供的一種硅橡膠絕緣子憎水性等級判定方法流程圖；
[0027] 圖2為一個實施例中對原始彩色圖像進行灰度化處理后的圖像；
[0028] 圖3為將圖2采用小波函數去噪和重構后的圖像；
[0029] 圖4為將圖3采用大類間差分割得到的圖像；
[0030] 圖5由圖4的實施例得到，其中（a)最大水跡的形狀因子；(b)最大水跡的面積比； (c)最大水跡的盒維數值；
[0031] 圖6由圖5的實施例建立，其中（a)HCl_HC3標準樣本的Dq-q曲線；(b)改變q測 度后HC1-HC3標準樣本的D q-q曲線；（c)HC4_HC5標準樣本的Dq-q曲線；（d)HC6_HC7標準 樣本的D q-q曲線。
【具體實施方式】
[0032] 本發明的硅橡膠絕緣子憎水性等級判定方法，流程圖如圖1，具體來說包括以下具 體實施步驟：
[0033] 1.通過高壓塔上的視頻攝像頭獲取有水珠的硅橡膠絕緣子原始彩色圖像，并將圖 像傳回安裝有圖像處理功能的計算機，并對傳回的彩色圖像進行灰度化處理，如圖2所示。
[0034] 2.將灰度圖像進行Haar小波去噪和重構：
[0035] 對于憎水性圖像的分解濾波過程中，主要是對高頻系數進行處理，而在光照不均 勻情況下噪聲可以采用一定的補償；通過選取合適的小波函數，可以實現對圖像中的信號 進行分解與重構；本發明一個實例中僅對高頻系數進行噪聲濾除，選定某個閾值和相應閾 值函數對高頻處理，將其分解為高頻、低頻系數，在各自系數基礎上進行處理，得到新的高 頻系數，處理后的新系數經逆向小波變換重構圖像，得到去噪后的憎水性圖像。
[0036] 在小波變換分析中，有兩個重要的函數，分別是：
[0037] Haar小波尺度函數：
[0041] 小波變換基本思路是利用縮放和平移的一系列函數表示出傅里葉變換中的函數 或信號。傅里葉變換能提供頻率域的信息，但存在丟失時間方面的局部信息問題；而小波變 換既能通過平移函數獲取待分析信號的時間信息，又能通過縮放函數獲取待分析信號的頻 率域信息。
[0042] 這一步具體包括：
[0043] I)Haar小波變換分解法對圖像分解表達式如下：
[0044] fj= ω 】J…+ ω 〗Jfj J…+ ω 0+f。 (3)
[0045] 其中ω j i、f』i表達式分別為：
[0048] 式中系數f1和Af1經相應迭代而得：
[0051] 式中，H和L為高、低通濾波器。當j = J時，是由取樣信號
來確定，當j 一直減小，最終達到符合要求的級別。
[0052] 2)在對高、低頻系數處理后，需要進行逆向小波變換，最終到達重構的目的。根據 Haar重構定理：
[0053] f = f。+ ω。+ ω A ω 2+…+ ω 〗i (8)
[0054] 對式（8)信號進行重構，得到表達式為：
[0056] Haar小波函數去噪重構后的圖像，如圖3所示。
[0057] 3.對Haar小波去噪后的圖像采用最大類間方差分割圖像：根據圖像的灰度分布 特性，使受處理圖像分為目標和背景