电晕探测紫外ICCD相机图像噪声分析与处理

分析了日盲电晕探测中探测器紫外ICCD相机噪声的构成特性,利用试验方法统计了PROXITRONIC公司第二代紫外ICCD相机不同增益下的光电阴极暗电子发射散粒噪声水平,提出了基于统计数据的阴极噪声的抑制方法,实现了对紫外ICCD相机散粒噪声的抑制。将此方法应用到电晕探测过程,实验结果证明了该方法对图像噪声的抑制有效,保持了相机的动态范围。

“日盲”紫外电晕探测系统定标

"日盲"紫外电晕探测是电力设备检修与维护的主要手段之一。为了提供更为准确和客观的评价依据,需要对"日盲"紫外电晕探测系统进行辐亮度定标,从而确定目标辐亮度与增益控制电压、系统输出灰度值之间的关系。为此构建了由高稳定氘灯光源、积分球、光纤光谱仪等组成的定标装置。采用可溯源美国NIST的紫外标准氘灯对光纤光谱仪进行光谱辐照度标定,并以光纤光谱仪作为标准探测器对电晕探测系统进行定标。通过实验拟合出ICCD增益控制电压与系统增益之间的关系曲线,并给出了系统的标定方程。随后进行了三组不同增益的验证实验,实验结果表明在线性区内辐亮度推算值与测量值之间的最大相对误差为6.11%,均方根为3.22%。经分析,文中所采用的系统定标方案的不确定度为9.1%,基本可以满足了"日盲"紫外电晕探测系统的需求。此外,不同增益条件下的系统响应特性可以为"电晕"探测过程中进行自动增益调整算法的设计提供参考依据。

双谱段全景电晕探测光学系统

为扩大电晕系统探测范围、提高实时探测能力,采用折反射全景结构建立了一种新型双谱段("日盲"紫外/可见光)电晕探测系统.介绍了双谱段折反射全景电晕探测系统工作原理,并根据系统要求确定了镜组结构及子系统光学参量.在分析折反射全景系统像差特性的基础上,研究了折、反射子光学系统间像差补偿及照度均匀性改善方法.完成了视场角为360°×(45°～90°)、相对孔径1∶2的双谱段全景电晕探测光学系统设计.分析结果表明:"日盲"紫外全景系统各视场能量集中度100%弥散圆直径均小于紫外ICCD像元尺寸30μm;可见光紫外全景系统各视场MTF>0.5@83lp/mm.像面照度均匀性优于99.8%;满足了大视场,大相对孔径及高均匀性像面照度等电晕探测需求.

电晕探测中的紫外对焦控制系统

本文简要介绍了电晕探测的原理,采用可见光与紫外双光谱探测方法来检测电晕信号的存在并对其进行定位。文中介绍了电晕探测系统紫外对焦控制模块,并阐述了对焦的双闭环控制过程及其软硬件实现方法。分析了对焦控制过程中误差产生的原因,主要包括传动机构的空回及系统的过冲量。通过实验测量得到传动机构的空回和过冲量,将其加入紫外对焦过程的总对焦量。采用上述方法可以减小紫外对焦系统的对焦误差,使紫外相机像面始终处于焦深之内。最后,利用电晕探测系统对高压电厂中的电晕信号进行检测并定位。

新型日间电晕探测照相机

电晕是架空输电线路或变电设备上经常出现的、并会进一步发展成较大故障的高压放电现象，因此对电晕进行早期探测意义重大。本文介绍一种新型的日间电晕探测照相机，并阐述其原理、性能及应用情况。

无人机航迹中电力线电晕紫外探测与定位

在无人机电力线巡检中,为了能快速发现并定位绝缘子产生电晕放电现象的位置,对无人机航迹中的电力线电晕探测与定位方法进行了研究。分析了电晕放电功率检测模型,并得到放电源辐射出紫外光功率的公式。设计了具有高灵敏度的电晕探测设备,提出在无人机航迹中发现绝缘子缺陷的定位方法,通过两次不同角度对电力线铁塔探测,比较两次探测结果分析出缺陷绝缘子的位置。最后根据定位方法设计了对电火花和紫外LED探测实验。结果表明,该探测设备能准确探测出电火花产生的紫外光功率,受到紫外光在空气中损耗的影响,测量值随距离的增加而逐渐减小,且在不同距离情况下相对误差在11.5%之内。在紫外LED探测实验中,探测角度选择0°和15°时测量值较为准确。该方法在微弱电晕放电探测中准确有效,能够满足无人机在航迹中对电力线缺陷绝缘子的定位要求。

微弱日盲紫外电晕自动实时检测方法

针对目前商用日盲紫外/可见光双谱段电晕探测仪对故障的判定效率低且容易受噪声干扰问题,本文提出了一种微弱日盲紫外电晕自动实时检测方法。在分析电晕目标和噪声时间域统计特性的基础上,该方法利用电晕目标在时间域连续的特点,首先完成灰度图像二值化、形态学膨胀等预处理,其次将N帧连续图像累加后阈值化,最后进行特征提取,获取电晕位置、面积等特征信息,实现电晕的自动实时检测。在完成设备辐射标定的基础上,可立即回溯得到故障的光子计数参考值。建立了该方法的探测概率、虚警率数学模型。将其在高速数字处理平台TMS320DM642上实现并输入测试视频,结果表明:在典型参数情况下该方法单次检测虚警概率为2.85×10-5,处理时间小于120 ms,可实现微弱日盲紫外电晕的实时检测。

基于泊松分布的日盲紫外电晕检测

针对日盲紫外电晕探测噪声大、信号微弱等特点,本文提出了一种利用泊松分布的日盲紫外电晕检测方法。为了表征紫外电晕信号的时空域特性,根据光电探测原理,构建了基于泊松分布的紫外电晕目标检测模型。针对紫外图像序列,首先根据暗噪声统计模型进行有无信号的判断,然后利用所建立的紫外电晕目标检测模型得到紫外图像的泊松概率映射图,最后基于改进的最大类间方差法(Otsu)实现紫外电晕目标检测与提取。本文方法在多组紫外图像序列中进行测试与对比,实验证明该方法可以准确地检测出紫外图像中电晕目标,方法结构简单,检测精度高,且性能鲁棒。

大相对孔径紫外成像仪光学系统设计

为解决目前大多数紫外成像仪存在的定位和指向精度差、色差较大、分辨率及光能利用率不足等问题,设计了一款高分辨率的大孔径消色差紫外光学系统。首先,根据电晕放电检测的应用需求,提出了紫外光学系统的总体设计。然后利用熔石英及氟化钙两种材料的不同色散特性,根据改进的双胶合透镜结构设计了一款大孔径的消色差紫外光学系统,并对该系统进行了公差分析。设计的紫外光学系统在全视场全探测范围内点列图均方根直径<0.08 mm,分辨率为20 lp/mm,满足电力行业中对电晕探测的需求。

紫外像增强器用于电力安全检测的研究

随着日盲紫外探测技术的快速发展,紫外电晕探测成为电力设备安全检测的主要手段之一。测试了国产碲铯阴极紫外像增强器的光谱响应特性曲线,并计算了太阳辐射照射下,配备有深截止日盲紫外滤光片的紫外像增强器所产生的光电子数,验证了国产碲铯阴极紫外像增强器在深截止日盲紫外滤光片的滤光作用下,可以满足强烈阳光背景下电晕检测的需求。

高精度Camera Link相机视频采集处理系统的设计

在电晕探测系统中,为满足高精度Camera Link接口相机的高实时视频采集、处理需要,同时降低系统成本及复杂度,提出了一种通过DM642的视频端口扩展Camera Link接口的方法。与一般采用FPGA作为处理前端不同,该方法基于视频端口的原始捕获模式,实现了在DM642上的Camera Link的直接扩展。设计了硬件电路及VP口采集驱动程序,并采用高精度(16bit)紫外相机进行了实时采集。结果表明,该接口可以满足采用Camera Link接口的紫外相机实时采集需求。基于该接口的高速数字图像处理系统已用于紫外探测系统信息处理中。