計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，具有如下步驟：圖像獲取步驟：獲取真空開關觸頭和電弧運動的連續(xù)圖像；邊緣分析步驟：分析所述的連續(xù)圖像中的每幀圖像，獲取每幀圖像中電弧的上、下邊緣位置，該上、下邊緣位置即分別為真空開關的靜觸頭的位置和動觸頭在當前幀所處的位置；速度計算步驟：計算相鄰兩幀電弧運動圖像中動觸頭的位移，計算該位移與幀差時間的比值，該比值為動觸頭的運動速度。由于采用了圖像分析技術，相較于現(xiàn)有的真空觸頭位置和運動速度的計算方法，大幅提升了精度，同時采用的技術成熟可靠，十分適于大范圍的推廣和使用。
【專利說明】計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，尤其涉及一種基于圖像分析的真空開關觸頭和運動的計算方法。
【背景技術】
[0002]真空開關是電網(wǎng)中最重要的控制、保護裝置，分、合閘速度是真空開關的重要機械性能參數(shù)，目前普遍使用的是光柵測速的方法，通過在操動機構(gòu)上安裝光柵測速系統(tǒng)，測量所連接的操動機構(gòu)速度從而間接測量動觸頭的速度。由于操動機構(gòu)各部件之間的連接存在配合誤差，必然導致測量的結(jié)果和實際速度間存在誤差，難以滿足斷路器分合閘速度的精確測量。另外，真空開關屬高壓電器，其周圍電磁場強，那么在其附近安裝的傳感器會受到強烈的電磁干擾，同樣影響檢測精度。
[0003]CCD相機在真空開關領域的廣泛應用以及圖像處理方法的不斷成熟，為新的動觸頭分閘速度檢測提供了條件?，F(xiàn)有的真空開關電弧實驗系統(tǒng)在可拆滅弧室上加觀察窗，并用高速CCD相機拍攝觸頭及電弧運動序列圖像。本發(fā)明在電弧及觸頭的運動序列圖像中動態(tài)跟蹤觸頭位置并計算觸頭運動速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制的一種計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，具有如下步驟:
[0005]一圖像獲取步驟:獲取真空開關觸頭和電弧運動的連續(xù)圖像；
[0006]一邊緣分析步驟:分析所述的連續(xù)圖像中的每幀圖像，獲取每幀圖像中電弧的上、下邊緣位置，該上、下邊緣位置即分別為真空開關的靜觸頭的位置和動觸頭在當前幀所處的位置；
[0007]—速度計算步驟:計算相鄰兩幀電弧運動圖像中動觸頭的位移，計算該位移與幀差時間的比值，該比值為動觸頭的運動速度。
[0008]所述圖像獲取步驟具體為:
[0009]一使用真空開關電弧實驗系統(tǒng)，采集觸頭及電弧的運動序列圖像，對圖像進行灰度化和二值化處理。
[0010]所述邊緣分析步驟之前還具有預處理步驟:
[0011]一采用八鄰域標記法對所述的灰度化和二值化處理后的圖像中進行區(qū)域標記，計算每個區(qū)域的面積，選取面積最大的標記區(qū)域，面積最大的標記區(qū)域即為該幀圖像中的電弧圖像。
[0012]所述邊緣分析步驟中獲取每幀電弧上、下邊緣的方法如下:
[0013]一將圖像劃分成均勻分布的網(wǎng)格，設定行和列；
[0014]一從圖像上下邊緣分別查找表示所述電弧圖像特征點超過閾值的第一行和該第一行開始包含特征點數(shù)量超過閾值的若干行分別作為電弧的上、下邊緣。[0015]在選定電弧的上、下邊緣后，還具有直線擬合步驟。
[0016]所述直線擬合采用最小二乘擬合。
[0017]所述的最小二乘擬合具體為:
[0018]假設Y=kX+b為直線方程，在拍攝觸頭及電弧運動圖像過程中將CXD水平放置使觸頭始終與X軸平行，則直線方程簡化為Y=b ；
[0019]檢測到的上(或下)點列為(Xi，Yi)，i e [I, η]；
[0020]那么實際測量點與在直線上的點的偏差為:
【權利要求】
1.一種計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，具有如下步驟: 一圖像獲取步驟:獲取真空開關觸頭和電弧運動的連續(xù)圖像； 一邊緣分析步驟:分析所述的連續(xù)圖像中的每幀圖像，獲取每幀圖像中電弧的上、下邊緣位置，該上、下邊緣位置即分別為真空開關的靜觸頭的位置和動觸頭在當前幀所處的位置； 一速度計算步驟:計算相鄰兩幀電弧運動圖像中動觸頭的位移，計算該位移與幀差時間的比值，該比值為動觸頭的運動速度。
2.根據(jù)權利要求1所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述圖像獲取步驟具體為: 一使用真空開關電弧實驗系統(tǒng)，采集觸頭及電弧的運動序列圖像，對圖像進行灰度化和二值化處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述邊緣分析步驟之前還具有預處理步驟: 一采用八鄰域標記法對所述的灰度化和二值化處理后的圖像中進行區(qū)域標記，計算每個區(qū)域的面積，選取面積最大的標記區(qū)域，面積最大的標記區(qū)域即為該幀圖像中的電弧圖像。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述邊緣分析步驟中獲取每幀電弧上、下邊緣的方法如下: 一將圖像劃分成均勻分布的網(wǎng)格，設定行和列； 一從圖像上下邊緣分別查找表示所述電弧圖像特征點超過閾值的第一行和該第一行開始包含特征點數(shù)量超過閾值的若干行分別作為電弧的上、下邊緣。
5.根據(jù)權利要求4所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于在選定電弧的上、下邊緣后，還具有直線擬合步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述直線擬合采用最小二乘擬合。
7.根據(jù)權利要求6所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述的最小二乘擬合具體為: 假設Y=kX+b為直線方程，在拍攝觸頭及電弧運動圖像過程中將CCD水平放置使觸頭始終與X軸平行，則直線方程簡化為Y=b ； 檢測到的上邊緣(或下邊緣)點列為(Xi, Yi)，i ∈[I, η]； 那么實際測量點與將擬合直線Y=b上的點的偏差為:
8.根據(jù)權利要求5所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于，在所述直線擬合步驟之后還具有亞像素精度計算步驟。
9.根據(jù)權利要求8所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于:所述亞像素精度邊緣計算過程具體為: 運用基于擬合的亞像素邊緣定位方法，采用Gaussian核函數(shù):理想的圖像邊緣可由階梯函數(shù)表示:
10.根據(jù)權利要求1、2、5-9任意一項權利要求所述的計算真空開關觸頭位置和運動速度的方法，其特征還在于所述邊緣分析步驟中: 檢測表示動觸頭的下邊緣位置時:檢測并計算每幀圖像中的下邊緣位置； 檢測表示靜觸頭的上邊緣位置時:設定所述電弧圖像的面積閾值，當某幀圖像中的電弧圖像面積大于該閾值時， 檢 測并計算所述的電弧的上邊緣的位置一次；否則不檢測。
【文檔編號】G01P3/38GK103604942SQ201310401383
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】董華軍, 孔一涵, 臧侃, 郭方準, 姜雪梅 申請人:大連交通大學