本發(fā)明涉及高壓斷路設(shè)備的非接觸式測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)的多目標(biāo)追蹤方法，可獲得待追蹤目標(biāo)的位置信息，并通過圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果繪制目標(biāo)的位移和時間的關(guān)系曲線，進(jìn)而獲得斷路器運(yùn)動行程與速度信息。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)變電站高壓斷路器的行程與速度的測試，是高壓斷路器機(jī)械特性實驗的重要實驗項目和指標(biāo)。高壓斷路器的行程與速度影響開關(guān)的滅弧特性、分合閘同期性以及設(shè)備的可靠性，而且這些項目是高壓斷路器大修、交接、周期性檢修必須要進(jìn)行的測試項目。

電力系統(tǒng)6.6KV及以上高壓斷路器是電力系統(tǒng)主設(shè)備，傳統(tǒng)的行程和速度測試傳感器主要是利用接觸式的電阻位移傳感器以及光電編碼傳感器。此類傳感器相對笨重，影響被測運(yùn)動體的速度；傳感器與運(yùn)動體的連接困難，甚至無法連接等。而非接觸式測量方法能較好的解決這些缺點(diǎn)，使用高速CMOS/CCD成像原理的非接觸式測量系統(tǒng)逐步成為可靠的斷路器測試系統(tǒng)。

專利CN202793771U一種運(yùn)用高速CCD成像原理的斷路器測試系統(tǒng)，采用的是雙條紋標(biāo)定斷路器傳動桿的外露部分，這種方法有以下幾點(diǎn)不足：

1、 系統(tǒng)在計算最終實際運(yùn)動距離時的換算公式為：

倍率 = 條紋實際寬度/圖像中條紋占的像素

實際位移量= 倍率×移動的像素點(diǎn)數(shù)

如附圖3所示，單條紋占的像素=（b-a）/條紋數(shù)目，由于實際使用的條紋寬度為定值，而在CCD成像的視場中，在聚焦最優(yōu)的情況下也會由于條紋邊緣模糊，導(dǎo)致圖像中條紋占的像素會有一定誤差。對于邊緣像素點(diǎn)的誤差，對雙黑條紋系統(tǒng)來說為，誤差 = 邊緣像素點(diǎn)/條紋數(shù)目（3條），而對多條紋系統(tǒng)（用5條紋來舉例）來說，誤差= 邊緣像素點(diǎn)/條紋數(shù)目（9條）。多條紋標(biāo)定的精度明顯高于雙條紋標(biāo)定，因此可以減小系統(tǒng)誤差。

2、部分?jǐn)嗦菲鞯膫鲃訔U被固定的金屬包圍，因此可利用CCD追蹤的斷路器傳動桿視場窗受到限制，若追蹤的標(biāo)定目標(biāo)物尺寸（條紋總寬度）小于傳動桿實際的運(yùn)動位移，追蹤目標(biāo)物就會脫離可測量的視場窗范圍，造成CCD丟失追蹤的目標(biāo)物信息，導(dǎo)致測量出現(xiàn)錯誤。

3、基于這種雙條紋標(biāo)定，現(xiàn)有的目標(biāo)追蹤方法始終追蹤視場中最左側(cè)條紋的左邊界（傳動桿向右運(yùn)動時），或者最右側(cè)條紋的右邊界（傳動桿向左運(yùn)動時）。當(dāng)追蹤目標(biāo)運(yùn)動超出可測量的視場窗范圍時，會造成CCD丟失追蹤的目標(biāo)物信息，導(dǎo)致測量出錯?；蛘弋?dāng)測量視場中進(jìn)入了新條紋時，系統(tǒng)會追蹤新進(jìn)入條紋的邊界，新追蹤目標(biāo)的運(yùn)動信息會覆蓋進(jìn)入新條紋之前的運(yùn)動信息，導(dǎo)致測量出錯（如附圖4、5所示）。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)的多目標(biāo)追蹤方法，該系統(tǒng)用于斷路器機(jī)械特性參數(shù)測試，目標(biāo)為標(biāo)定斷路器傳動桿的多個等距排列的黑白條紋，并提供一種自動追蹤目標(biāo)條紋的方法，由此解決由于可測量視場窗過小而引起的測量錯誤的問題。

本發(fā)明一種運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)，包括高速CMOS成像裝置，斷路器觸頭，觸頭傳動桿，多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽和數(shù)據(jù)處理裝置，觸頭傳動桿與斷路器觸頭連接，標(biāo)定用的多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽粘貼在觸頭傳動桿的外露部分上，高速CMOS成像裝置用于拍攝觸頭傳動桿的高速運(yùn)動圖像，圖像處理裝置用于處理拍攝到的高速運(yùn)動圖像，并進(jìn)行圖像識別、分析和數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行速度及行程的測試，同時顯示最終的測試結(jié)果。

所述多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽由多個等距排列的黑白條紋組成。

所述高速CMOS成像裝置的鏡頭與多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽的位置相適應(yīng)，進(jìn)行對準(zhǔn)。

所述運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)中，將由多個等距排列的黑白條紋組成的多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽，粘貼在觸頭傳動桿的外露部分上，用于標(biāo)定目標(biāo)。由于傳動桿外露部分尺寸有限，因此使用等距多目標(biāo)條紋的測試標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)定，在傳動桿被遮擋的位置也保證有條紋覆蓋，這樣可以確保當(dāng)傳動桿運(yùn)動結(jié)束時，傳動桿外露部分窗口仍有條紋，確保高速CMOS成像裝置仍然能夠拍攝條紋，不會丟失追蹤的條紋信息。

本發(fā)明運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)的多目標(biāo)追蹤方法，首先應(yīng)用高速CMOS成像裝置拍攝觸頭傳動桿的高速運(yùn)動圖像；其次，圖像處理裝置處理拍攝到的高速運(yùn)動圖像，并進(jìn)行圖像識別、分析和數(shù)據(jù)處理；最后，進(jìn)行速度及行程的測試，顯示最終的測試結(jié)果。

所述的圖像分析和數(shù)據(jù)處理，具體包括如下步驟：

（1）分析圖像，判斷標(biāo)定目標(biāo)的運(yùn)動方向；

（2）選定第一個目標(biāo)記錄條紋，并保存其在不同時刻的位置數(shù)據(jù)；

（3） 判斷是否有新條紋進(jìn)入視場；

（4）進(jìn)行遞補(bǔ)條紋累加；

（5）選定新條紋為目標(biāo)記錄條紋，并記錄其在不同時刻的位置數(shù)據(jù)；

（6）根據(jù)保存的位置數(shù)據(jù)，計算出目標(biāo)記錄條紋的位移—時間曲線，反映與之相連接的觸頭運(yùn)動狀態(tài)。

在測試過程中，若有新進(jìn)入的條紋運(yùn)動到正在追蹤條紋的運(yùn)動初始狀態(tài)位置，則記錄此時追蹤條紋的位置信息，并以新進(jìn)入的條紋為新的追蹤目標(biāo)，繼續(xù)記錄運(yùn)動信息。在每次更換追蹤的目標(biāo)時都需要累加之前條紋的位置信息，新追蹤目標(biāo)的運(yùn)動信息就不會覆蓋進(jìn)入新條紋之前的運(yùn)動信息。

本發(fā)明的斷路器測試系統(tǒng)及多目標(biāo)追蹤方法與現(xiàn)有方法相比，由于使用了多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽標(biāo)定運(yùn)動目標(biāo)，對于許多機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、觸頭運(yùn)動位移過大的斷路器，該方法可以自動追蹤遞補(bǔ)條紋獲得斷路器觸頭的運(yùn)動位移信息，因此對斷路器動觸頭的行程及速度測量快速、準(zhǔn)確，適應(yīng)測試對象多樣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.高速CMOS成像裝置 2.斷路器觸頭 3.斷路器觸頭傳動桿 4.多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽 5.數(shù)據(jù)處理裝置。

圖2 為本發(fā)明多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 為多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽與雙條紋標(biāo)簽的示意圖。

圖4為采用現(xiàn)有的目標(biāo)追蹤方法追蹤測試標(biāo)簽視場窗范圍圖。

圖5為現(xiàn)有追蹤方法的位移示意圖。

圖6 為本發(fā)明實施例追蹤遞補(bǔ)條紋方法的流程圖。

圖7為本發(fā)明實施例追蹤遞補(bǔ)條紋測試標(biāo)簽的示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例追蹤遞補(bǔ)條紋方法的位移示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不是對本發(fā)明的限定。

實施例

參照圖1-2，一種運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)，包括高速CMOS成像裝置1，斷路器觸頭2，觸頭傳動桿3，多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽4和數(shù)據(jù)處理裝置5，觸頭傳動桿3與斷路器觸頭2連接，標(biāo)定用的多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽4粘貼在觸頭傳動桿3的外露部分上，高速CMOS成像裝置1用于拍攝觸頭傳動桿3的高速運(yùn)動圖像，圖像處理裝置5用于處理拍攝到的高速運(yùn)動圖像，并進(jìn)行圖像識別、分析和數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行速度及行程的測試，同時顯示最終的測試結(jié)果。

所述多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽4由多個等距排列的黑白條紋組成。

所述高速CMOS成像裝置1的鏡頭與多目標(biāo)條紋測試標(biāo)簽的位置相適應(yīng)，進(jìn)行對準(zhǔn)。

運(yùn)用高速CMOS成像的斷路器測試系統(tǒng)的多目標(biāo)追蹤方法，首先應(yīng)用高速CMOS成像裝置拍攝觸頭傳動桿的高速運(yùn)動圖像，設(shè)定高速CMOS相機(jī)的行頻為10KHz，同時定義一幅圖像為1000行，即CMOS相機(jī)采集0.1s時間對應(yīng)的圖像信息，按照斷路器系統(tǒng)要求的時間進(jìn)行圖像采集，本實施例以0.3s的三幅圖像為例；其次，圖像處理裝置處理拍攝到的高速運(yùn)動圖像，并進(jìn)行圖像識別、分析和數(shù)據(jù)處理；最后，進(jìn)行速度及行程的測試，顯示最終的測試結(jié)果。

參照圖6-8，所述的圖像分析和數(shù)據(jù)處理，具體包括如下步驟：

（1）分析圖像，判斷標(biāo)定目標(biāo)的運(yùn)動方向；

（2）選定第一個目標(biāo)記錄條紋，并保存其在不同時刻的位置數(shù)據(jù)；

（3）判斷是否有新條紋進(jìn)入視場；

（4）進(jìn)行遞補(bǔ)條紋累加；

（5）選定新條紋為目標(biāo)記錄條紋，并記錄其在不同時刻的位置數(shù)據(jù)；

（6）根據(jù)保存的位置數(shù)據(jù)，計算出目標(biāo)記錄條紋的位移-時間曲線，反映與之相連接的觸頭運(yùn)動狀態(tài)。

其中，判斷運(yùn)動方向，首先記錄第一幅圖像第1行視場中所示條紋的左邊界位置P1與右邊界位置P2，然后從第2行開始依次記錄所示條紋的左邊界位置P3與右邊界位置P4，將P3與P1，P4與P2進(jìn)行對比，直到在某一行獲得P3>P1且P4>P2，判斷條紋向右運(yùn)動，或P3<P1且P4<P2，判斷條紋向左運(yùn)動。

其中，記錄目標(biāo)條紋的不同時刻位置，包含以下步驟：

（2.1） 通過運(yùn)動方向確定追蹤的目標(biāo)條紋，當(dāng)整體目標(biāo)向右運(yùn)動時，以視場中最左端條紋的左邊界作為追蹤目標(biāo)；當(dāng)整體目標(biāo)向左運(yùn)動時，以視場中最右端條紋的右邊界作為追蹤目標(biāo)；

（2.2）通過運(yùn)動方向，依次從第一幅圖的第一行到第三幅圖的最后一行記錄追蹤條紋邊界的具體像素點(diǎn)位置，此步驟中需要結(jié)合判斷是否有新條紋進(jìn)入視場進(jìn)行記錄，若有條紋進(jìn)入視場則需要進(jìn)行位移累加。

其中，判斷是否有新條紋進(jìn)入視場的方法是，標(biāo)定目標(biāo)時確定測試標(biāo)簽黑條紋在視場中實際所占的像素點(diǎn)數(shù)為N，由于使用的是等間距黑白條紋，因此白條紋所占的像素點(diǎn)數(shù)也為N，確定目標(biāo)運(yùn)動方向后，以記錄的左條紋的左邊界P1或右條紋的右邊界P2為基礎(chǔ)；

向右運(yùn)動時，當(dāng)追蹤目標(biāo)邊界的像素點(diǎn)位置變?yōu)镻1+2N時，對此運(yùn)動行重新記錄視場中最左端條紋的左邊界為P1-1，取P1與P1-1的差值記為X，當(dāng)X=2N時則進(jìn)入了新條紋，若X=0則未進(jìn)入新條紋；

向左運(yùn)動時，當(dāng)追蹤目標(biāo)邊界的像素點(diǎn)位置變?yōu)镻2-2N時，取P2-2與P2的差值記為Y，當(dāng)Y=2N時則進(jìn)入了新條紋，若Y=0則未進(jìn)入新條紋。

其中，進(jìn)行遞補(bǔ)條紋累加，包含以下步驟：

（4.1）每當(dāng)判斷P1與P1-1的差值或P2與P2-2的差值為2N，判斷為進(jìn)入新條紋時，則記錄新進(jìn)入的條紋數(shù)NUM+1，為進(jìn)行條紋的遞補(bǔ)累加做準(zhǔn)備，保證最終記錄的位移—時間曲線的準(zhǔn)確性；

（4.2）對三幅圖像進(jìn)行處理時，記錄每行的追蹤目標(biāo)條紋邊界位置為A，當(dāng)進(jìn)入新條紋后，記錄追蹤的目標(biāo)條紋邊界位置為B，但實際條紋運(yùn)動位置為B+NUM*2N，由于在采集時間上是連續(xù)的，每行間隔為1/10000s，由此可以在條紋遞補(bǔ)進(jìn)入視場后，仍然可以反應(yīng)整體目標(biāo)的運(yùn)動位移而不受追蹤目標(biāo)丟失的影響。

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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。