[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的絕緣子表面電荷反演方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010594809.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN111784654B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘成;潘子君;唐炬;羅毅;周思遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T5/00;G01R29/24
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的絕緣子表面電荷反演方法。將絕緣子表面剖分為多個(gè)網(wǎng)格；并在表面幾何中心設(shè)置單位模擬電荷，計(jì)算由該模擬電荷形成的表面電位分布；對(duì)單位模擬電荷分布進(jìn)行二維離散傅里葉變換得到頻域中單位模擬電荷分布矩陣，對(duì)表面電位分布進(jìn)行二維離散傅里葉變換得到頻域中表面電位分布矩陣，通過(guò)頻域中單位模擬電荷分布與頻域中表面電位分布計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣并構(gòu)建束最小二乘方濾波器，利用迭代算法得到濾波系數(shù)最優(yōu)解；獲取優(yōu)化后的約束最小二乘方濾波器，計(jì)算表面電荷密度在頻域中的估計(jì)解，通過(guò)二維傅里葉反變換得到空間域中表面電荷密度分布。本發(fā)明計(jì)算量小且精度高，有助于推進(jìn)絕緣子表面電荷分布特性的研究進(jìn)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸配電絕緣組件檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的絕緣子表面電荷反演方法。

背景技術(shù)

直流氣體絕緣設(shè)備中，由長(zhǎng)期單極性直流電場(chǎng)作用導(dǎo)致的氣-固絕緣界面電荷積聚將降低其內(nèi)部絕緣子沿面閃絡(luò)電壓，嚴(yán)重限制了直流氣體絕緣設(shè)備的大范圍工業(yè)化應(yīng)用。因此，有必要開展絕緣子表面電荷分布特性的相關(guān)研究，為直流氣體絕緣設(shè)備的科學(xué)設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐。

目前，絕緣子表面電荷測(cè)量方法主要采用靜電探頭法，將絕緣子表面剖分為多個(gè)網(wǎng)格，通過(guò)掃描材料表面來(lái)獲取所有網(wǎng)格的表面電勢(shì)分布，再利用電場(chǎng)數(shù)值計(jì)算反演出表面電荷密度分布。然而這種計(jì)算方法存在以下問(wèn)題：當(dāng)網(wǎng)格剖分較少時(shí)，系統(tǒng)測(cè)量精度不足，容易遺漏電荷分布細(xì)節(jié)；若增大網(wǎng)格數(shù)量，則計(jì)算量過(guò)大，且會(huì)出現(xiàn)大型矩陣求逆的不適定問(wèn)題。雖然，已有文獻(xiàn)報(bào)道了針對(duì)平移不變系統(tǒng)中絕緣子的表面電荷反演技術(shù)，利用維納濾波器與二維傅里葉變換處理反演過(guò)程，在加大網(wǎng)格密度的同時(shí)，避免了大型矩陣求逆的不適定問(wèn)題。但維納濾波器本身的濾波系數(shù)與原圖像、干擾噪聲等的功率譜直接相關(guān)，然而這些量在實(shí)際操作中大多是未知的，通常只能被動(dòng)的調(diào)整維納濾波系數(shù)以獲得一個(gè)視覺(jué)上可接受的反演效果。因此，這類絕緣子表面電荷反演技術(shù)還有待進(jìn)一步研究，以獲取高精度的表面電荷分布圖譜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的絕緣子表面電荷反演方法，以解決現(xiàn)有反演方法中計(jì)算復(fù)雜且精度不足的問(wèn)題。

一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的絕緣子表面電荷反演方法，其特征在于：利用數(shù)字圖像處理中的約束最小二乘方濾波技術(shù)進(jìn)行背景噪聲的抑制，具體的：

步驟1：將絕緣子表面剖分為N×N個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，N為大于零的自然數(shù)；

步驟2：在絕緣子表面幾何中心區(qū)域放置單位模擬電荷，并利用靜電場(chǎng)理論計(jì)算絕緣子表面電位分布；

步驟3：對(duì)單位模擬電荷進(jìn)行二維離散傅里葉變換得到頻域中單位模擬電荷矩陣，對(duì)表面電位分布進(jìn)行二維離散傅里葉變換得到頻域中表面電位分布，通過(guò)頻域中單位模擬電荷矩陣與頻域中表面電位分布計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣；

步驟4：結(jié)合濾波系數(shù)構(gòu)建約束最小二乘方濾波器模型，結(jié)合殘差向量通過(guò)迭代方法優(yōu)化求解得到濾波系數(shù)最優(yōu)取值；

步驟5：通過(guò)濾波系數(shù)最優(yōu)取值構(gòu)建優(yōu)化后約束最小二乘方濾波器模型，計(jì)算表面電荷密度在頻域中的估計(jì)解，進(jìn)一步通過(guò)二維傅里葉反變換得到空間域中表面電荷密度；

作為優(yōu)選，步驟3所述二維離散傅里葉變換后的二維頻域由頻率軸U、頻率軸V構(gòu)成，軸上坐標(biāo)u代表頻率軸U上頻率，軸上坐標(biāo)v代表頻率軸V上頻率，兩頻率軸方向上的離散采樣點(diǎn)數(shù)均為N；

步驟3所述頻域中單位模擬電荷矩陣為：

δ₀(u,v)，u∈[-1/2△r,1/2△r]

步驟3所述頻域中表面電位分布為：

其中，△r為相鄰測(cè)量點(diǎn)間的間距即取樣間隔，對(duì)與表面尺寸為為L(zhǎng)×L的平板絕緣子，△r＝L/N；

步驟3所述轉(zhuǎn)換矩陣為：