基于圖像處理技術(shù)的電氣設(shè)備故障診斷方法研究

武星宇

（山西世紀(jì)中試電力科學(xué)技術(shù)有限公司，山西 太原 030001）

引言

在自動(dòng)控制以及圖像處理技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景之下，電氣設(shè)備是否能夠準(zhǔn)確、迅速地進(jìn)行故障診斷也成為日常生活以及工作之中必不可少的一個(gè)部分。在電氣設(shè)備發(fā)生故障之前，如果能夠借助于診斷系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)其所存在的故障，就能夠有效地減少電力系統(tǒng)出現(xiàn)損壞或者是崩潰的可能性，要想實(shí)現(xiàn)這一目的，圖像處理技術(shù)在其中的有效應(yīng)用就顯得尤為的重要，而本文也是基于此進(jìn)行了相關(guān)概述和研究。

1 電氣設(shè)備故障診斷基本流程

現(xiàn)如今市場上所存在的紅外熱成像設(shè)備，大多已經(jīng)具備較為完善的軟件系統(tǒng)，但在應(yīng)用這些設(shè)備進(jìn)行電氣設(shè)備故障診斷的過程中，依然離不開人工操作。如果要對(duì)大型電力系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測的話，其電氣設(shè)備數(shù)量會(huì)很多，能夠達(dá)到數(shù)百種左右，這個(gè)時(shí)候檢測的過程也就會(huì)變得十分復(fù)雜，不僅需要較多的技術(shù)人員來進(jìn)行辨別診斷，還需要花費(fèi)較長的時(shí)間才能真正有效地完成整個(gè)檢測過程[1]。為此，要想得到較為準(zhǔn)確且及時(shí)的檢測結(jié)果，就必然要對(duì)電氣設(shè)備故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，而基于圖像處理技術(shù)的電氣設(shè)備故障診斷方式通常情況下有三個(gè)步驟：第一步，先借助于圖像分割技術(shù)在已有的紅外圖像之中尋找到可能會(huì)出現(xiàn)的故障區(qū)域，然后將圖像之中的前景區(qū)域以及背景區(qū)域有效地分割開來；第二步，在獲得可能會(huì)出現(xiàn)故障的區(qū)域之后，操作人員可以提取熱點(diǎn)區(qū)域相關(guān)信息，同時(shí)對(duì)這類信息進(jìn)行對(duì)比，像是環(huán)境溫度、參照點(diǎn)溫度等等；第三步，將所獲得的熱點(diǎn)區(qū)域信息進(jìn)行分類處理，利用已給定的標(biāo)準(zhǔn)將獲得設(shè)備的故障等級(jí)進(jìn)行合理的劃分，假設(shè)設(shè)備檢測結(jié)果優(yōu)先級(jí)相對(duì)較高的話，相關(guān)技術(shù)也就會(huì)發(fā)揮警報(bào)，以此來告知檢修人員需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和處理（詳情如圖1所示）。

圖1 故障診斷流程圖

2 圖像處理技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

圖像處理技術(shù)主要指的是借助于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，以此來實(shí)現(xiàn)所需要達(dá)到的結(jié)果，一般情況下還可以將其稱之為影像處理技術(shù)。圖像處理也就是指數(shù)字圖像處理，而數(shù)字圖像則是指用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過采樣、數(shù)字化得到一個(gè)大的二維數(shù)組，而且這個(gè)數(shù)組的元素則可以將其稱之為像素，其值則稱之為一整數(shù)，也就是灰度值。圖像處理技術(shù)通常情況下內(nèi)容就是包括了圖像壓縮、復(fù)原、增強(qiáng)、描述以及匹配、識(shí)別等部分，而常見的圖像處理則包括了圖像數(shù)字化、圖像增強(qiáng)、圖像編碼等方面，而為了能夠更好地發(fā)揮出圖像處理技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷中的價(jià)值，基于此進(jìn)行了以下的分析。

2.1 1CCD圖像獲取技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用

有相關(guān)研究學(xué)者設(shè)計(jì)出了一套火車故障檢測系統(tǒng)，底箱內(nèi)部還安裝了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)以及補(bǔ)償光源，其主要的價(jià)值就是用于抓拍車輛底部圖像，然后借助于圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)其進(jìn)行灰度矯正、圖像恢復(fù)、自適應(yīng)閥值分割以及邊緣提取等一系列操作，以此來為之后的故障診斷做好準(zhǔn)備。CCD圖像獲取技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷之中的應(yīng)用，主要是借助于CCD來獲取油濾磨屑數(shù)字圖像，借助于二維最大的遺傳算法對(duì)磨屑圖像進(jìn)行閾值分割，之后再提取其特征量，然后將圖像所獲得的特征量和反映鐵磁性磨屑當(dāng)量質(zhì)量進(jìn)行規(guī)避，以此來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損情況進(jìn)行明確，進(jìn)而也就能夠有效地掌握該電氣設(shè)備所存在的問題。此外，CCD圖像獲取技術(shù)還能夠有效的獲取齒輪缺陷圖像，這樣就能更好地明確設(shè)備齒輪所存在的缺陷，對(duì)其進(jìn)行及時(shí)且有效的鑒別，最終能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備故障進(jìn)行及時(shí)的診斷和處理[2]。

2.2 譜圖像在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

振動(dòng)譜圖也屬于圖像處理技術(shù)中的一種，主要指的是基于現(xiàn)代譜分析技術(shù)生成的一種能夠反映出振動(dòng)信號(hào)頻率分布情況的頻譜圖。振動(dòng)譜圖像識(shí)別技術(shù)本身就是借助于提取振動(dòng)譜圖特征向量，借助一定的量度來對(duì)所獲得到的圖像特征進(jìn)行向量歸類，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的故障診斷。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)備故障處理的過程中，通常情況下有兩個(gè)關(guān)鍵步驟，首先需要準(zhǔn)確地提取故障特征；其次，則需要對(duì)故障特征進(jìn)行準(zhǔn)確的分類識(shí)別，在提取特征的過程中，一旦出現(xiàn)故障，所采集到的振動(dòng)信號(hào)通常情況下都會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的非高斯性、非線性以及非平穩(wěn)性等特征，所以必須要對(duì)相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)處理方式及時(shí)進(jìn)行考慮，以此來生成能夠反映出電氣設(shè)備振動(dòng)特性的譜圖，進(jìn)而有效地發(fā)揮出該圖像處理技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷之中的價(jià)值。

2.3 圖像增強(qiáng)技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

圖像增強(qiáng)技術(shù)主要指的是促使圖像清晰，或者是將圖像轉(zhuǎn)換成更適合的人亦或者是機(jī)器能夠分析的形式，在獲取圖像的時(shí)候，會(huì)受多方面因素所影響，圖像質(zhì)量也會(huì)受到較為顯著的影響，很有可能會(huì)出現(xiàn)退化的現(xiàn)象，而圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用主要的價(jià)值就是為了能在最大程度上改善圖像視覺效果，提高所獲得圖像的清晰度。圖像增強(qiáng)的過程中，其方法主要有兩種，分別是頻域處理法以及空域處理法。圖像增強(qiáng)技術(shù)并沒有要求其真實(shí)地反映出原始圖像，只要比所獲得到的失真圖像更加清晰就足夠了，一般情況下，在對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)的過程中，可以使用灰度等級(jí)直方圖處理技術(shù)來進(jìn)行處理，這樣就能夠促使加工之后的圖像能夠在某一灰度范圍之內(nèi)有著更為良好的對(duì)比度；干擾抑制這一方法的使用則是借助于低通濾波、多圖像平均等處理方式來實(shí)現(xiàn)抑制疊加，以此來在圖像上進(jìn)行隨機(jī)性的干擾；另外邊緣銳化也是圖像處理技術(shù)中較為常用的一種手段，主要是借助于高通濾波、差分運(yùn)算或者是其他某一種變換的方式來促使圖形輪廓線得以顯著增強(qiáng)；最后，還有偽彩色處理也是圖像處理技術(shù)之中經(jīng)常會(huì)使用到的電氣設(shè)備故障診斷方式，主要是將黑白的圖像轉(zhuǎn)換成彩色的圖像，這樣在對(duì)故障進(jìn)行診斷的過程中也會(huì)更加直觀且清晰[3]。圖像處理方式可以按照頻域、空域的方式對(duì)其進(jìn)行分類，其中空域類的圖像增強(qiáng)技術(shù)主要有局部運(yùn)算和點(diǎn)運(yùn)算這兩種方式，而在局部運(yùn)算之中又存在兩種運(yùn)算，分別是平滑技術(shù)以及銳化技術(shù)；而在點(diǎn)原酸之中有四種運(yùn)算，分別是原始灰值放大、自動(dòng)灰度映射、二值化以及變化灰度映射。在頻域圖像增強(qiáng)技術(shù)之中主要有兩種方法，其分別是低通濾波以及高通濾波。在進(jìn)行電氣設(shè)備故障診斷的過程中，圖像增強(qiáng)技術(shù)能夠有效地應(yīng)用在電器設(shè)備熱圖像預(yù)處理過程之中，借助于圖像增強(qiáng)技術(shù)能夠及時(shí)有效地對(duì)電氣設(shè)備熱圖像之中所存在的噪聲以及干擾進(jìn)行清除，而在電氣設(shè)備故障診斷的時(shí)候還是缺乏一定的針對(duì)性，這也是弊端之一。

3 結(jié)語

在社會(huì)不斷發(fā)展過程中，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及實(shí)時(shí)維護(hù)工作也成為日常生活過程中較為重要的一點(diǎn)，人們對(duì)于日常生活品質(zhì)追求的不斷提升也越發(fā)顯得圖像處理技術(shù)更加重要，因?yàn)樵诂F(xiàn)如今生活與工作之中電氣設(shè)備是不可或缺的，而基于圖像處理技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷，則能最大程度保障電氣設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和效率。