光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吉林電力股份有限公司科技開(kāi)發(fā)分公司 吉林 長(zhǎng)春 130000

1 引言

隨著近些年光伏發(fā)電的飛速發(fā)展、光伏發(fā)電站數(shù)量的迅速增多,光伏組件的運(yùn)維需求與日俱增[1],而其中較為嚴(yán)重與普遍發(fā)生的運(yùn)維問(wèn)題是熱斑現(xiàn)象。而現(xiàn)在我們多運(yùn)用人工按順序運(yùn)用專業(yè)的熱斑監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式,該方式存在效率低、成本高等缺點(diǎn)[2]。因而設(shè)計(jì)了一款光伏發(fā)電站圖像處理與傳輸系統(tǒng)來(lái)解決此問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一款圖像處理與傳輸系統(tǒng)。圖像處理經(jīng)過(guò)預(yù)處理與熱斑提取的過(guò)程,具有較好的輸出圖像。該系統(tǒng)可以使運(yùn)維人員更加簡(jiǎn)單迅速發(fā)現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的發(fā)生位置。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統(tǒng)需要安裝在巡檢機(jī)器人或無(wú)人機(jī)上進(jìn)行工作,要求圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng)具有能耗低、體積小、重量輕、傳輸質(zhì)量高以及低成本等特點(diǎn)。采用基于GFSK/FSK調(diào)制方式的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng),圖像信息傳輸給無(wú)線RF(射頻)發(fā)射機(jī),通過(guò)無(wú)線信道傳輸?shù)絉F(射頻)接收機(jī),接收機(jī)連續(xù)接收?qǐng)D像信息,最終在液晶屏幕上進(jìn)行顯示。

3 圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

3.1 圖像采集模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用CCD紅外攝像頭為圖像采集前端,采集的圖像經(jīng)由SAA7113H編解碼芯片將視頻的格轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式。SAA7113H編解碼芯片在PAL和NTSC制式下,能夠自動(dòng)檢測(cè)輸入場(chǎng)頻。SAA7113H編解碼芯片硬件原理設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 SAA7113H硬件電路圖

3.2 微處理器部分設(shè)計(jì) S3C2440A對(duì)視頻解碼芯片SAA7113H內(nèi)部寄存器的配置通過(guò)IIC總線實(shí)現(xiàn),當(dāng)向SAA7113H寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),選擇主發(fā)送模式,當(dāng)從SAA7113H讀取數(shù)據(jù)時(shí),選擇主接收模式。因?yàn)镾AA7113H數(shù)字端口VPO[7:0]輸出標(biāo)準(zhǔn)的ITU-RBT656 YCbCr4:2:2數(shù)據(jù)類型與SAA7113H相互匹配,所以可以直接與S3C2440A的專用攝像頭接口CAMDATA[7:0]連接,VPO總線具有8位數(shù)據(jù)寬度。圖像處理系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)紅外攝像頭可以采集物體發(fā)出的紅外輻射,并據(jù)此信息生成紅外熱圖像。由于紅外攝像頭設(shè)計(jì)原理與環(huán)境因素的影響,會(huì)使生成的紅外圖像具有噪聲大、對(duì)比度低等缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)給人直觀上的感受就是圖像不清晰。因此要對(duì)接收端接收到的紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理。在最后進(jìn)行熱斑提取:通過(guò)基于多尺度小波變換的邊緣檢測(cè)算法對(duì)紅外圖像熱斑部分圖像進(jìn)行提取,使熱斑部分十分明顯的展示在輸出圖像上。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

紅外圖像經(jīng)圖像增強(qiáng)、圖像濾波及圖像提取等過(guò)程最終顯示在顯示器上,該過(guò)程在MATLAB中進(jìn)行了仿真。運(yùn)維人員可以根據(jù)處理過(guò)程中的所有圖像對(duì)比判斷出熱斑現(xiàn)象發(fā)生位置,并迅速進(jìn)行處理,可極大的減少巡檢人員的工作量。仿真雙輸出圖像如圖2所示。

圖42 圖像處理情況

結(jié)論

本文在背景研究?jī)?nèi)容中總結(jié)了光伏發(fā)電站巡檢裝置現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題,并介紹了國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于該領(lǐng)域的研究成果。本系統(tǒng)分為圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng)與紅外圖像處理系統(tǒng)兩大部分,完成的功能概括如下:

(1)圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng):設(shè)計(jì)了一種基于GFSK/FSK調(diào)制方式的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了將紅外攝像頭采集到的模擬彩色圖像信號(hào)解碼后,經(jīng)過(guò)2.4GHz無(wú)線射頻收發(fā)模塊完成圖像的調(diào)制發(fā)送和解調(diào)接收,最終將接收的圖像信息在彩色液晶顯示器上顯示出來(lái)。

(2)紅外圖像處理系統(tǒng):設(shè)計(jì)了一種先經(jīng)過(guò)圖像增強(qiáng)和圖像濾波兩個(gè)算法的預(yù)處理后,利用小波變換多尺度邊緣檢測(cè)算法對(duì)無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了圖像提取,最終完成了圖像處理所要求的圖像效果,可以使運(yùn)維人員更加簡(jiǎn)單迅速發(fā)現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的發(fā)生位置。