基于高光谱技术的陶瓷绝缘子污秽等级检测
基于高光谱技术的陶瓷绝缘子污秽等级检测
摘要：陶瓷绝缘子污秽等级检测主要采用等值盐密法、表面污层电导法、泄漏电流法等传统方法，检测过程耗时长、效率低。高光谱技术能够非接触地获取目标图谱信息且信息量丰富，在绝缘子污秽检测方面有较大应用潜力，因此文中提出基于高光谱技术的陶瓷绝缘子污秽等级检测方法。
关键词:污秽程度;瓷绝缘子;高光谱成像技术;红外成像技术;信息融合
1试验平台及样品制备
1.1试验平台
秦海璐 李厚霖试验装置简化电路图如图1所示，主要包括电源、分压器、变压器、保护电阻、人工雾室及高光谱成像仪、红外成像仪等装置。高光谱成像仪型号为GaiaField-F-V10，其中拍摄时，将样品放置在高光谱采集平台中合适的位置与高度，在同一高度放置标准白板，保证样品与白板同时处于图像采集区域内，调整光源使样品的补光对称。
图1试验平台示意图
1.2试验样本制备
分别配置不同电导率的标签样本和测试样本污秽溶液，进行浸污操作，使人工污秽均匀附于陶瓷绝缘片上，得到试验样本。试验样本包括标签样本和检测样本。根据文献，分别配置电导率为2s/m，4s/m，8s/m，16s/m的污秽溶液，通过浸污法得到标签样本，记为B1、B2、B3、B4，分别对应污秽等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。采集其高光谱数据后，采用等值盐密法，测量换算得到样本的盐密、灰密值。4个样本的灰密均为0．10mg/，盐密分别为0．05mg/，0．10mg/，0．20mg/，0．40mg/。保持灰密均为0．10mg/，分别配置电导率为3s/m，5s/m，10s/m，18s/m的污秽溶液，通过浸污法得到检测样本，记为C1、C2、C3、C4。采集其高光谱数据后，经蒸馏水清洗得到污秽溶液，过滤后，测量换算得到样本盐密值，分别为0．06mg/周记开学第一周，0．12mg/，0．22mg/，0．43mg/。浸污后，将试验样本置于阴凉干燥处，得到人工污秽样本，如图2所示，各污秽等级样本表面污秽分布均匀，有利于采集对应等级光谱数据。
图2人工污秽样本
1.3样本高光谱图像采集
通过试验平台，采用Gaiasky-mini2-NIＲ近红外高光谱仪对试验样本进行高光谱数据采集。采集样本数据前，须采集校正白板的高光谱图像，并将高光谱仪镜头盖上以采集背景信息，用于高光谱图像的黑白校正处理。然后，对样本进行高光谱图像采集，采集过程中，须保持光照强度足够且均匀，获得样本的高光谱数据。
2高光谱数据处理
2.1直方图均衡化
直方图均衡化利用图像直方图对原始图像进行调整，其对太亮或太暗的图像都有着较好的处理效果。在对陶瓷绝缘片人工污秽样本进行高光谱图像采集时，由于样本表面的釉质，会存在反光现象，如图3所示。采集反光区域谱线数据，如图4所示。由图4可见，反光区域谱线整体反射率超过1，并且波长为1150～1350nm时反射率信息出现缺失。因此文中选用直方图均衡化对高光谱图像进行处理，弱化陶瓷绝缘子图像采集时的反光现象。
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图3样本高光谱图像
图4反光区域谱线
运用直方图均衡化对人工污秽样本高光谱图像进行处理，处理后的图像见图5，原反光区域谱线如图6所示。
图5直方图均衡化后图像
图6直方图均衡化后原反光区域谱线
经过直方图均衡化处理后，原始图像中的反光区域得到了明显改善，能够更加清楚、全面地呈现样本表面污秽情况。由图6可见，反光区域谱线整体反射率低于1，无数据缺失现象，能够反映污秽信息。运用ENVI软件提取感兴趣区域光谱数据(人为选取的高光谱图像区域的光谱数据)，其中标签样本100组(不同污秽等级各25组)，检测样本60组(不同污秽等级各15组)。
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2.2高光谱图像预处理
采集过程中，仪器及外界的噪声会对谱线数据造成干扰，在对数据进行分析前，须对图像健康格言
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进行预处理，包括黑白校正和多元散射校正。黑白校正能够有效消除噪声干扰，根据采集的校正白板数据及背景数据，对样本数据进行黑白校正。具体操作在ENVI软件上进行，校正公式如下:
式中:ＲS为校正后反射率;Ｒ0为采集的原始数据;ＲW为校正白板数据;ＲD为反射率为0的背景数据。多元散射校正能够有效消除因散射水平不同

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