零值绝缘子红外图像预处理方法研究

硕士学位论文 摘 要 瓷质绝缘子是输电线路中广泛采用的绝缘部件，如果绝缘子串中存在低值或零值绝缘子，相当于部分绝缘被短路，相应地减少了绝缘子串的整体爬电距离，因而大大增加了该串绝缘子的闪络概率。一旦发生闪络，其短路电流会从绝缘子内部通过，产生的热效应常使绝缘子钢帽炸裂、脱开或钢脚烧断，从而出现绝缘子断串、掉串和电力线路导线落地等严重事故，导致局部电网解裂和整个电网的崩溃、瘫痪，严重影响工农业生产和人民的生活安定。同时大量低值零值绝缘子的存在增加了电量损耗，造成了一部分不明电量的丢失。 可见，零值绝缘子的准确检测对维护电力系统安全稳定运行及减少电量损耗尤为重要。红外热像技术具有非接触性、安全、不受主观因素的影响而被广泛应用于电力系统设备故障诊断和检测中。本文简单地对红外热像检测零值绝缘子方法的可行性进行了验证，侧重介绍了零值绝缘子串红外图像预处理方法研究。 针对红外热像仪拍摄过程中不可避免的引入高斯噪声和脉冲噪声，造成图像质量下降，特征掩盖，对比度不明显，直接影响图像分割、特征提取、零值识别等后续步骤的准确性。设计了基于像素同龄组和相邻组的红外去噪方法。从图像处理结果可知，该方法能有效地去除噪声，同时能较好地保留边缘等细节信息。 拍摄过程中不可避免地会拍摄到导线、杆塔等背景信息，为了把含零值的绝缘子串从整个图像中最大限度分割出来，阈值的选取至关重要。由于零值绝缘子的分布电压取决于绝缘子电阻，所以零值绝缘子的分布电压很低，温度也较低，相对环境温度略有温升。一般的算法难以有效分割零值绝缘子图像，本文提出了一种改进的免疫遗传算法零值绝缘子红外热像分割方法。首先对绝缘子灰度图像采用自适应中值滤波和均值滤波相结合的方法滤除图像噪声，然后对去噪后的图像进行灰度增强，提升图像的对比度，最后采用以 数为评价函数的改进免疫遗传算法对零值绝缘子进行分割，分割结果表明，该方法能有效地分割出零值绝缘子，从而实现零值绝缘子的诊断。 综上所述，本文从图像去噪、分割上对红外零值绝缘子进行了处理，提高了图像质量，为后续零值绝缘子的准确识别奠定了基础。 关键词：红外热像；零值绝缘子；像素 同龄组；像素相邻组；图像去噪；免疫遗传算法； 像分割 is in as If is or in in a of is to of it of or to in of of of At a of of or of of it is to of is in of of of in It is to of to to up is of of on is in In of it is to of as so In to of is of 士学位论文 on so of is is an on in of of to so as to of To by of an to a 目 录 学位论文原创性声明与版权使用授权书 . 要 . 1 章 绪论 .值绝缘子检测的背景及意义 . 1 内外研究现状及发展趋势 . 2 题来源 . 4 要研究内容 . 4 章小结 . 5 第 2 章 红外技术检测零值绝缘子原理及可行性验证 . 6 外技术检测零值绝缘子的原理 . 6 外热像仪的工作原理及应用 . 6 外热像仪介绍 . 8 于红外热像的零值绝缘子在线检测方法设计 . 9 外技术检测零值绝缘子可行性验证 . 13 绝缘子在运行状态下的发热形式 . 13 缘子串的电压分布 . 14 章小结 . 21 第 3 章 绝缘子红外图像去噪 . 22 声类型及去噪的必要性 . 22 声的分类 . 22 外图像去噪的必要性 . 24 外图像滤波的常用方法 . 24 像去噪方法的评价标准 . 26 统去噪方法在红外零值绝缘子中的应用 . 27 于像素同龄组和相邻组的红外图像去噪方法 . 31 素同龄组 . 32 素相邻组 . 33 于像素同龄组和相邻组的去噪方法 . 33 验及结果分析 . 34 章小结 . 35 硕士学位论文 第 4 章 绝缘子红外图像分割 . 37 缘子红外图像分割的必要性 . 37 像分割的常用方法 . 37 进免疫遗传算法的红外零值绝缘子分割方法 . 40 疫遗传算法及其在图像分割中的应用 . 40 进免疫遗传算法的红外零值绝缘子分割方法 . 41 像分割结果及分析 . 45 章小结 . 48 结论 . 49 参考文献 . 51 致 谢 . 55 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 . 56 附录 B 攻读学位期间参与的科研项目与科研成果 . 57 硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 值绝缘子检测的背景及意义 瓷质绝缘子是输电线路中广泛采用的绝缘部件，由于在运行过程中受到内部机械应力、机电负荷、大气污染、雨雪、绝缘子表面积污、污层湿润等情况的影响易产生各种不同的缺陷，逐渐劣化，形成低值或零值绝缘子。瓷绝缘子的劣化率一般随运行时间的延长而增加，如北京供电局 220通二线瓷绝缘子的劣化率 10 年内年由 升到了 如果绝缘子串中存在低值或零值绝缘子 （阻值范围在 05绝缘子称为零值绝缘子1），相当于有部分绝缘被短路，相应地也减少了绝缘子串的整体爬电距离，因而大大增加了该串绝缘子的闪络概率。一旦发生闪络，其短路电流会从绝缘子的内部通过，产生的热效应常使绝缘子钢帽炸裂、脱开或者钢脚烧断，从而引发绝缘子断串、掉串和电力线路导线落地等严重事故，导致局部电网解裂和整个电网的崩溃、瘫痪，严重影响工农业生产和人民的生活安定。同时大量低值零值绝缘子的存在增加了电量损耗，造成了一部分不明电量的丢失。 可见，绝缘子串中存在低值或零值是电力系统安全稳定运行的巨大隐患，大量不明电量的流失造成了巨大的国民经济损失。例如， 2006 年 2 月 12 日，河南电网有 3 条 220路（郑州 峡线、新乡柳新线、焦作吉苗太线）因为零值盘型悬式绝缘子炸裂，导致导线脱落。仅 2006 年年初，郑州供电地区就发生了 3起由于绝缘子串中存在零值而引发的绝缘子掉串事故： 220鹅线 2#中相、索峡线 15#、 峡线 40#杆塔 B 相盘型悬式瓷绝缘子炸裂、导线脱落。 2000 年 9月 22 日，江苏省 220阳变电站 220母、正母悬式瓷绝缘子因低值绝缘子的存在而导掉串事故2。这些由于绝缘子掉串而引起的停电事故，严重影响了工农业的生产和人民生活，造成直接和间接经济损失数十亿元。因此，低值、零值绝缘子的存在对电网的安全运行构成了极大威胁。为了防止类似事故的发生，需要对绝缘子的绝缘性能做出及时准确地判断，以便在事故发生前，采取必要的措施，防止事故发生。目前增加绝缘子绝缘性能的主要措施是加大爬电距离、涂防污材料、定期清扫、采用新型绝缘子等，但缺少设备外绝缘运行的实时信息和有效的检测手段，都不能做到及时准确地判断。为了保证电网可靠运行，急需一种简单、经济、安全、准确的零值绝缘子在线检测方法。 在全国智能电网迅速发展的现阶段，本课题的实施不仅贯彻落实了国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知精神，还积极的参与节能减排工作，对形成政府推动、企业实施、全社会共同参与的节能减排工作机制，具有重要的经济和社会意义；同时对低值或零值绝缘子的及时检测可以降低污闪事故发生率及掉串停电事故次数、减少不明电量丢失，为国家节约大量电能，利国利民。因此，对瓷质绝缘子的低值零值检测是一个很重要的课题。 内外研究现状及发展趋势 绝缘子劣化不仅能引起绝缘子周围电场变化，而且在电气上也能表现出其特征，具体劣化特征表现在以下几个方面：在绝缘子受损位置、污秽严重地带、绝缘子头部钢帽等位置形成强电场和强应力，并伴随有发光、放电、噪声、释放亚硝酸气体等特征；同时能引起电压分布不均衡、绝缘子电阻下降、电晕脉冲电流增大等现象。 为了实现绝缘子的低值、零值检测，国内外研究学者借助各种测量设备及手段，从绝缘子电场、电气特征中提取有用的特征量，希望能对零值绝缘子进行有效检测。目前使用较多的方法主要有电压分布法、电场测量法、敏感绝缘子法、声波及超声波法、脉冲电流法、紫外成像法及红外热像法等。这些方法均有各自的优点，但都还存在一些不足，现将它们概括如下： （ 1）电压分布法 电压分布法3是通过测量绝缘子的电压分布判断绝缘子性能变化。正常绝缘子串的电压分布呈不完全马鞍型，即在绝缘子串中，靠近导线侧的绝缘子承受电压最高，约为靠近接地端绝缘子承受电压的 ，中间部分承受电压最低。由于相邻绝缘子之间承受的电压之比大致在 间，因此通过检测绝缘子串的电压分布可以判断是否存在零值绝缘子4。 该方法通过检测人员携带短路叉、火花间隙放电叉或绝缘子串电压分析仪等接触式测量设备人工登塔测量绝缘子串的电压分布值，具有操作直观、能准确判断绝缘子性能变化的优点。但是，采用该方法检测时，工作量大，安全性差、效率低、易受电磁干扰，造成误检和漏检。 （ 2）电场测量法 由于劣化、零值绝缘子会引起绝缘子串电压分布值的变化，从而引起电场分布的变化，电场测量法5就是通过检测绝缘子表面的纵向电场分布情况，来实现零值绝缘子检测，该方法的优点是所用的测量设备简单，而且对温度、湿度、风速等天气条件要求比较低，但需要在多个位置测量、检测任务繁重。 （ 3）敏感绝缘子法 敏感绝缘子法6的原理是通过测量敏感绝缘子的承受电压，与其标准分布电压进行比较，从而判断该串绝缘子中是否存在绝缘性能劣化的绝缘子，该方法的优点是仅需要测量敏感绝缘子上的电压值就可以判断该串是否存在劣化（零值）绝缘子。当判定存在劣化绝缘子时才逐片检测，从而减轻了工作量，提高了工作2硕士学位论文 3 效率。但该方法的缺点5是：检测灵敏度与绝缘子的绝缘劣化程度、劣化绝缘子在整个绝缘子串中所处位置有关，而且仍需要登杆接触式测量，安全性不高、工作量大，并对 330上电压等级的检测效果有待实证。 （ 4）声波及超声波法 声波及超声波检测方法7其原理是当绝缘子存在裂缝，超声波进入或穿过绝缘子时，会在裂隙处发生反射、折射和模式变化，通过对接收的超声波处理或根据声波的强弱、有无，即可判断是否含有劣化绝缘子。该方法设备简单，操作方便，抗干扰能力强，可以较准确地检测出由开裂引起的零值绝缘子。但受环境背景噪声影响很大，同时对未开裂的低值零值绝缘子不起作用，在现场强大的高压磁场下，要区别局部劣化放电信号，有一定难度，由于超声波本身存在耦合和衰减及超声波换能器性能问题还不适合现场检测，目前只广泛地应用于实验室检定和企业生产在线检测9。 （ 5）脉冲电流法 脉冲电流法10原理是通过测量绝缘子电晕脉冲电 流的方法来判断绝缘子的绝缘状况。正常绝缘子串的电压分布呈不对称的马鞍型，当绝缘子串中存在低值或零值绝缘子时，由于低值或零值绝缘子的自身电阻很低，导致它在整个绝缘子串中承担的电压也很低，同时抬高了相邻绝缘子串电压值，使得正常绝缘子承担的电压大于其在正常情况下的电压，导致整串绝缘子电压分布变化，同时引起回路阻抗减小、绝缘子电晕现象加剧，电晕脉冲电流增大。根据线路上存在低值或零值绝缘子时，电晕脉冲个数增多、幅度增大，利用电流传感器获取电晕脉冲电流信号，通过一定的信号处理手段，从而达到检出低值或零值绝缘子的目的。 （ 6）紫外成像法 紫外成像仪通过检测劣化绝缘子电晕和放电部位辐射紫外线的产生和增强来间接地评估绝缘子的绝缘状况，它具有预见性好、不受天气限制、检测速度快、检测距离较远、操作简单等优点，但只能观察较强的放电信号，所以以检测电晕、局部放电及电弧为主。虽然劣化绝缘子会使周围空气电离增加，但是由于绝缘子本身放电非常微弱，没有出现明显的放电，在绝缘子串周围微弱空气电离发展为电弧之前，受到紫外成像仪 光灵敏度和远距离检测的限制，难以通过紫外成像仪观测到，因此紫外成像法主要适用于局部放电的观测，难以对零值绝缘子进行准确的检测11。 （ 7）红外热像法 红外热像法检测零值绝缘子的原理1是根据零值绝缘子的热像特征是与相邻良好绝缘子相比呈暗色调（负温升）的热像，检测时如发现绝缘子串中温度分布不连续且有暗色调的热像者，则判为零值绝缘子。红外检测技术在线路瓷绝缘子方面的应用是一种可靠、高效的检测手段12。但绝缘子的运行环境、气象条件、检测时间、检测距离等因素对红外检测技术的影响不容忽视。 以上检测方法大多处于试验探索阶段，为相关专业人员继续深入研究提供了良好的借鉴和帮助。本课题采用较为成熟的红外诊断技术，融合了高电压技术、图像处理技术、绝缘技术、人工智能等理论分析方法，有着较大的创新性。 题来源 本课题来源于以下基金项目： （ 1） 国家中小型企业创新基金项目 紫外和红外图像相结合的零值绝缘子在线检测装置（项目编号： 11 （ 2） 长沙市科技计划重点项目 基于红外热像的零值绝缘子在线监测装置产业化（项目编号： （ 3） 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目 紫外和红外图像相结合的零值绝缘子在线检测方法研究（项目编号： 20100161110004） （ 4） 湖南省电力公司项目 基于人工智能的红外热像零值绝缘子在线检测技术及装置研究 （ 5） 湖南大学青年教师科技创新扶持项目 基于人工智能的红外热像零值绝缘子在线检测系统 本课题得到了湖南省电力试验研究院相关工作人员的大力支持，湖南省电力试验研究院拥有一大批国内外最先进的精密仪器设备和先进智能的人工气候室，为本课题的实施提供了试验场地和设备 要研究内容 本课题利用 外热像仪拍摄 号的瓷质正常绝缘子串和含零值绝缘子的绝缘子串红外图像，结合图像处理技术、人工智能技术、计算机等技术对红外绝缘子图像进行预处理研究。 对红外图像进行对比度增强后，利用像素同龄组和相邻组对图像进行去噪；利用免疫遗传算法在图像分割中的应用对含零值绝缘子串进行分割。本文主要研究的内容具体包括以下几个方面： （ 1）红外检测零值绝缘子的原理及可行性验证 简单介绍了红外检测零值绝缘子的工作原理，利用在湖南省电力试验研究院人工气候室中对瓷质绝缘子串在 11035件下模拟线路实验时采集的温度、湿度、电阻等数据及绝缘子红外图像，从理论上验证了红外检测零值绝缘子的可行性。 难点：试验时采集绝缘子的各项数据精准性对可行性分析结果至关重要，主要解决办法是试验时维持环境温度、湿度等外界条件的稳定，详细记录绝缘子电4硕士学位论文 5 阻、环境温度、湿度等数据，尽量减少环境因素变化对实验结果的影响。 （ 2）绝缘子红外图像去噪 针对红外热像仪拍摄过程中不可避免地引入高斯噪声和脉冲噪声，造成图像质量下降，特征掩盖，对比度不明显，直接影响图像分割、特征提取、识别等后续步骤的准确性。根据红外图像中噪声的特点，设计了基于像素同龄组和相邻组的红外去噪方法。 难点：红外图像中含有高斯噪声和脉冲噪声，怎样同时最大限度的去除这两种噪声，并且能很好的保持图像边缘等细节特征成为该部分内容的难点。 （ 3）含零值绝缘子的绝缘子串图像分割 为了把含零值的绝缘子串最大限度分割出来，阈值的选取至关重要。由于零值绝缘子的分布电压取决于绝缘子电阻，所以零值绝缘子的分布电压很低，温度也较低，相对环境温度略有温升。 难点：由于零值绝缘子的温升与环境温度相差不大，怎样确定合适的阈值把含零值的绝缘子串分割出来成为本部分的难点。 本文研究方法的特点及创新点： （ 1）将图像处理、红外故障检测技术、高电压技术、绝缘技术、计算机等技术相结合，可以实现零值绝缘子的非接触式检测。本文研究的方法好坏直接影响到后续能否正确识别零值绝缘子，是整个非接触式检测的重要部分。 （ 2）对红外零值绝缘子模拟实验时获得的图像和数据进行了分析、计算，验证了红外检测零值绝缘子的可行性，为工程应用提供了参考。 （ 3） 提出了一种新的去噪方法 基于像素同龄组和相邻组的红外图像去噪方法。该方法在最大限度的去除红外图像中的高斯噪声和脉冲噪声的条件下，能较好的保持图像边缘等细节特征。 （ 4）针对零值绝缘子的温升与环境温度相差不大，提出了一种以双阈值 了避免过早的出现早熟现象，利用相似度的概念优先选择不相似的个体。分割结果表明，该方法能有效地分割出零值绝缘子，从而实现零值绝缘子的诊断。 章小结 本章介绍了零值绝缘子检测的研究背景及意义、现阶段国内外研究现状及发展趋势、零值绝缘子检测的理论依据以及本课题的来源。简单说明了本文要研究的主要内容以及难点、创新点。 第 2 章 红外技术检测零值绝缘子原理及可行性验证 外技术检测零值绝缘子的原理 外热像仪的工作原理及应用 在自然界中一切温度高于绝对零度（ 氏度）的物体，都会不停地向外辐射红外线，这种现象称为热辐射。红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在 1000 间，不同温度的物体，向外辐射的红外能量不同。温度越高，辐射出的总能量越大，则红外辐射越强。通常我们用辐射系数来衡量物体辐射能力的大小，当物体辐射能量完全等于吸收能量时，此时物体称为 “黑体 ”。根据基尔霍夫定律可知，吸收越强 的物体发射辐射也越强，一般黑颜色或表面颜色较深的物体，辐射系数大，辐射较强；亮颜色或表面颜色较浅的物体，辐射系数小，辐射较弱。 人眼仅能看到 间这段很狭窄的波长电磁辐射，称为可见光谱。而对于波长在 下或 上的辐射，人眼是看不到的，当需要观测电磁波中红外线（波长 1000 的辐射时，就需借助外界设备，如红外测温仪、红外摄像仪、红外热像仪等。但红外测温仪只能捕获到物体的单点温度值，而红外热像仪可以将整个目标物体的温度特性形成一个二维图像。根据本课题的需要，采用红外热像仪进行红外图像的拍摄。 红外热像仪两个最基本的部分是光学器件和探测器，它工作时利用光学器件获取不同材料、不同温度、不同表面光度、不同颜色等特征的物体辐射能量，并聚集到探测器上，经过电子扫描电路对采集到的红外热像进行扫描并转换成电信号，经过放大电路处理、转换等方法把图像在监测显示器上显示出来。这种红外热图颜色的深浅跟物体表面温度是相对应的， 不同颜色代表被测物体的不同温度，屏幕上亮处表示温度高，暗处表示温度低。通俗地讲红外热像仪就是把探测到的红外热量转换生成热图像和温度值，显示在显示器上，并且可以对温度值进行计算的一种检测设备。其工作原理，按普朗克定律13： ()251（ 式中， T 为黑体温度，单位 K； 为光谱辐射波长，单位 m；1C 为第一辐射常数（16 0 W ）；2C 为第二辐射常数（0 m ）； ()为单位表面积在波长 时向整个半球空间发射的辐射功率 (简称为光谱辐射度 )，单位3W/m 。当波长一定时，以温度 T 为变量，可以计算出黑体的光谱辐射度，分6硕士学位论文 7 布曲线如图 示： 图 同温度下黑体光谱辐射度 红外热像仪可以通过测出红外辐射能量 M 就能算出温度值 T，通过与黑体基准参量比较，仪器处理器能详细计算出各测点实际的温度值，且在显示器上以不同颜色的温标显示出检测面温度分布的变化。 红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。其通过探测物体辐射的红外能量的大小，得到反映物体温度的温度矩阵，进而形成以灰度值高低来表征温度高低的二维灰度图像。红外热像仪一般可以分为长波热像仪和短波热像仪，长波热像仪由于工作在长波段，不受太阳光的干扰，特别适合白天在设备现场检测。本文高压线路绝缘子的检测就可以用这种热像仪。红外热像仪 非常灵敏，能探测到小于 温差。同时又由于热像仪探测的是热而不是光，所以它也可以在晚上使用。又因为它是非接触性的被动检测装置，没有光辐射，可以在不干扰被检测对象的正常工作下进行，所以不会暴露使用者的位置。 红外热像仪不仅能应用于电力系统设备故障诊断还可以应用于火电厂储煤堆自燃监测与预报，电厂温排水热污染监测以及只要是电气设备故障发热能够在设备外部有温度响应的电气设备故障诊断，同时还能应用于建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。 外热像仪介绍 本课题采用的红外热像仪是 号， 它的性能参数如表 表 能参数表 指标名称 性能指标 场 (宽 高 )/最小焦距 2418/ 35头） 热灵敏度 ( ， 率密度的均值和方差由下式给出： （ 22 （ 4）指数分布噪声 指数分布噪声是指概率密度函数服从指数分布的噪声。 5）均匀分布噪声 均匀分布噪声是指概率密度函数服从均匀分布的噪声 6）脉冲噪声 (椒盐噪声 ) 脉冲噪声是非连续的，由持续时间短 和幅度大的不规则脉冲或噪声尖峰组成。产生脉冲噪声的原因多种多样， 其中包括电磁干扰以及通信系统的故障和缺陷，也可能在通信系统的电气开关和继 电器改变状态时产生。双极脉冲噪声也称为椒盐噪声，同时它们有时也称为散粒和尖峰噪声。双极均匀分布噪声的 ： ()0zp =其他（ 当 时 (L 为编码的长度 )，则表示两个个体相似。如 果两个抗体分别表示为 1, 2 16 ， 1, 2 16B bb b= ,根据相似度的定义可知，它们之间相同字符数量的个数可以用： 1 1 2 2 16 16()( ) ( )R ab ab a b=+:来表示（ “ : ” 为同或运算算子即0:0=1， 1:1=1， 0:1=0， 1:0=0， “+”为加法运算） ， R 为 1 的个数和，本文中当 8R 时，则表示 A 和 B 相似。 交叉、变异操作 44硕士学位论文 45 基本遗传算法中的交叉可以组合父代中有价值的信息，产生新的后代，以实现高效搜索，变异可以保持群体中基因的多样性，防止求解过程过早收敛68。由于多点、均匀交叉优于单点交叉，本文采用均匀交叉，交叉概率为于经过交叉操作后的个体，以概率为机对种群进行变异，形成新一代种群。 接种疫苗 对变异后的种群以一定的概率 a（ 0a1）随机抽取 a*个体作为要接种的个体。利用第步提取的疫苗 v 对要接种的个体进行接种操作：如果 v 中基因为 *，个体对应位置的基因不变，否则用 v 中的基因代替个体相对应位置的基因。 免疫选择 对接种疫苗后个体进行检测，如果其适应度值大于原来的个体，则用它代替原来的个体，否则将原来的个体放回种群中。 新一代抗体产生 经过免疫选择后的种群为新一代种群。 像分割结果及分析 实验采用 30 的红外热像仪拍摄含零值的 号的瓷质绝缘子串图片。图像预处理算法中自适应中值滤波中最大窗口取 7，均值滤波的模板大小为 33 ，图像对比度增强时， 实现的语句为g=*f)+1)，经过多次实验，当 C=550 时，图像增强效果最好。使用本方法对图片进行预处理时，效果如图 示： 图 图片预处理结果图 零值绝缘子分割时，按照上述免疫遗传算法的步骤，设定其参数种群大小0，传代数 50， a 随机产生。本文从 阈值、 阈值、基本遗传算法和本文改进的免疫遗传算法进行分割比较。以看出，除本文分割方法能有效地 分割零值绝缘子串外，其他分割方法都出现了不同程度的欠分割现象。从表 看出，虽然基本遗传算法的类间方差值比普通 阈值类间方差值小，但是分割效果要比普通的 阈值要好。同时本文引入灰度对比度增强后，对比度明显，虽然在时间上比基本遗传算法略长，但是使得分割效果最好。 图 种算法图像分割结果 表 割结果比较 为了验证该方法对不同的污秽等级下含零值的绝缘子串红外图片分割有效，下面从 I、 污秽等级分别选取一张灰度图像作为原始图像，如图 示： I 级污秽 图 同污秽等级下的红外图像 采用单阈值 （方法 a） 、双阈值 （方法 b） 、本文方法（方法 c）对图 的图像进行分割，对应的分割结果如图 示： 方法 阈值 时间 (s) 类间方差值 单阈值 92 阈值 (75,142） 本遗传算法 (64,156) 文方法 (112,196) 6硕士学位论文 47 （ a）分割的二值图像 （ b）红外图像分割结果 图 I 级污秽等级下含零值的绝缘子串红外图像分割结果 （ a）分割的二值图像 （ b）红外图像分割结果 图 污秽等级下含零值的绝缘子串红外图像分割结果 （ a）分割的二值图像 （ b）红外图像分割结果 图 污秽等级下含零值的绝缘子串红外图像分割结果 根据上面各种方法的分割结果可知： 阈值法：该方法不管在何种污秽等级下，均把绝缘子串红外图像中零值绝缘子当作背景分割出去了，没有把含零值的绝缘子串目标区域完整地分割出来，这个分割方法对含零值的绝缘子串是完全没有意义的。 阈值法：该方法把绝缘子串中的正常绝缘子看作一个目标，把零值绝缘子看作成另一个目标，用双阈值方法进行零值分割，优于 阈值法，但是没有把零值绝缘子完整的分割出来。 本文方法：由于分割过程中运用了对数变换、免疫遗传算法，在增强了图像对比度的同时改进的免疫遗传算法更好的解决了多阈值计算量大的问题，能完整的分割出零值绝缘子。 章小结 本章简单地介绍了红外图像分割的必要性以及常用分割方法。重点介绍了改进免疫遗传算法的红外图像零值绝缘子分割方法。本文采用自适应中值滤波和均值滤波相结合的方法滤除图像噪声，在利用对数变换提升图像对比度的基础上，采用以 数为评价函数的改进免疫遗传算法对零值绝缘子进行分割，利用相似度不同来选择适应度高的个体，对种群进行促进和抑制操作，通过自适应提取免疫疫苗、接种操作、免疫选择等方式确保了种群的多样性，防止种群过早收敛。实验证明，本文方法优于常用的 阈值法和基本遗传算法，能完整、有效地分割零值绝缘子，为后续的零值绝缘子特征提取及识别的准确性提供了保证。 48硕士学位论文 49 结 论 本文利用高精度 红外热像仪拍摄 号的瓷质正常绝缘子串和含零值绝缘子串红外图像。拍摄过程中不可避免地引入高斯、脉冲等噪声，同时会拍入导线、杆塔等背景信息，使得拍摄的红外图像具有噪声大、边缘模糊、正常绝缘子与零值绝缘子对比度低等特点，为了能准确地提取绝缘子特征参数、识别出零值绝缘子，红外图像的图像去噪、分割等预处理方法显得尤其重要。利用图像处理、人工智能、计算机等技术，结合 真，对红外检测零值绝缘子的可行性进行了验证，对含零值绝缘