一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统及方法

技术领域

本发明涉及绝缘材料领域，具体涉及一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统及方法。

背景技术

输变电设备作为电力系统的主要组成部分，能否安全和稳定运行直接关系着电网的可靠性和安全性。由于输变电设备主要运行于户外环境，首先，其受到大气条件和空气的影响严重。复杂的外界环境和大气条件如气压、温度、湿度和覆冰、污秽、雾霾等都容易导致输变电设备发生局部放电现象，危害输变电设备的安全运行；其次，除了外界环境的影响，在输变电设备运行过程中，由于长期高场强、高负荷的作用，输变电设备也容易出现绝缘劣化、老化等现象；同时输变电设备还会因工艺水平欠缺和设计不够合理而导致自身存在缺陷，这些因素也都会进一步降低输变电设备的绝缘性能。

作为用于电力系统的主要防污闪措施，室温硫化(RTV)硅橡胶涂料是以RTV硅橡胶为基础原料并添加特殊功能助剂和填料的一种新型涂料。其最大优点就是在保证良好的电性能和满足长期户外耐候性的基础上，还具有独特的憎水性和憎水迁移性，当涂层表面积污后在自身的作用下使得污秽涂层表面又具有良好的憎水性，在雾、露、细雨等气候条件下，污层表面不会形成连续的水膜，从而可以有效抑制泄漏电流和局部电弧的产生，提高设备的防污闪性能，保证电力系统在此类气候条件下的安全运行，所以室温硫化(RTV)硅橡胶涂料广泛应用于输变电设备上以保证设备外绝缘性能良好。但是，随着使用时间的增加硅橡胶涂层是否可以继续使用，如何判断其失效是一大问题，所以非常有必要提出一种RTV涂料状态识别方法，保证输变电设备的安全稳定运行。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统及方法，实现对室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观涂层表面的状态分析，为输变电设备安全运行提供保障。

本发明通过下述技术方案实现：

一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统，包括CCD摄像机、连续变倍视频镜头、支架、支柱、调焦轮、紧固轮、限位环、连接架和微观表面分析软件，支柱竖直垂直安装在支架上，连续变倍视频镜头上方安装CCD摄像机，连续变倍视频镜头通过连接架安装在支柱上，连接架安装有用于转动变倍长焦距镜头使其上下滑动变动焦距的调焦轮和用于固定变倍长焦距镜头的紧固轮，连续变倍视频镜头能够相对于支柱上下滑动，支柱上紧固轮的下方安装有用于限制变倍长焦距镜头最低滑动位置的限位环，CCD摄像机通过蓝牙装置与微观表面分析软件相连。

一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析方法，包括如下步骤：1)将权利要求1所述系统进行安装；2)调整观测物体的倍数与焦距，使物体的成像能达到最大清晰化；3)拍摄涂料微观表面的图像并上传至微观表面分析软件；4)对拍摄的图像进行处理；5)对图像上涂层粒径进行分析，如果平均粒径大于设定值，室温硫化硅橡胶防污闪涂料就需要重涂或者复涂。

步骤4)的具体步骤如下：4.1)图像亮度调整：基于RGB空间亮度调整算法对RGB空间进行亮度调整，使图像的颗粒、裂纹等缺陷更加明显；4.2)图像对比度调整：使用间接对比度增强方法；4.3)图像颜色调整：使用HSI模型显示彩色图，具体步骤如下，(1)将RGB分量转化为HSI分量图，将亮度分量就和色度分量分开，(2)利用对灰度图增强的方法增强其中的I分量图，(3)再将结果转换为用RGB分量图来显示；4.4)图像锐化调整：利用微分算法锐化图像；4.5)采用高斯滤波消除高斯噪声。

步骤5)的具体步骤如下：5.1)RGB色彩选取：基于RGB色彩模式选取要分析的颗粒颜色，通过设置一定色域提取范围及容差来把与颗粒相类似的RGB像素点选中，进而软件判断出其他类似的颗粒；5.2)输入拍摄图像的标尺；5.3)使用图像目标尺寸检测方法自动分析所拍摄涂层的平均粒径。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统及方法，能够实现对室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观涂层表面的状态分析，为输变电设备安全运行提供保障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明的一种微观观测显微镜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析系统，包括CCD摄像机1、连续变倍视频镜头2、支架3、支柱4、调焦轮5、紧固轮6、限位环7、连接架8、微观表面分析软件9。观测物经过光学系统成像于CCD中传感器的光敏面上，图像传感器把光信号转换成电信号(视频信号)，该信号通过蓝牙系统在连接电脑的软件显示出物体的像。

所述的CCD摄像机1放大倍数为50倍，内部采用索尼生产的感光芯片。被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在图像时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成图像信号输出。图像信号蓝牙连接微观表面分析软件端便可以看到与原始图像相同的图像。它是一种半导体成像器件，为简化CCD摄像机的供电，一般从外部只输入一种电源(12V)，而机内其他各种电压值的电源都由电源变换获得。下方连接变倍长焦距镜头2，与变倍长焦距镜头2搭配使用，用于处理、放大复合外绝缘涂层的成像图片，并用蓝牙连接至微观表面分析软件。

所述的连续变倍视频镜头2为最大放大倍数为22.5倍的可变焦镜头，其连续变倍采用齿轮传动，两齿轮分别安装在连续变倍视频显微镜的变倍手轮和步进电机轴上，结构简单，使变倍手轮转动角度可控，实现电控变倍。传动比为1：4，传动齿轮模数为0.5。通过齿轮齿条传动，将电机的转动转化为物镜的移动，实现快速调焦。上方连接CCD摄像机1，并由连接架8固定并拍摄复合外绝缘涂层。

所述的支架3用于固定整体复合外绝缘微观表面观测装置，面积大约为150mm×8mm,材质由铝合金制作，支架3上方连接支柱4。

所述的支柱4用于变倍长焦距镜头2上下滑动变动焦距，高度大约300mm，材质为铝合金，中间连接调紧固轮6、限位环7、连接架8。

所述的调焦轮5用于转动变倍长焦距镜头2使其上下滑动变动焦距，直径大约为50mm，材质为塑料材质，安装在连接架8上。

所述的紧固轮6用于固定变倍长焦距镜头2，直径大约为20mm，材质为塑料材质，安装在连接架8上。

所述的限位环7用于固定变倍长焦距镜头2，直径大约为15mm，材质为塑料材质，安装在支柱4上。

所述的连接架8用于连接变倍长焦距镜头2与支柱4，材质为铝合金材质，安装在安装在支柱4上。

所述的微观表面分析软件9用于观察微观观测装置所拍摄的图片，并进行颗粒粒径大小分析。

实施例2

本发明是一种室温硫化硅橡胶防污闪涂料微观表面分析方法，具体步骤如下：

步骤1、系统的安装和布置；

步骤2、微观观测装置的倍数与焦距调整；调整好观测物体的倍数与焦距，使物体的成像能达到最大清晰化。

步骤3、涂料微观表面的图像拍摄与上传；CCD摄像机1被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，形成图像信号输出。图像信号蓝牙连接微观表面分析软件端便可以看到与原始图像相同的图像。

步骤4、图像处理；

步骤4.1，图像亮度调整。本发明基于RGB空间亮度调整算法-主要是对RGB空间进行亮度调整。计算出调整系数后，基于当前RGB值大小进行调整，即RGB值越大，调整的越大。该调整的作用是图像的颗粒，裂纹等缺陷更加、明显。

步骤4.2，图像对比度调整。本发明使用的方法是间接对比度增强方法，该方法使用的核心为直方图均衡化处理。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，这种方法通常用来增加许多图像的局部对比度，尤其是当图像的有用数据的对比度相当接近的时候。通过这种方法，亮度可以更好地在直方图上分布。这样就可以用于增强局部的对比度而不影响整体的对比度，直方图均衡化通过有效地扩展常用的亮度来实现这种功能。这种方法的一个主要优势是它是一个相当直观的技术并且是可逆操作，如果已知均衡化函数，那么就可以恢复原始的直方图，并且计算量也不大。效果同步骤4.1。

步骤4.3，图像颜色调整。本发明显示彩色图使用的是HSI模型，彩色增强方法的基本步骤为：(色彩不变，亮度增强)

(1)将RGB分量转化为HSI分量图(亮度分量就和色度分量分开了)；

(2)利用对灰度图增强的方法增强其中的I分量图；

(3)再将结果转换为用RGB分量图来显示。显示效果同步骤4.1。

步骤4.4，图像锐化调整。图像锐化主要影响图像中的低频分量，不影响图像中的高频分量。图像锐化的主要目的有两个：1.增强图像边缘，使模糊的图像变得更加清晰，颜色变得鲜明突出，图像的质量有所改善，产生更适合人眼观察和识别的图像；2.希望通过锐化处理后，目标物体的边缘鲜明，以便于提取目标的边缘、对图像进行分割、目标区域识别、区域形状提取等，进一步的图像理解与分析奠定基础。

使用邻域平均法或加权平均法可以平滑图像，反过来利用对应的微分算法可以锐化图像。微分算法是求信号的变化率，有加强高频分量作用，从而使图像轮廓清晰。由于图像模糊胡实质是图像受到平均或积分运算造成的，所以为了把图像中任何方向伸展的边缘肯模糊的轮廓变得清晰，可以对图像进行逆运算如微分运算，从而使图像清晰化。

在图像处理中，一阶微分是通过梯度算法来实现的，对于一幅图像用函数f(x，y)表示，定义在f(x，y)在点(x，y)处的梯度是一个矢量，定义为：

梯度的方向在函数f(x，y)最大变化率的方向上，梯度的幅度G[f(x，y)]可以由以下公式算出：

由上式可知：梯度的数值就是f(x，y)在其最大变化率方向上的单位距离所增加的量。

对于数字图像而言，微分可用差分来近似。因此上式可以写成：

G[f(i，j)]＝|f(i，j)-f(i+1，j)|+|f(i，j)-f(i，j+1)|

为了便于编程和提高运算速度，在计算精度允许的情况下，可采用绝对差算法近似为：

G[f(i，j)]＝|f(i，j)-f(i+1，j)|+|f(i，j)-f(i，j+1)|

这种算法又称为水平垂直差分法，另一种梯度算法是交叉的进行查分计算，称为罗伯特梯度法，表示为：

同样可采用绝对差算法近似：

G[f(i，j)]＝|f(i，j)-f(i+1，j+1)|+|f(i+1，j)-f(i，j+1)|

运用上述两种梯度近似算法，在图像的最后一行后最后一列无法计算像素的梯度时，一般用前一行或前一列的梯度值近似代替。

为了不破坏图像背景的前提下更好地增强边缘，也可以对上述直接用梯度值代替灰度值的方法进行改进，可以引入一个阈值来判断是否对某一像素点进行锐化。具体公式如下：

对于图像而言，物体与物体之间，背景与背景之间的梯度变化很小，灰度变化较大的地方一般集中在图像的边缘上，也就是物体和背景交接的地方。当设定一个阈值时，G[f(i,j)]大于阈值就认为该像素点处于图像的边缘，对结果加上常数C，以使边缘变亮；而对于G[f(i,j)]不大于阈值就认为该像素点为同类像素，即同为物体或同为背景，常数C的选取可以根据具体的图像特点。这样既增亮了图像的边界，同时又保留了图像背景原来的状态，比传统的梯度锐化具有更好的增强效果和适用性。处理效果同步骤4.1。

步骤4.5，中值滤波去噪。本发明采用高斯滤波方式，高斯滤波是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声，广泛应用于图像处理的减噪过程。高斯滤波就是对整幅图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。高斯滤波的具体操作是:用一个模板(或称卷积、掩模)扫描图像中的每一个像素，用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。

高斯滤波实质上是一种信号的滤波器，其用途是信号的平滑处理，并使用滤波器就是建立的一个数学模型，通过这个模型来将图像数据进行能量转化，噪声就是属于高频率部分，高斯滤波器平滑处理后降低噪声的影响，避免了振铃现象，又可以把图像中的小杂质过滤掉。

步骤5、图像粒径分析；

步骤5.1，RGB色彩选取。本发明基于RGB色彩模式选取要分析的颗粒颜色，通过设置一定色域提取范围及容差来把与颗粒相类似的RGB像素点选中，进而软件判断出其他类似的颗粒。

步骤5.2，输入拍摄图像的标尺。

步骤5.3，自动分析所拍摄涂层的平均粒径。本发明使用图像目标尺寸检测方法，该方案类似于计算一个物体的距离—在这种情况下，定义一个比率(步骤5.2标尺设置)来测量每个给定度量单位的像素数。为了确定图像中物体的大小，首先需要使用一个参照物作为“校准”点(参照物应该有两个重要的属性：1、知道这个物体的真实尺寸；2、能够轻松地在图片中找到这个参照物)

如果涂层的平均粒径大于设定值，就需要在电力设备上重涂或者复涂室温硫化硅橡胶防污闪涂料。

本发明通过对室温硫化硅橡胶涂层进行显微镜拍摄，并使用微观表面分析软件对该涂层表面的颗粒物粒径大小进行观测计算，最后根据粒径大小即可判断涂层材料的服役状态，以便提前采取更换或复涂涂层等应对措施，保证设备安全正常工作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。