可见光/日盲紫外双光谱电晕探测技术研究

摘要

随着国家电网建设规模的扩大以及输送供电等级的提高，因供电设备耗损而导致的电晕放电现象也愈发普遍，因此对输电线和变电站设备产生的电晕放电信号进行及时检测具有重要意义。本文对日盲紫外电晕探测技术进行研究，围绕着扩展紫外图像动态范围，提高光子计数精度，实现系统昼夜工作三个目标进行系统设计，研发了可将光/日盲紫外双光谱电晕探测系统原型样机，并对基于本系统硬件平台的日盲紫外光子计数算法进行研究和设计。 首先，本文以课题组原有的CMOS驱动电路为基础，进行了可将光/日盲紫外双光谱电晕探测系统硬件设计，主要包括根据电晕探测的需求对紫外ICMOS进行器件选型和改进设计小型化的系统硬件电路;然后，针对紫外ICMOS模组中CMOS图像传感器为追求宽动态而牺牲对比度的问题，对紫外图像进行线性校正并将校正后的图像采用平台直方图均衡化进行增强;其次，为了实现系统昼夜工作，将紫外图像与低照度CMOS输入的可见光图像进行图像配准和图像融合，经实验测试，系统最低可在5×10-3lux照度下对10-18W/cm2～10-9W/cm2的日盲紫外目标正常成像;再次，为了提高光子计数精度，结合本系统硬件平台进行日盲紫外光子计数算法研究，设计光子计数高帧频算法，帧频最高可达390fps。通过分析传统光子计数算法误差产生的原因提出了基于时间的弥散圆斑光子计数算法，并通过实验和MATLAB仿真验证了该算法精度优于传统算法;最后，将该算法在FPGA平台上硬件实现，并进行实验验证，实验结果表明，本文设计的基于时间的弥散圆斑光子计数算法能进行准确的日盲紫外光子计数，且硬件实现效果理想。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1日盲紫外电晕探测技术及发展现状

1．2光子计数技术及发展现状

1．3本文研究背景

1．4本文的主要工作

2可见光／日盲紫外双光谱电晕探测系统硬件设计

2．1可见光／日盲紫外双光谱电晕探测系统硬件整体设计

2．2紫外ICMOS模组设计

2．2．1紫外镜头选型

2．2．2深截止日盲紫外滤光片选型

2．2．3双MCP紫外像增强器选型

2．2．4 CMOS图像传感嚣芯片选型

2．3系统硬件电路设计

2．3．1系统供电电路设计

2．3．2视频解码电路设计

2．3．3视频编码电路设计

2．3．4像增强器供电电路设计

2．3．5电路板整体设计

2．4系统硬件电路调试

2．5系统整机实物

2．6本章小结

3日盲紫外图像处理与图像融合

3．1顶层框架设计

3．2日盲紫外图像线性校正

3．2．1 CMOS响应曲线测试

3．2．2线性校正硬件实现

3．3紫外通道图像增强

3．3．1平台直方图均衡化算法原理

3．3．2平台直方图硬件实现

3．4图像配准

3．4．1图像配准算法原理

3．4．2图像配准算法硬件实现

3．5紫外／可见光图像融合

3．5．1图像融合算法原理

3．5．2图像融合硬件实现

3．6系统成像试验

3．7本章小结

4日盲紫外光子计数

4．1光子计数原理

4．2光子计数高帧频算法设计

4．3日盲紫外光子计数算法设计

4．3．1传统光子计数算法误差分析

4．3．2基于时间的弥散暇斑光子计数算法设计

4．3．3光子计数算法实验仿真分析

4．4光子计数算法硬件实现

4．5实验结果分析

4．6本章小结

5结束语

5．1论文工作总结

5．2本文有待进一步完善的工作

致谢

参考文献

附录