工业X射线图像处理技术研究

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气体绝缘组合电器(简称GIS)在高压输变电系统中应用广泛,它在电力系统中起着至关重要的作用,一旦其发生故障,损失严重。随着无损检测手段的不断发展,与传统利用传感器理化参数测试的方法相比,利用X射线对GIS设备进行非接触式的无损检测是一种有效的外部诊断手段,用以确保GIS设备在不破拆的情况下安全可靠的运行。这种数字化X射线成像系统检测的方法利用高频X射线机和平板探测器对变电站气体绝缘组合电器设备透照,再将检测的图像传递给计算机,近而采用计算机智能处理的方法为GIS设备的图像检测提高客观的依据。因此,针对便携式数字化X射线成像系统获取图像智能处理方法的若干问题进行研究,在如下几个方面展开了深入的研究:(1)利用低维空间工业X射线图像的非相关观测数据实现高维空间的感知,这不仅是压缩感知优化理论中的重要科学问题,也是在传感器硬件条件限制下X射线高分辨率显示的重大难题。针对1-范数下研究其稀疏性及稀疏变换的等距性限定条件(RIP),采用离散小波变换的方式将X射线图像映射到稀疏域上,建立了具有最大不相关秩的结构随机测量机阵Φ,并在此基底下通过正交追踪匹配算法的重构原图像,并通过实验证明了算法在时间和效果上的有效性。(2)由于受X射线探测器硬件系统误差的影响,使得图像的显著特征信息未能清晰体现,提出了自适应双平台多尺度修正直方图以增强显著特征信息。首先,利用限制对比度自适应直方图均衡化构造的灰度限制函数完成图像的初始分块,再按照变换函数系数在三个尺度因子上投影,参考局部子图对比度自动调整尺度系数,从而实现变换函数的调整。这种方法中从整体和局部两个方面调节对比度,从全局出发选择灰度限制函数,立足局部保留了显著特征细节信息。(3)针对X射线图像中的系统扫描噪声,提出了双变量非局部模糊平均滤波剔除非显著特征信息的方法。利用梯度算子降低相邻像素间相关性对整体样本的影响,通过模糊运算设置滤波窗口大小和分块数目,再对子块采用自适应非局部平均处理,有效消除图像中的非显著特征信息的影响。(4)针对便携式X射线探测器无法完成大型GIS设备一次成像的问题,提出了采用移动X射线探测器位置,获取分段拍摄的多幅X射线图像组,利用粒子群优化的基于最大互相关的互信息确定潜在拼接区域,再采用基于非线性流形降维的LLE-SIFT精检测的方法确定最佳匹配特征点,并对重合部分采用渐变式加权图像融合的方法,实现了重合处的自然过渡,从而获得大视角的GIS图像。(5)针对GIS设备典型缺陷,提出了一种基于快速邻域一致性匹配模型背景复原的不变矩特检测。快速邻域一致性匹配背景模型是对快速匹配修复FMM模型改进后,将单层点修复模进化为点和区域双重修复,提高了修复函数的收敛速度。为了提高检测的准确性,提出了基于包含有GIS轮廓信息二阶不变矩特征的X射线图像数字减影的方法,以检测出X射线图像中的缺陷类型及故障位置,近而消除GIS设备中的安全隐患。
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