光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統(tǒng)設(shè)計

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1 引言

隨著近些年光伏發(fā)電的飛速發(fā)展、光伏發(fā)電站數(shù)量的迅速增多,光伏組件的運維需求與日俱增[1],而其中較為嚴(yán)重與普遍發(fā)生的運維問題是熱斑現(xiàn)象。而現(xiàn)在我們多運用人工按順序運用專業(yè)的熱斑監(jiān)測裝置進行監(jiān)測的方式,該方式存在效率低、成本高等缺點[2]。因而設(shè)計了一款光伏發(fā)電站圖像處理與傳輸系統(tǒng)來解決此問題。

針對上述問題,本文設(shè)計了一款圖像處理與傳輸系統(tǒng)。圖像處理經(jīng)過預(yù)處理與熱斑提取的過程,具有較好的輸出圖像。該系統(tǒng)可以使運維人員更加簡單迅速發(fā)現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的發(fā)生位置。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統(tǒng)需要安裝在巡檢機器人或無人機上進行工作,要求圖像無線傳輸系統(tǒng)具有能耗低、體積小、重量輕、傳輸質(zhì)量高以及低成本等特點。采用基于GFSK/FSK調(diào)制方式的無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng),圖像信息傳輸給無線RF(射頻)發(fā)射機,通過無線信道傳輸?shù)絉F(射頻)接收機,接收機連續(xù)接收圖像信息,最終在液晶屏幕上進行顯示。

3 圖像無線傳輸系統(tǒng)硬件部分設(shè)計

3.1 圖像采集模塊設(shè)計 系統(tǒng)采用CCD紅外攝像頭為圖像采集前端,采集的圖像經(jīng)由SAA7113H編解碼芯片將視頻的格轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式。SAA7113H編解碼芯片在PAL和NTSC制式下,能夠自動檢測輸入場頻。SAA7113H編解碼芯片硬件原理設(shè)計如圖2所示。

圖2 SAA7113H硬件電路圖

3.2 微處理器部分設(shè)計 S3C2440A對視頻解碼芯片SAA7113H內(nèi)部寄存器的配置通過IIC總線實現(xiàn),當(dāng)向SAA7113H寫入數(shù)據(jù)時,選擇主發(fā)送模式,當(dāng)從SAA7113H讀取數(shù)據(jù)時,選擇主接收模式。因為SAA7113H數(shù)字端口VPO[7:0]輸出標(biāo)準(zhǔn)的ITU-RBT656 YCbCr4:2:2數(shù)據(jù)類型與SAA7113H相互匹配,所以可以直接與S3C2440A的專用攝像頭接口CAMDATA[7:0]連接,VPO總線具有8位數(shù)據(jù)寬度。圖像處理系統(tǒng)軟件部分設(shè)計紅外攝像頭可以采集物體發(fā)出的紅外輻射,并據(jù)此信息生成紅外熱圖像。由于紅外攝像頭設(shè)計原理與環(huán)境因素的影響,會使生成的紅外圖像具有噪聲大、對比度低等缺點,這些缺點給人直觀上的感受就是圖像不清晰。因此要對接收端接收到的紅外圖像進行預(yù)處理。在最后進行熱斑提取:通過基于多尺度小波變換的邊緣檢測算法對紅外圖像熱斑部分圖像進行提取,使熱斑部分十分明顯的展示在輸出圖像上。

4 系統(tǒng)實驗結(jié)果

紅外圖像經(jīng)圖像增強、圖像濾波及圖像提取等過程最終顯示在顯示器上,該過程在MATLAB中進行了仿真。運維人員可以根據(jù)處理過程中的所有圖像對比判斷出熱斑現(xiàn)象發(fā)生位置,并迅速進行處理,可極大的減少巡檢人員的工作量。仿真雙輸出圖像如圖2所示。

圖42 圖像處理情況

結(jié)論

本文在背景研究內(nèi)容中總結(jié)了光伏發(fā)電站巡檢裝置現(xiàn)狀以及存在的問題,并介紹了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于該領(lǐng)域的研究成果。本系統(tǒng)分為圖像無線傳輸系統(tǒng)與紅外圖像處理系統(tǒng)兩大部分,完成的功能概括如下:

(1)圖像無線傳輸系統(tǒng):設(shè)計了一種基于GFSK/FSK調(diào)制方式的無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)了將紅外攝像頭采集到的模擬彩色圖像信號解碼后,經(jīng)過2.4GHz無線射頻收發(fā)模塊完成圖像的調(diào)制發(fā)送和解調(diào)接收,最終將接收的圖像信息在彩色液晶顯示器上顯示出來。

(2)紅外圖像處理系統(tǒng):設(shè)計了一種先經(jīng)過圖像增強和圖像濾波兩個算法的預(yù)處理后,利用小波變換多尺度邊緣檢測算法對無線圖像傳輸系統(tǒng)進行了圖像提取,最終完成了圖像處理所要求的圖像效果,可以使運維人員更加簡單迅速發(fā)現(xiàn)熱斑現(xiàn)象的發(fā)生位置。