光伏电站巡检装置图像处理与传输系统设计

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1 引言

随着近些年光伏发电的飞速发展、光伏发电站数量的迅速增多,光伏组件的运维需求与日俱增[1],而其中较为严重与普遍发生的运维问题是热斑现象。而现在我们多运用人工按顺序运用专业的热斑监测装置进行监测的方式,该方式存在效率低、成本高等缺点[2]。因而设计了一款光伏发电站图像处理与传输系统来解决此问题。

针对上述问题,本文设计了一款图像处理与传输系统。图像处理经过预处理与热斑提取的过程,具有较好的输出图像。该系统可以使运维人员更加简单迅速发现热斑现象的发生位置。

2 系统整体设计

光伏电站巡检装置图像处理与传输系统需要安装在巡检机器人或无人机上进行工作,要求图像无线传输系统具有能耗低、体积小、重量轻、传输质量高以及低成本等特点。采用基于GFSK/FSK调制方式的无线数据收发系统,图像信息传输给无线RF(射频)发射机,通过无线信道传输到RF(射频)接收机,接收机连续接收图像信息,最终在液晶屏幕上进行显示。

3 图像无线传输系统硬件部分设计

3.1 图像采集模块设计 系统采用CCD红外摄像头为图像采集前端,采集的图像经由SAA7113H编解码芯片将视频的格转化为数字格式。SAA7113H编解码芯片在PAL和NTSC制式下,能够自动检测输入场频。SAA7113H编解码芯片硬件原理设计如图2所示。

图2 SAA7113H硬件电路图

3.2 微处理器部分设计 S3C2440A对视频解码芯片SAA7113H内部寄存器的配置通过IIC总线实现,当向SAA7113H写入数据时,选择主发送模式,当从SAA7113H读取数据时,选择主接收模式。因为SAA7113H数字端口VPO[7:0]输出标准的ITU-RBT656 YCbCr4:2:2数据类型与SAA7113H相互匹配,所以可以直接与S3C2440A的专用摄像头接口CAMDATA[7:0]连接,VPO总线具有8位数据宽度。图像处理系统软件部分设计红外摄像头可以采集物体发出的红外辐射,并据此信息生成红外热图像。由于红外摄像头设计原理与环境因素的影响,会使生成的红外图像具有噪声大、对比度低等缺点,这些缺点给人直观上的感受就是图像不清晰。因此要对接收端接收到的红外图像进行预处理。在最后进行热斑提取:通过基于多尺度小波变换的边缘检测算法对红外图像热斑部分图像进行提取,使热斑部分十分明显的展示在输出图像上。

4 系统实验结果

红外图像经图像增强、图像滤波及图像提取等过程最终显示在显示器上,该过程在MATLAB中进行了仿真。运维人员可以根据处理过程中的所有图像对比判断出热斑现象发生位置,并迅速进行处理,可极大的减少巡检人员的工作量。仿真双输出图像如图2所示。

图42 图像处理情况

结论

本文在背景研究内容中总结了光伏发电站巡检装置现状以及存在的问题,并介绍了国内外学者关于该领域的研究成果。本系统分为图像无线传输系统与红外图像处理系统两大部分,完成的功能概括如下:

(1)图像无线传输系统:设计了一种基于GFSK/FSK调制方式的无线数据收发系统,实现了将红外摄像头采集到的模拟彩色图像信号解码后,经过2.4GHz无线射频收发模块完成图像的调制发送和解调接收,最终将接收的图像信息在彩色液晶显示器上显示出来。

(2)红外图像处理系统:设计了一种先经过图像增强和图像滤波两个算法的预处理后,利用小波变换多尺度边缘检测算法对无线图像传输系统进行了图像提取,最终完成了图像处理所要求的图像效果,可以使运维人员更加简单迅速发现热斑现象的发生位置。