基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法

1.本发明涉及一种继电器参数的测试方法，尤其涉及一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法。


背景技术：

2.继电器在运行工作过程中各类参数是随时间而不断变化的，例如机械参数、电气参数、时间参数等，而且继电器各类性能参数的变化都可能对其寿命退化和功能失效产生重要影响。继电器的转换时间参数是一项反应其可靠性的重要参数，它是指继电器动触头刚开始运动到与静触头刚接触所需要的时间。早期的继电器转换时间检测设备以电秒表和光线示波器为主，人工操作的方式使得检测有很大局限性，受测量人员主观影响较大，精度也很低，满足不了高效率、高精度和自动化的现代化要求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法。
4.本发明是通过以下技术方案予以实现：
5.一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，包括如下步骤：s1.将被测继电器固定在实验平台上，利用图像采集装置，获取所述被测继电器在通电吸合和断电释放的整个运动周期内动触头、静触头的运动过程，作为初始图像；s2.对所述初始图像进行读取和预处理；s3.通过模版匹配对所述初始图像中的静触头和动触头的几何中心进行识别跟踪处理；s4.根据识别跟踪结果，获取所述被测继电器中静触头、动触头的位置坐标随时间变化的图像和数据；s5.获取静触头开始运动的时刻和动触头开始运动的时刻，两者的差即为继电器的转换时间。
6.根据上述技术方案，优选地，所述图像采集装置为高速图像采集器，拍摄频率为1500帧/秒。
7.根据上述技术方案，优选地，所述预处理包括图像分割处理、图像灰度处理、图像滤波处理以及图像二值操作。
8.根据上述技术方案，优选地，步骤s3包括：所述初始图像中的第一帧图像作为样本图像，截取所述样本图像中的静触头和动触头作为样本模板，并设置相似度；迭代计算得到初始图像中与所述样本模板的最相似区域，对静触头和动触头的几何中心进行跟踪处理。
9.本发明的有益效果是：
10.本发明基于图像特征识别跟踪技术来实现继电器转换时间的非接触式测量，利用图像识别和模板匹配方法自动获取动静触头的几何中心的坐标位置，并实现位置跟踪，避免了测量人员的主观影响，同时非接触性检测，保证产品检测的准确率，避免了在测量过程中对产品二次伤害；除此之外，本发明通过对图片进行处理，实现对继电器转换时间的测量，能够快速有效的获得参数，还能够与动作过程相结合，具有处理速度快、精度高、操作简
单、成本低的优点。
附图说明
11.图1为本发明中动静触头的跟踪位移图。
12.图2为本发明测量方法步骤的流程示意图。
具体实施方式
13.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
14.在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
15.如图所示，本发明包括如下步骤：
16.s1.将被测继电器固定在实验平台上，利用图像采集装置，获取所述被测继电器在通电吸合和断电释放的整个运动周期内动触头、静触头的运动过程，作为初始图像。本例中图像采集装置为高速图像采集器，拍摄频率为1500帧/秒。
17.s2.对所述初始图像进行读取和预处理。其中预处理包括图像分割处理、图像灰度处理、图像滤波处理以及图像二值操作。
18.s21.图像分割处理：跟踪所有动静触头，继电器各组的动触头之间与各组的静触头分别同时动作，即转换时间相同，所以选取其中一组来分析。
19.s22.图像灰度处理：由公式表示转换后的图片所占通道的比例，f(i,j)＝0.30r(i,j)+0.59g(i,j)+0.11b(i,j))，其中，r、g、b分别代表图像的红色通道、绿色通道和蓝色通道。
20.s23.图像滤波处理：其基本原理是把数字图像中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。用某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的为二维数据序列。二维中值滤波输出为g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈w)}，其中，f(x,y)，g(x,y)分别为原始图像和处理后图像，w为二维模板，该方法在计算某一个像素点的像素值时，同时考虑距离信息，既能去除噪声，又能较好的保护边缘信息。
21.s24.图像二值操作：使用直方图方法来寻找二值化的阀值，直方图是图像的重要特质。该方法将图像分为前景和背景，在灰度直方图上，前景和背景都会形成高峰，在双峰之间的最低谷处的数值就是阀值。让灰度值小于等于阈值的变为0(黑色)，灰度值大于127的变为255(白色)。
22.s3.通过模版匹配对所述初始图像中的静触头和动触头的几何中心进行识别跟踪处理。具体地：
23.s31.所述初始图像中的第一帧图像作为样本图像，截取所述样本图像中的静触头和动触头作为样本模板，并设置相似度。
24.s32.迭代计算得到初始图像中与所述样本模板的最相似区域，对静触头和动触头的几何中心进行跟踪处理。
25.s4.根据识别跟踪结果，采用python编程方法实时获取所述被测继电器中静触头、动触头的位置坐标随时间变化的图像和数据，图1中位于上方的曲线代表静触头的位移变化，位于下方的曲线代表动触头的位移变化。
26.s5.如图1所示，通过编程获取静触头开始运动的时刻(t1)和动触头开始运动的时刻(t2)，两者的差(t2-t1)即为继电器的转换时间。本步骤中通过计算机编程技术以确定动触头与静触头位移改变的初始时刻，并获取两个值的差，消除了人眼观测的误差，比以往的电秒表和示波器的测量方法更加准确。
27.本发明基于图像特征识别跟踪技术来实现继电器转换时间的非接触式测量，利用图像识别和模板匹配方法自动获取动静触头的几何中心的坐标位置，并实现位置跟踪，避免了测量人员的主观影响，同时非接触性检测，保证产品检测的准确率，避免了在测量过程中对产品二次伤害；除此之外，本发明通过对图片进行处理，实现对继电器转换时间的测量，能够快速有效的获得参数，还能够与动作过程相结合，具有处理速度快、精度高、操作简单、成本低的优点。
28.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，其特征在于，包括如下步骤：s1.将被测继电器固定在实验平台上，利用图像采集装置，获取所述被测继电器在通电吸合和断电释放的整个运动周期内动触头、静触头的运动过程，作为初始图像；s2.对所述初始图像进行读取和预处理；s3.通过模版匹配对所述初始图像中的静触头和动触头的几何中心进行识别跟踪处理；s4.根据识别跟踪结果，获取所述被测继电器中静触头、动触头的位置坐标随时间变化的图像和数据；s5.获取静触头开始运动的时刻和动触头开始运动的时刻，两者的差即为继电器的转换时间。2.根据权利要求1所述一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，其特征在于，所述图像采集装置为高速图像采集器，拍摄频率为1500帧/秒。3.根据权利要求1所述一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，其特征在于，所述预处理包括图像分割处理、图像灰度处理、图像滤波处理以及图像二值操作。4.根据权利要求1至3中任意一项的所述一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，其特征在于，步骤s3包括：所述初始图像中的第一帧图像作为样本图像，截取所述样本图像中的静触头和动触头作为样本模板，并设置相似度；迭代计算得到初始图像中与所述样本模板的最相似区域，对静触头和动触头的几何中心进行跟踪处理。

技术总结
本发明涉及一种基于图像特征识别跟踪技术的继电器转换时间测量方法，包括如下步骤：将被测继电器固定在实验平台上，利用图像采集装置，获取被测继电器在通电吸合和断电释放的整个运动周期内动静触头的运动过程，作为初始图像；对初始图像进行读取和预处理；通过模版匹配对初始图像中的动静触头的几何中心进行识别跟踪处理；根据识别跟踪结果，获取被测继电器中动静触头的位置坐标随时间变化的图像和数据；获取静触头开始运动的时刻和动触头开始运动的时刻，两者的差即为继电器的转换时间。本发明处理速度快、精度高，基于图像特征识别跟踪技术实现继电器转换时间的非接触式测量，避免了测量人员的主观影响，避免了在测量过程中对产品二次伤害。过程中对产品二次伤害。过程中对产品二次伤害。


技术研发人员：李文华 杨兴林 赵正元 潘如政
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2022.01.24
技术公布日：2022/5/17