光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統設計

吉林電力股份有限公司科技開發分公司 吉林 長春 130000

1 引言

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

針對上述問題,本文設計了一款圖像處理與傳輸系統。圖像處理經過預處理與熱斑提取的過程,具有較好的輸出圖像。該系統可以使運維人員更加簡單迅速發現熱斑現象的發生位置。

2 系統整體設計

光伏電站巡檢裝置圖像處理與傳輸系統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具有能耗低、體積小、重量輕、傳輸質量高以及低成本等特點。采用基于GFSK/FSK調制方式的無線數據收發系統,圖像信息傳輸給無線RF(射頻)發射機,通過無線信道傳輸到RF(射頻)接收機,接收機連續接收圖像信息,最終在液晶屏幕上進行顯示。

3 圖像無線傳輸系統硬件部分設計

3.1 圖像采集模塊設計 系統采用CCD紅外攝像頭為圖像采集前端,采集的圖像經由SAA7113H編解碼芯片將視頻的格轉化為數字格式。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計如圖2所示。

圖2 SAA7113H硬件電路圖

3.2 微處理器部分設計 S3C2440A對視頻解碼芯片SAA7113H內部寄存器的配置通過IIC總線實現,當向SAA7113H寫入數據時,選擇主發送模式,當從SAA7113H讀取數據時,選擇主接收模式。因為SAA7113H數字端口VPO[7:0]輸出標準的ITU-RBT656 YCbCr4:2:2數據類型與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位數據寬度。圖像處理系統軟件部分設計紅外攝像頭可以采集物體發出的紅外輻射,并據此信息生成紅外熱圖像。由于紅外攝像頭設計原理與環境因素的影響,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 系統實驗結果

紅外圖像經圖像增強、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。運維人員可以根據處理過程中的所有圖像對比判斷出熱斑現象發生位置,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

結論

本文在背景研究內容中總結了光伏發電站巡檢裝置現狀以及存在的問題,并介紹了國內外學者關于該領域的研究成果。本系統分為圖像無線傳輸系統與紅外圖像處理系統兩大部分,完成的功能概括如下:

(1)圖像無線傳輸系統:設計了一種基于GFSK/FSK調制方式的無線數據收發系統,實現了將紅外攝像頭采集到的模擬彩色圖像信號解碼后,經過2.4GHz無線射頻收發模塊完成圖像的調制發送和解調接收,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:設計了一種先經過圖像增強和圖像濾波兩個算法的預處理后,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現熱斑現象的發生位置。