基于FPGA的紫外放电目标探测算法研究与实现

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电力系统所采用的高压输电设备在使用过程中,由于绝缘性能的降低会产生电晕和表面局部放电现象,因此需要及时对高压电器设备进行监测。紫外成像检测技术不受日光干扰,能够远距离探测,是一种较好的探测方法。紫外成像检测技术通常输出视频信号进行后续处理,因此视频图像处理技术起着非常关键的作用。现场可编程门阵列(FPGA)具有性能高、灵活性好、开发成本低、IP核等支持资源丰富等优点,从而成为当今视频处理的理想选择。本文结合常州光电技术研究所的江苏省科技支撑项目“高压电网电晕放电紫外检测相机研制”,对高压电网电晕放电探测方法中的紫外成像目标提取算法进行了研究,提出了一个简单、高效的方法,即利用紫外放电目标区域中心到边缘像素强度渐变分布的特点,先后采用边缘检测、形态学运算、中值滤波这三步运算提取出放电目标区域。然后根据FPGA的并行运算特点进行了改进:把运算的串行执行方式转变为并行执行,在数据排序方面采用二分法和快速并行算法代替普通排序方法。同时对以上三步运算中每一步所能采用的几种算法在运算速度和资源消耗量方面进行了适用性比较,阐述了选定这些算法的理由。最后设计了流水线结构实现该算法。通过ModelSim+MATLAB对算法的Verilog HDL代码进行了仿真,实验结果表明,该算法在视频图像中能够有效消除噪声并提取出放电目标区域。
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