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第1章 绪论1

1.1 低压电器开关电弧1

1.1.1 低压电器1

1.1.2 开关电弧1

1.2 电弧图像采集综述2

1.2.1 快速电影摄影机2

1.2.2 二维光纤阵列电弧运动测试系统3

1.2.3 CCD数字图像采集系统4

1.3 可视化仿真技术5

1.4 温度测量方法7

1.4.1 接触式测温方法7

1.4.2 非接触式测温方法8

1.5 计算机断层成像理论及算法10

1.5.1 OCT扫描测量方法10

1.5.2 OCT图像重建11

1.6 电弧温度场研究进展12

1.7 电弧模型研究进展14

参考文献19

第2章 低压电器开关电弧25

2.1 交流接触器理论基础25

2.1.1 交流接触器的结构和工作原理25

2.1.2 交流接触器分类25

2.2 电弧基础理论26

2.2.1 气体放电及分类27

2.2.2 等离子体28

2.2.3 电弧的组成部分29

2.2.4 电弧的分类31

2.2.5 电弧的产生31

2.3 电弧等离子体的物理特性33

2.3.1 电弧的温度34

2.3.2 电弧的直径34

2.3.3 弧柱的伏安特性35

2.3.4 电弧的能量过程36

2.4 交流电弧39

2.4.1 交流电弧等离子体的物理特性39

2.4.2 交流电弧的熄灭和重燃理论40

2.4.3 交流电弧的熄灭方法43

2.5 电弧磁流体动力学模型46

2.6 小结50

参考文献50

第3章 电弧图像采集52

3.1 概述52

3.2 采集系统硬件结构53

3.2.1 系统整体结构53

3.2.2 系统同步控制55

3.3 软件系统设计58

3.3.1 系统设计原则58

3.3.2 图像采集59

3.3.3 图像传输、存储、播放技术68

3.3.4 软件系统其他功能71

3.4 软件系统实现72

3.5 软件系统测试74

3.6 小结76

参考文献77

第4章 电弧图像处理78

4.1 电弧图像特征分析78

4.2 数字图像处理技术82

4.3 电弧图像噪声84

4.3.1 图像噪声的种类84

4.3.2 本系统图像噪声的产生原因分析85

4.3.3 重要图像噪声的概率密度函数86

4.4 基于直方图的电弧图像增强89

4.4.1 直方图图像增强算法89

4.4.2 电弧图像增强94

4.4.3 运动引起的图像模糊99

4.5 基于小波变换的图像增强101

4.5.1 小波变换102

4.5.2 系数变换函数103

4.6 局部图像增强104

4.6.1 边缘检测的数学基础105

4.6.2 触头边缘提取107

4.6.3 模板匹配116

4.6.4 电弧图像局部增强118

4.7 支持向量机电弧边缘检测119

4.7.1 支持向量机的基本理论119

4.7.2 算法思想120

4.7.3 实验比较支持向量机分类精度120

4.7.4 基于支持向量机的图像边缘检测模型122

4.8 小结125

参考文献125

第5章 用高帧频CCD测试系统研究低压电器电弧运动127

5.1 概述127

5.2 中值滤波算法128

5.2.1 中值滤波基本理论128

5.2.2 自适应中值滤波算法129

5.3 电弧图像锐化131

5.3.1 图像旋转131

5.3.2 拉普拉斯图像锐化132

5.4 电弧图像采集系统的标定134

5.4.1 坐标系的建立134

5.4.2 参数获取137

5.5 电弧运动分析139

5.6 小结141

参考文献141

第6章 可视化仿真143

6.1 弧柱收缩理论143

6.2 曲面拟合145

6.3 电弧可视化仿真147

6.3.1 仿真模型147

6.3.2 仿真环境147

6.3.3 仿真实例153

6.4 仿真分析155

6.5 小结155

参考文献156

第7章 辐射测温理论157

7.1 黑体辐射定律157

7.1.1 普朗克定律157

7.1.2 维恩位移定律158

7.1.3 斯特藩—玻耳兹曼定律159

7.1.4 关于有效波长161

7.2 比色温度162

7.3 比色测温法164

7.4 小结164

参考文献165

第8章 电弧的物理特性及投影温度场的重建166

8.1 弧柱等离子体的辐射166

8.1.1 弧柱等离子体辐射的特性和分类166

8.1.2 弧柱等离子体的光谱辐射强度167

8.2 成像光学系统的辐射度学原理168

8.2.1 CCD系统光度量和辐射量的关系168

8.2.2 CCD系统光辐射量的标定169

8.3 成像系统的几何光学模型171

8.4 低压电器电弧投影温度场的测量173

8.4.1 投影温度的数学定义173

8.4.2 双波长比色测温原理175

8.4.3 灰度值与温度之间的关系175

8.4.4 试验系统整体结构177

8.4.5 试验结果及分析180

8.5 小结187

参考文献187

第9章 计算机断层成像及开关电弧截面温度场的重建188

9.1 图像重建系统中的数学变换及变换法成像191

9.1.1 Radon变换和X变换191

9.1.2 图像重建中Radon变换的具体形式192

9.1.3 非衍射源的重建算法194

9.2 迭代重建算法202

9.2.1 断层截面与投影的几何表示202

9.2.2 代数重建法与联立迭代重建法205

9.2.3 单目标优化为基础的成像理论206

9.3 基本物理模型的建立210

9.3.1 辐射传递方程的推导210

9.3.2 测试系统模型的建立212

9.4 测试系统的组成213

9.5 改进的图像重建算法215

9.5.1 约束最优化理论基础215

9.5.2 约束最小二乘重建法217

9.5.3 算法仿真与分析218

9.6 电弧截面温度场和三维温度场的重建220

9.6.1 系统软件功能设计220

9.6.2 结果与分析221

9.7 小结223

参考文献223

第10章 基于双面阵CCD的电弧三维立体成像226

10.1 双目立体视觉的理论基础226

10.2 双面阵CCD图像采集系统的建立229

10.3 图像匹配和电弧三维立体成像230

10.3.1 相似度测量230

10.3.2 图像匹配算法研究232

10.3.3 遗传算法233

10.3.4 模拟退火法算法235

10.3.5 图像匹配的约束条件及匹配策略237

10.3.6 自适应遗传退火立体匹配算法设计239

10.3.7 自适应遗传退火立体匹配算法具体执行过程240

10.4 实验结果分析244

参考文献246