应用案例
在电力系统中，绝缘子的绝缘性能对输电线路的安全稳定运行至关重要。绝缘子表面污秽问题严重威胁着电力系统的可靠性，传统检测方法存在诸多局限性，如操作复杂、易受环境影响、无法在线检测等。高光谱成像技术的出现为绝缘子表面污秽检测带来了新的契机，其中彩谱高光谱相机发挥着关键作用。
彩谱高光谱相机在绝缘子表面污秽检测研究中展现出独特的优势。以实验中使用的型号FS - 13为例，其采集范围为400 - 1000nm，光谱波段数多达300，分辨率达2.5nm 。较宽的采集范围使其能捕捉到绝缘子表面污秽在多个波长下的反射信息，丰富的光谱波段数和高分辨率则可以精准区分不同污秽成分的光谱差异。即使是细微的成分差别，也能通过其精确的光谱数据反映出来，为后续的成分分析和识别提供了有力支持。
在数据采集方面，彩谱高光谱相机的表现也十分出色。配合移动平台和内置卤素灯，它能实现高效的数据采集。移动平台为内置卤素灯的一体化步进电机，最大速度可达30mm/s，卤素灯光谱范围为400 - 2500nm，照射角度为45°，可与高光谱相机调整速度实现同步线扫描功能。测试前对高光谱成像仪进行黑白校正，保证环境干扰的一致性；将样品放于传送带上，调整镜头聚焦提高分辨率；根据光谱线扫描速度设置移动速度为18.75mm/s；开启卤素灯补足光强；通过控制与分析软件FigSpec进行数据采集并提取光谱曲线，整个过程操作简便且数据采集准确可靠。
在绝缘子表面污秽检测实验中，高光谱成像技术原理发挥着核心作用。采用的是基于光栅色散原理的高光谱成像仪，光经过光栅后，因波长差异产生不同的衍射角，进而使光发生色散，将同一点的入射光分解成不同波长处的能量分布，由传感器像元进行测量，从而获得目标物体一条线上的光谱信息，通过移动待测样品或镜头可实现整体成像。这种成像方式光谱分辨率高、成像稳定，能够清晰地获取绝缘子表面污秽的光谱图像。
不同污秽成分由于微观结构不同，在不同波段下对光的吸收和反射程度存在差异，会生成各自独特的“指纹”曲线。彩谱高光谱相机凭借其高分辨率和多波段采集能力，能够精准捕捉这些差异，从而实现对污秽成分的精准识别。例如，绝缘子表面污秽成分中的可溶性成分主要为 (CaSO_{4}) ，近海地区绝缘子污秽中 (NaCl) 含量较高，不溶物则主要为 (Al_{2}O_{3}) 和 (SiO_{2}) ，彩谱高光谱相机可以敏锐地分辨出这些成分在光谱上的细微差别。
通过光谱 - 空间自适应总变差模型对采集到的谱线进行预处理，能有效去除噪声和平滑曲线。该模型同时考虑了噪声与波段信息的关系以及不同像素之间光谱信息的关系，自适应地根据光谱 - 空间分布调整去噪强度，使得处理后的谱线在保留特征的前提下更加平滑，为后续的分析和建模提供了高质量的数据基础。
以互信息计算为基础的MRMR算法对高光谱全范围的特征波段进行权重分数计算，提取权重分数较高的特征波段，能够降低数据维数，提高分类识别准确率和效率。基于该算法建立的模型对采用硅橡胶基材时污秽成分分类准确率可达92.5%，对采用陶瓷基材时污秽成分分类准确率为80%，充分展示了彩谱高光谱相机在绝缘子表面污秽检测中的实用价值。
彩谱高光谱相机凭借其在采集范围、光谱波段数、分辨率以及数据采集和处理方面的优势，在绝缘子表面污秽检测领域具有广阔的应用前景。随着技术的不断发展和完善，它将为电力系统的安全稳定运行提供更加可靠的保障，助力电力行业实现智能化、高效化的运维管理。
