气体放电可见光光学图像的多层表征

The morphology research of the optical image produced by gas discharge are concentrated in the UV images in the past, the chromatic analysis of the image are concentrated in the thermal plasma, and the chromatic analysis of the image under the condition of sunlight or given optical source is involved little. Because of the high pixel of the visible camera, the dischareg spatial information of the visible light image are far more than that of the UV. Because of the lack of the temperature concept in the low temperature plasma which is the main research area of the diacharge phenomena and its application, the chromatic analysis is difficult now. In this research, we will study the visible light image produced by corona, low temperature plasma jet, surface discharge and DBD, and eatract the multi-level image feature according to the needs of the morphology and the colorimetry, with the help of the techniques of the electrical signal, UHF, Infra-red, UV image, the optical spectrum and the calculated result of the thermal current over a long time scale. Our results and production will provide an new state variable for the low temperature plasma, an new view point of the fundamental research over a long time scale, and make a contribution to the process – control in the low temperature plasma processing system and the pattern recognition under the environment of the sunlight or the given optical source.

在气体放电光学图像数值处理方面，形态学的研究主要集中在紫外图像上，色度学的研究又主要集中在热等离子体上，关于日光或特定光源下图像的色度分析研究也基本没有。由于可见光相机比紫外成像仪有更高的图像分辨率，因此可见光图像包含更加丰富的空间结构信息；由于放电现象及其应用大多是低温等离子体，统一“温度”的缺失使得色度研究也有很多问题没解决。本项目拟通过对电晕、低温射流、沿面和介质阻挡放电的可见光图像的研究，包括形态学和色度学的低层特征提取，再关联一些电信号、特高频电磁波、红外热像、紫外图像和光谱的检测及长时间尺度热流的数值计算结果，提炼出可见光光学图像的高层语义特征，实现低温等离子体的可见光光学图像的多层表征。该研究既可以为低温等离子体的诊断提供一个新的可检测状态量，也为放电的基础研究提供一个新的长时间尺度观察角度，同时还可为低温等离子体工业应用的过程控制和日光或特定光源背景的放电识别研究作出贡献。

1）图像形态学方面的成果：通过电晕放电图像空间分布的灰度，标准差和变异系数等指标，发现大气压下空气中电晕放电的“茎”状空间结构，说明在短间隙放电中存在电晕型先导放电现象。2）色度学方面的成果：提出了以图像三基色灰度频率分布曲线（RGB-GLH）描述长时间尺度上放电状态的新方法；发现电晕、沿面和介质阻挡放电在CIE-XYZ空间的光学色品坐标变化规律；通过RGB-GLH转换的色品指标和发射光谱转换的色品指标，实现了宏观物理量和微观物理过程的跨尺度关联；基于HIS空间的光学色调H指标，提出了一种日光下识别沿面放电状态的方法，可用于绝缘故障的检测；基于RGB-GLH特征指标，提出了一种利用机器学习算法建立不同状态下电晕放电检测模型的新方法。3）提出了一种间接反映长时间尺度上沿面放电非热等离子体等效温度的方法，即利用石英管形成的受限空间获取沿面放电的热量，通过测量介质表面温度表征气体等价温度，和热扩散方程的计算结果有很好的一致性。4）在流注机制方面，基于logistic模型，提出了一种简单的气体放电流注模型的近似解析方法，为火花击穿、汤森放电、稳定放电（辉光、弧光、即饱和流注）的分类提供了统一的标准；将logistic微分模型转化为迭代模型，导出了放电失稳或分叉的判据。