真空开关电弧是由动、静触头分合闸产生的,在触头分闸过程中电、热和磁过程的变化及其相互作用,都将对电流过零后能否成功熄灭电弧产生极大影响。而动、静触头的分闸运动是在操动机构驱动下完成的,触头的分闸速度对电弧燃烧过程有着重要的影响,因此在对真空开关电弧研究同时深入研究触头分闸速度对电弧特性的影响十分必要。分闸速度检测的原理是在触头图像中精确定位触头位置,在分闸序列图像中追踪动触头的运动过程,测量出触头的帧间位移,进而计算出分闸速度曲线。利用真空电弧边缘与触头边缘重合的特点,通过检测较为明亮的电弧边缘的方法便可定位到触头的位置。只要能够实现电弧的边缘的精确定位便可实现动触头追踪。触头分闸拉弧的实验方式与真空断路器的实际工作方式较为接近,故本文设计了触头分闸拉弧的主实验合成回路以及永磁操动机构的控制合成回路。选用CMOS对真空电弧的燃烧过程序列图像进行采集,得到了434帧分闸电弧图像。结合采集到的电弧图像,对电弧燃烧不同阶段的电弧形态演变进行定性分析,深入解释了不同阶段电弧形态化和弧柱亮度变化的原因。在对电弧边缘精确定位之前,还需要对触头图像进行预处理。中值滤波对滤除触头图像的噪音效果良好;伪彩色和假彩色对触头图像的增强改善了触头图像的视觉效果,强化了图像中电弧的细节特征。在对电弧边缘检测时发现,Canny算子定位精度高、抗噪能力强,较其它算子检测电弧边缘效果更好。为了保证电弧边缘检测精度和效率,在对电弧边缘精确定位时,先通过Canny算子对所有可能的电弧边缘进行像素级定位,缩小精确定位的检测范围,然后用Zernike矩对所有可能的电弧边缘精确检测,得到动触头亚像素精度的边缘,在滤除由触头斜槽引起的偏差点后,进行直线拟合进而得到动触头纵坐标,计算出帧间位移,再用帧间平均速度代替触头瞬时速度,最终实现分闸速度的高精度测量。实验结果表明,Zernike矩定位的电弧边缘能精确到小数点后两位,尤其在速度变化剧烈的触头刚分阶段能准确跟踪动触头位置;与像素精度算法相比,本方法在保证精度的前提下运算速率提高了35%;检测结果稳定性高,速度测量结果不受操动机构的选择影响。