CN105282513A - 基于3d红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置及其检测方法。解决传统的红外热图像在特高压变压器运行状态检测时，只能同时获取变压器部分的红外热图，无法知悉变压器全局的温度分布热图的问题。该检测装置包括铺设于变压器周围的圆形轨道，所述变压器的中轴线通过圆形轨道的圆心，在圆形轨道上设置智能可控小车，智能可控小车上通过支架设置摄像机，摄像机包括红外摄像头和可见光摄像头。利用图像融合技术形成全景融合图像，再生成3D左右眼图像，重新编码，最终输出到触摸监视屏上。使本发明能够生动形象地反映出变压器实时地运行状态，可以从不同角度无死角地观察变压器的运行状态，及早判断出运行故障。

Description

基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，属于特高压变电站设备运行状态检测技术领域。

背景技术

特高压变电站变压器的安全运行直接影响电网的安全可靠性，因此特高压变电站变压器的状态监控非常必要。变压器的诸多故障都以温度异常表现出来，因此应用红外热成像仪可以检测到变压器故障。由于特高压变压器体型的巨大，传统的红外热图像只能同时获取变压器部分的红外热图，无法知悉变压器全局的温度分布热图，再加上红外热图信息单一，只能反映变压器温度信息，无法涵盖其他信息。

全景图像是一种能为用户提供超过人双眼正常有效视角或双眼余光视角，乃至360度超大视角浏览的实景图片。全景图像技术是基于图像绘制技术的一种方式，与基于图形绘制技术相比，它具有数据获取简单、建模速度快，真实感强等优点，在商务、军事、旅游、文化等领域得到了广泛应用。红外图像只能给出目标的温度信息，可见光拥有丰富的色彩信息，能清晰显示目标的轮廓和细节，但是不能显示目标的温度信息。综合考虑红外与可见光图像的特征和信息互补性，把两者融合，实现在可见光图像清晰显示目标轮廓色彩细节信息的基础上面同时显示红外图像温度，细节信息的基础上面同时显示红外图像温度，利用这种信息的互补，呈现出一个信息更加丰富，全面的目标物体，对后续的目标识别、检测与跟踪具有重要意义。

3D技术可以让人对观测物体有一个更为清晰直观的感触，更能反映出对象的特征。

结合上述三种技术，获取变压器的3D红外融合全景图像，将更有利于对变压器运行状态的观测。

发明内容

本发明的目的在于提供基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，主要解决传统的红外热图像在特高压变压器运行状态检测时，只能同时获取变压器部分的红外热图，无法知悉变压器全局的温度分布热图的问题，因此不能全面观察变压器的运行状态，不能及早判断出运行故障。本发明可以从不同角度无死角地观察变压器的运行状态，及早判断出运行故障。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，包括铺设于变压器周围的圆形轨道，所述变压器的中轴线通过圆形轨道的圆心，在圆形轨道上设置智能可控小车，智能可控小车上通过支架设置摄像机，摄像机包括红外摄像头和可见光摄像头。摄像机拍摄的图像传入计算机进行处理，利用图像融合技术形成全景融合图像，再生成3D左右眼图像，重新编码，最终输出到触摸监视屏上。

基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，主要通过以下步骤实现：

S1、在变压器周围铺设一个圆形轨道，变压器中轴线通过圆形轨道圆心，圆形轨道上设置智能可控小车，将摄像机架设在智能可控小车上，摄像机包括红外摄像头和可见光摄像头；

S2、调整红外摄像头和可见光摄像头的焦距，使两者拍摄图像的区域重叠面积最大；然后，智能可控小车在圆形轨道运行，同时拍摄多组可见光图像和红外图像，最后将图像传入计算机等待处理；

S3、将获得的每组可见光图像和红外图像进行预处理；

S4、对预处理后的可见光图像和红外图像进行图像融合，形成多张新的融合图像；

S5、利用图像拼接技术对步骤S4形成的多张融合图像进行拼接，形成变压器360°全景融合图像；

S6、获取步骤S5得到的360°全景融合图像的深度图；

S7、利用步骤S6获得的深度图和步骤S5形成的360°全景融合图像，根据双眼立体视差模型，生成3D左眼和3D右眼图像；

S8、对步骤S7形成的3D左眼图像和3D右眼图像进行重新编码，最终输出到触摸监视屏上。

具体地，所述步骤S2中，拍照形成的相邻图像要有20％-40％的重合部分，本发明优选每个10°拍摄一组图像，因此，智能可控小车游走360°，总共形成36组图像。

进一步地，所述步骤S3中，预处理的具体过程为：

S301、利用自适应中值滤波器对可见光图像进行去噪处理；

S302、利用小波变换模极大值去噪算法对红外图像进行去噪处理；

S303、利用直方图均衡法对去噪后的可见光图像和红外图像进行增强处理。

更进一步地，所述步骤S4中，图像融合的具体过程为：

S401、利用基于像素的图像配准方法，对成对的可见光图像和红外图像进行图像配准；

S402、利用HIS变换融合方法，对配准后的图像进行融合操作

再进一步地，所述步骤S5中，图像拼接的具体过程为：

S501、利用基于区域的配准方法，对相邻的融合图像进行图像对齐与匹配操作；

S502、利用加权平滑法对图像重叠部分进行融合与边界平滑。

再进一步地，所述步骤S6中，获取深度图的具体过程为：

S601、将步骤S5得到的360°全景融合图像分解成图像单元，即将图像分成U×V个子块，可以通过预先实验选择最为合适的U和V；

S602、按照下面的公式计算每个子块的深度值：

$Depth\left(R\right)=128+255\{\underset{pixel(x,y)\∈R}{\Σ}{W}_{r1}\frac{x-width/2}{width}+W_{ud}\frac{y-height/2}{height}\}/pixel\_number\left(R\right)$

其中，|W_rl|+|W_ud|＝1，W_rl、W_ud用于确定左到右、下到上的深度梯度权重，可以通过多次试验选择合适的值；x、y为单位子块中像素点的坐标值；width、height为图片的宽度以及高度；pixel_number(R)为子块中的像素点数，最终通过计算获得360°全景融合图像的深度图。

再进一步地，所述步骤S7中，生成3D左眼和3D右眼图像的具体过程为：

S701、将原图像作为左眼图像，只要生成相应的右眼图像即可；

S702、确定视差为零的平面，将深度值居中的平面设为视差为零的平面，这样部分点显示在屏幕前方，部分显示在后方，还有一些显示在屏幕上；

S703、确定视差最大值并对像素进行平移，利用公式以及公式 $M_{max}\left(pixel\right)=\frac{Screen\_D\left(pixel\right)}{Screen\_D\left(cm\right)}{M}_{max}\left(cm\right)$ 计算出视差最大值；

其中，M_max为视差最大值，单位为厘米，M_max(pixel)为转换成像素单位的视差最大值，P为眼睛能感知的最大深度，B为两眼距离，D为眼睛到屏幕的距离，Screen_D(pixel)为屏幕对角线上的像素，Screen_D(cm)为屏幕对角线距离，将深度值归一化后与视差最大值相乘就可以得到每个深度值所对应的视差，再根据图像中每个像素的视差对像素进行平移，便可以生成右眼图像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够生动形象地反映出变压器实时地运行状态，可以从不同角度无死角地观察变压器的运行状态，及早判断出运行故障。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-变压器，2-圆形轨道，3-智能可控小车，4-支架，5-摄像机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，包括铺设于变压器1周围的圆形轨道2，变压器1的中轴线通过圆形轨道2的圆心，在圆形轨道2上设置智能可控小车3，智能可控小车3上通过支架4设置摄像机5，摄像机5包括红外摄像头和可见光摄像头。

在本实施例中，支架4垂直于地面安装于智能可控小车3上并且一端与智能可控小车3固定，另一端设有用于安装摄像机5的卡槽，该支架4为可伸缩支架，可调整高度，红外摄像头和可见光摄像头在垂直于地面的方向上上下分布。智能可控小车3根据设定的时间间隔和速度在轨道上游走，也可通过外部遥控装置调整其速度和时间间隔。

基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，主要由如下步骤实现：

S1、首先，在变压器1周围铺设一个圆形轨道2，变压器1中轴线通过圆形轨道2圆心，轨道铺设方式要满足特高压变电站设计规范，圆形轨道2上设置智能可控小车3，将摄像机5架设在智能可控小车3的支架上端，摄像机5包括红外摄像头和可见光摄像头，智能可控小车3根据设定的时间间隔和速度在轨道上游走；

S2、调整红外摄像头和可见光摄像头的焦距，使两者拍摄图像的区域重叠面积最大，智能可控小车3在圆形轨道2运行，每隔10°，摄像机5拍摄一组图像，智能可控小车3游走360°，总共形成36组可见光图像和红外图像，拍照形成的相邻图像必须要有20％-40％的重合部分，最后将36组图像传入计算机，等待计算机处理；

S3、将获得的36组可见光图像和红外图像进行预处理；

S4、对预处理后的可见光图像和红外图像进行图像融合，形成36张新的融合图像；

S5、利用图像拼接技术对步骤S4形成的融合图像进行拼接，形成变压器360°全景融合图像；

S6、获取步骤S5得到的360°全景融合图像的深度图；

S7、利用步骤S6获得的深度图和步骤S5形成的360°全景融合图像，根据双眼立体视差模型，生成3D左眼和3D右眼图像；

S8、针对不同的立体图像显示技术，对步骤S7形成的3D左眼图像和3D右眼图像进行重新编码，最终输出到触摸监视屏上，用户可以通过触摸监视屏观察不同角度变压器的状态。

其中，步骤S3中，预处理的具体过程为：

S301、利用自适应中值滤波器对可见光图像进行去噪处理；

S302、利用小波变换模极大值去噪算法对红外图像进行去噪处理；

S303、利用直方图均衡法对去噪后的可见光图像和红外图像进行增强处理。

其中，步骤S4中，图像融合的具体过程为：

S401、利用基于像素的图像配准方法，对成对的可见光图像和红外图像进行图像配准；

S402、利用HIS变换融合方法，对配准后的图像进行融合操作。

其中，步骤S5中，图像拼接的具体过程为：

S501、利用基于区域的配准方法，对相邻的融合图像进行图像对齐与匹配操作；

S502、利用加权平滑法对图像重叠部分进行融合与边界平滑。

其中，步骤S6中获取深度图的具体过程为：

S601、将步骤S5得到的360°全景融合图像分解成图像单元，即将图像分成U×V个子块，可以通过预先实验选择最为合适的U和V；

S602、按照下面的公式计算每个子块的深度值：

$Depth\left(R\right)=128+255\{\underset{pixel(x,y)\∈R}{\Σ}{W}_{r1}\frac{x-width/2}{width}+W_{ud}\frac{y-height/2}{height}\}/pixel\_number\left(R\right)$

其中，|W_rl|+|W_ud|＝1，W_rl、W_ud用于确定左到右、下到上的深度梯度权重，可以通过多次试验选择合适的值；x、y为单位子块中像素点的坐标值；width、height为图片的宽度以及高度；pixel_number(R)为子块中的像素点数，最终通过计算获得360°全景融合图像的深度图。

其中，步骤S7中，生成3D左眼和3D右眼图像的具体过程为：

S701、将原图像作为左眼图像，只要生成相应的右眼图像即可；

S702、确定视差为零的平面，将深度值居中的平面设为视差为零的平面，这样部分点显示在屏幕前方，部分显示在后方，还有一些显示在屏幕上；

S703、确定视差最大值并对像素进行平移，利用公式以及公式 $M_{max}\left(pixel\right)=\frac{Screen\_D\left(pixel\right)}{Screen\_D\left(cm\right)}{M}_{max}\left(cm\right)$ 计算出视差最大值；

其中，M_max为视差最大值，单位为厘米，M_max(pixel)为转换成像素单位的视差最大值，P为眼睛能感知的最大深度，B为两眼距离，D为眼睛到屏幕的距离，Screen_D(pixel)为屏幕对角线上的像素，Screen_D(cm)为屏幕对角线距离，将深度值归一化后与视差最大值相乘就可以得到每个深度值所对应的视差，再根据图像中每个像素的视差对像素进行平移，便可以生成右眼图像。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，其特征在于，包括铺设于变压器(1)周围的圆形轨道(2)，所述变压器(1)的中轴线通过圆形轨道(2)的圆心，在圆形轨道(2)上设置智能可控小车(3)，智能可控小车(3)上通过支架(4)设置摄像机(5)，摄像机(5)包括红外摄像头和可见光摄像头。

2.根据权利要求1所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，其特征在于，所述支架(4)垂直于地面安装于智能可控小车(3)上，一端与智能可控小车(3)固定，另一端设有用于安装摄像机(5)的卡槽，并且该支架(4)为可伸缩支架。

3.根据权利要求1或2所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测装置，其特征在于，还包括与摄像机(5)无线连接的计算机和与计算机连接的触摸监视屏，红外摄像头和可见光摄像头在垂直于地面的方向上上下分布。

4.基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，主要通过以下步骤实现：

S1、在变压器周围铺设一个圆形轨道，变压器中轴线通过圆形轨道圆心，圆形轨道上设置智能可控小车，将摄像机架设在智能可控小车上，摄像机包括红外摄像头和可见光摄像头；

S2、调整红外摄像头和可见光摄像头的焦距，使两者拍摄图像的区域重叠面积最大；然后，智能可控小车在圆形轨道运行，同时拍摄多组可见光图像和红外图像，最后将图像传入计算机等待处理；

S3、将获得的每组可见光图像和红外图像进行预处理；

S4、对预处理后的可见光图像和红外图像进行图像融合，形成多张新的融合图像；

S5、利用图像拼接技术对步骤S4形成的多张融合图像进行拼接，形成变压器360°全景融合图像；

S6、获取步骤S5得到的360°全景融合图像的深度图；

S7、利用步骤S6获得的深度图和步骤S5形成的360°全景融合图像，根据双眼立体视差模型，生成3D左眼和3D右眼图像；

S8、对步骤S7形成的3D左眼图像和3D右眼图像进行重新编码，最终输出到触摸监视屏上。

5.根据权利要求4所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，拍照形成的相邻图像要有20％-40％的重合部分。

6.根据权利要求4所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，预处理的具体过程为：

S301、利用自适应中值滤波器对可见光图像进行去噪处理；

S302、利用小波变换模极大值去噪算法对红外图像进行去噪处理；

S303、利用直方图均衡法对去噪后的可见光图像和红外图像进行增强处理。

7.根据权利要求6所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，图像融合的具体过程为：

S401、利用基于像素的图像配准方法，对成对的可见光图像和红外图像进行图像配准；

S402、利用HIS变换融合方法，对配准后的图像进行融合操作

8.根据权利要求7所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，图像拼接的具体过程为：

S501、利用基于区域的配准方法，对相邻的融合图像进行图像对齐与匹配操作；

S502、利用加权平滑法对图像重叠部分进行融合与边界平滑。

9.根据权利要求8所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S6中，获取深度图的具体过程为：

S601、将步骤S5得到的360°全景融合图像分解成图像单元，即将图像分成U×V个子块，可以通过预先实验选择最为合适的U和V；

S602、按照下面的公式计算每个子块的深度值：

其中，|W_rl|+|W_ud|＝1，W_rl、W_ud用于确定左到右、下到上的深度梯度权重，通过多次试验选择合适的值；x、y为单位子块中像素点的坐标值；width、height为图片的宽度以及高度；pixel_number(R)为子块中的像素点数，最终通过计算获得360°全景融合图像的深度图。

10.根据权利要求9所述的基于3D红外全景图像的特高压变电站变压器运行状态检测方法，其特征在于，所述步骤S7中，生成3D左眼和3D右眼图像的具体过程为：

S701、将原图像作为左眼图像，只要生成相应的右眼图像即可；

S702、确定视差为零的平面，将深度值居中的平面设为视差为零的平面，这样部分点显示在屏幕前方，部分显示在后方，还有一些显示在屏幕上；

S703、确定视差最大值并对像素进行平移，利用公式以及公式计算出视差最大值；

其中，M_max为视差最大值，单位为厘米，M_max(pixel)为转换成像素单位的视差最大值，P为眼睛能感知的最大深度，B为两眼距离，D为眼睛到屏幕的距离，Screen_D(pixel)为屏幕对角线上的像素，Screen_D(cm)为屏幕对角线距离，将深度值归一化后与视差最大值相乘就可以得到每个深度值所对应的视差，再根据图像中每个像素的视差对像素进行平移，便可以生成右眼图像。