CN105973474B - 一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，包括设置统计区间数，结合图像温度矩阵的最高温度和最低温度，将图像进行区间划分，得到温度分布概率直方图；将图像进行前景和背景判断，计算温度分布概率直方图的一阶差分和二阶差分，提取图像的两个有效波峰；将两个有效波峰之间的区间作为感兴趣区域，在此区域内进行从区间最小值开始遍历，直到满足设定的停止条件，将满足条件的位置作为新的分割点；根据新的分割点确定新的温宽范围，得到新的显示图像。本发明利用温度分布的概率直方图结合输变电设备红外诊断的基本规范，自动确定适应用观察需求的温宽调整方式，保证了可靠性。

Description

一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法
技术领域
本发明涉及一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法。
背景技术
电气设备的工作状态与热有着密切的联系，红外诊断技术在整个电力系统的带电检测系统中也占据了重要的位置。利用红外热成像技术对电气设备进行红外成像，将物体发出的红外辐射转变为可见的热分布图像，从而获得设备的热像图，通过分析这种红外热像图的变异，即可以分析判断设备可能存在的各种缺陷。
为了更好的展示不同温度区域的差异，会设置热像仪的显示温宽，热像仪根据温宽设置的最高、最低温度，依据设定的不同模式调色板，将测得的温度值以伪彩色图像展示和存储。
但是实际拍摄过程中，温宽的设置主要依赖于专业测试人员的专业知识与技能水平，造成人为因素影响甚大，往往会出现由于温宽范围设置不合理导致的设备区域与背景区域界限模糊或发热区域遗漏的情况。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，本方法根据整幅图像的温度分布情况，结合检测需求，进行自动的温宽范围调整。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，包括以下步骤：
(1)设置统计区间数，结合图像温度矩阵的最高温度和最低温度，将图像进行区间划分，得到温度分布概率直方图；
(2)将图像进行前景和背景判断，计算温度分布概率直方图的一阶差分和二阶差分，提取图像的两个有效波峰；
(3)将两个有效波峰之间的区间作为感兴趣区域，在此区域内进行从区间最小值开始遍历，直到满足设定的停止条件，将满足条件的位置作为新的分割点；
(4)根据新的分割点确定新的温宽范围，得到新的显示图像。
所述步骤(1)中，红外热像仪拍摄的温度矩阵T，每一个点将最高温度记为tmax，最低温度记为tmin。
所述步骤(1)中，将统计区间数设为M，则每一个区间的温度范围为g＝(tmax-tmin)/M，得到的M个区间为：
bink∈{tmin+g×(k-1)<T<tmin+g×k},k＝1,2,…,M
根据定义的区间数和区间范围，得到温度分布概率直方图。
所述步骤(2)中，前景为拍摄的设备主体及周围环境的设备，背景为空气。
所述步骤(2)中，一个波峰为背景平均温度，另一个波峰为前景平均温度。
所述步骤(2)中，分别计算温度分布概率直方图的一阶差分和二阶差分，从最低温方向和最高温方向出发，提取前景和背景的波峰p1，p2。
所述步骤(3)中，将[p1，p2]的区间作为感兴趣区域，从p1开始遍历温度分布概率直方图，停止条件为h＜0.01，得到的位置kseg即作为新的分割点，tseg＝tmin+(kseg-0.5)×g。
所述步骤(4)中，确定新的温宽范围[tseg,tmax]，由此得到新的显示图像I，计算方式如下：
本发明的有益效果为：
(1)本发明兼顾了测量温度自身的分布情况和输变电设备红外检测的专业需求，利用温度分布的概率直方图结合输变电设备红外诊断的基本规范，自动确定适应用观察需求的温宽调整方式，保证了方法的可靠性；
(2)本发明自动对温宽进行调整，最大程度的突出设备区域中的温度差异，避免了人工调整温宽范围的差异性和主观性，极大地节省了人力，并保证了调整结果的准确性；
(3)本发明提高了温度范围内不同部位的温度差异，在有故障出现的情况下，可以更加快速直观的发现故障区域。
附图说明
图1为本发明的原始红外拍摄图像示意图；
图2为本发明的温度分布概率直方图示意图；
图3为本发明的温宽调整后图像示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，根据整幅图像的温度分布情况，结合检测需求，进行自动的温宽范围调整。
具有以下步骤：
1、统计温度分布直方图。
如图1所示，根据整幅图像的温度矩阵，得到温度分布的概率直方图。
已知红外热像仪拍摄的温度矩阵T，每一个点将最高温度记为tmax，最低温度记为tmin。
统计整幅图像的温度分布概率直方图h(·)，将统计区间数设为100，则每一个区间的温度范围为g＝(tmax-tmin)/100，得到的100个区间为：
bink∈{tmin+g×(k-1)＜T＜tmin+g×k}，k＝1，2，…100
根据定义的区间数和区间范围，得到温度分布概率直方图h(·)。
H(k)＝∑T(i，j)∈bink，k＝0，1，2…100
h(k)＝H(k)/sum(H)
此处，(i，j)为该点在图像中的坐标值。
2、寻找概率直方图的有效波峰
根据红外诊断图像的拍摄需求和实际情况，一幅诊断图像由前景和背景组成。前景即为拍摄的设备主体及周围环境的其他设备，背景即空气。空气的温度基本相似，设备的温度也大致相同。因此，直方图应该具有两个较为明显的波峰，且有一定的距离。另一个波峰是背景平均温度，另一个波峰为前景平均温度。图1温度分布概率直方图如图2所示。
通过h(·)的一阶差分和二阶差分，提取前景和背景的两个波峰记为p1，p2。
计算过程如下所示：
a.计算h(·)的一阶差分diff1
通过相邻两个区间的h值计算对于h(·)的一阶差分：
diff1(k)＝h(k+1)-h(k)
b.计算h(·)的二阶差分diff2
diff2(k)＝diff1(k+1)-diff1(k)
c.提取有效波峰，并得到前景和背景的两个波峰p1，p2。
通过diff2的值，可以得到h(·)的多个波峰：
peak_idx＝find(diff2＝＝-2)；
计算其中最高波峰的h值
peak_max＝max(h(peak_idx))；
根据peak_max的大小，保留有效波峰，记为pvalid(i)，i＝1，2，…，nv，nv为peak_idx_valid的个数
peak_idx_valid＝h(peak_idx)＞peak_max/4；
将第一个有效波峰(i＝1)，即温度值最低的有效波峰作为背景波峰，记为p1；
将最后一个有效波峰(i＝nv)，即温度最低的有效波峰作为前景波峰，记为p2。
3、确定分割点位置
在得到p1，p2的位置后，将[p1，p2]的区间作为感兴趣区域，从p1开始遍历h(·)，停止条件为h＜0.01，得到的位置kseg即作为新的分割点。
tseg＝tmin+(kseg-0.5)×g。
4、得到温宽调整后的展示结果
根据上述结果，确定新的温宽范围[tseg，tmax]，由此得到新的显示图像I，计算方式如下：
温宽调整后的展示结果如图3所示，温宽调整完成。可以发现，和图1相比，温宽调整后的图3去除了环境空气的影响，避雷器设备不同部位的温度差异也较为明显，更便于专业人员的观察分析。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)设置统计区间数，结合图像温度矩阵的最高温度和最低温度，将图像进行区间划分，得到温度分布概率直方图；
(2)将图像进行前景和背景判断，计算温度分布概率直方图的一阶差分和二阶差分，提取图像的两个有效波峰；
(3)将两个有效波峰之间的区间作为感兴趣区域，在此区域内进行从区间最小值开始遍历，直到满足设定的停止条件，将满足条件的位置作为新的分割点；
(4)根据新的分割点确定新的温宽范围，得到新的显示图像；
所述步骤(2)中，分别计算温度分布概率直方图的一阶差分和二阶差分，从最低温方向和最高温方向出发，提取背景和前景的波峰p1，p2；
所述步骤(3)中，将[p1，p2]的区间作为感兴趣区域，从p1开始遍历温度分布概率直方图，停止条件为h＜0.01，得到的位置kseg即作为新的分割点，tseg＝tmin+(kseg-0.5)×g。
2.如权利要求1所述的一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：所述步骤(1)中，红外热像仪拍摄的温度矩阵T，将最高温度记为tmax，最低温度记为tmin。
3.如权利要求1所述的一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：所述步骤(1)中，将统计区间数设为M，则每一个区间的温度范围为g＝(tmax-tmin)/M，得到的M个区间为：
bink∈{tmin+g×(k-1)<T<tmin+g×k},k＝1,2,…,M
根据定义的区间数和区间范围，得到温度分布概率直方图。
4.如权利要求1所述的一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：所述步骤(2)中，前景为拍摄的设备主体及周围环境的设备，背景为空气。
5.如权利要求1所述的一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：所述步骤(2)中，一个波峰为背景平均温度，另一个波峰为前景平均温度。
6.如权利要求2所述的一种基于温度直方图的输变电设备红外图像温宽调整方法，其特征是：所述步骤(4)中，确定新的温宽范围[tseg,tmax]，由此得到新的显示图像I，计算方式如下：
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