CN107907223B - 一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像处理和红外探测技术领域，尤其公开了一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，包括：获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆；选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N‑1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于所述参考图中的火车车轮的滚动角度；基于滚动角度，将不大于N‑1张火车车轮的热像图中的火车车轮按照对应的滚动角度反向旋转后与所述参考图中的火车车轮重叠，对于外轮廓区域的相同位置，温度都高的取低值，温度一高一低或者都低的区域取高值,对于中轴区域的相同位置，温度取低值就能去除太阳光的干扰，进而能够有效去除太阳光的干扰，获得高精度的红外热像图。

Description

一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法
技术领域
本发明涉及图像处理和红外探测技术领域，尤其涉及一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法。
背景技术
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。
红外热像仪对金属部件成像时，在金属表面光洁情况下，由于探测角度等原因造成金属反射太阳光至镜头，使得热像仪探测到的被测物体表面温度高于实际温度，影响探测结果及精度。我们将这种现象产生的问题称为“热成像阳光干扰”。
因此，现有技术中由于探测角度的原因造成火车车轮反射太阳光至镜头，使得红外热像仪探测到的被测物体表面温度高于实际温度，影响探测结果的精度的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有红外热像仪成像时由于太阳光的影响，影响探测结果的精度的技术问题，提供了一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，能够去除太阳光的干扰，获得高精度的红外热像图。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，包括如下内容：
获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆；
选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于所述参考图中的火车车轮的滚动角度；
基于所述滚动角度，将不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮按照对应的滚动角度反向旋转后与所述参考图中的火车车轮重叠，使得不大于N张火车车轮的热像图的相同位置重叠；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第一相同位置区域的温度都高于第一参考温度值时，取所述外轮廓在第一相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第二相同位置区域的温度有的高于第二参考温度值，有的低于第二参考温度值，取所述外轮廓在第二相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第三相同位置区域的温度都低于第三参考温度值时，取所述外轮廓在第三相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
在重叠后的火车车轮热像图中的车轴在相同位置区域，取所述车轴在相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮中轴的热像图。
进一步地，获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆，具体包括：
采用红外热像仪对火车车轮进行连拍，获取所述火车车轮在不同时刻的热像图；
对每张热像图通过直方图均衡、二值化、限定圆心位置、霍夫变换找到车轮位置，分别拟合出火车车轮的圆。
进一步地，在对每张热像图通过直方图均衡、二值化、限定圆心位置、霍夫变换找到车轮位置，分别拟合出火车车轮的圆之后，还包括：
对于没有找到车轮位置的热像图进行作废。
进一步地，所述选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于所述参考图中的火车车轮的滚动角度的计算公式：
Angle=(L/(2*PI*R)*2*180）
其中，L为另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮分别与所述参考图中的火车车轮的圆心距离。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况：
由于在该去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法中，首先根据获取的N张火车车轮在不同时刻的热像图，获得火车车轮的圆轮廓，然后，从中选取一张作为参考图，计算另外其他火车车轮的热像图中的火车车轮相对于该参考图中的火车车轮重叠，使得不大于N张火车车轮的热像图的相同位置重叠，然后，如果重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第一相同位置区域的温度都高于第一参考温度值，那么取外轮廓在第一相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图，如果重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第二相同位置区域的温度有高于预设第二参考温度值，有的低于第二参考温度值时，取外轮廓在相同位置区域的温度最高值，作为区域太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图，如果重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第三相同位置区域的温度都低于第三参考温度值时，取外轮廓在第三相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；在重叠后的火车车轮热像图中的车轴在相同位置区域，取中轴在相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮中轴的热像图，进而能够有效去除太阳光的干扰，获得高精度的红外热像图。
附图说明
图1为本发明实施例中去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例中选取的一张参考图；
图3为本发明实施例中用于另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的任意一张热像图；
图4为本发明实施例中图2中的参考图找到轮胎位置的示意图；
图5为本发明实施例中图3中的一张热像图找到的轮胎位置的示意图；
图6为本发明实施例中图5中的火车车轮通过旋转覆盖于图4中的火车车轮之后的结果示意图。
具体实施方式
本发明为了解决现有技术中红外热像仪成像时由于太阳光的影响，影响探测结果的精度的技术问题，提供了一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，能够去除太阳光的干扰，获得高精度的红外热像图。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明技术方案进行详细的说明。
本发明实施例提供的一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，如图1-图6所示，包括：S101，获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆；S102，选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于该参考图中的火车车轮的滚动角度；S103，基于该滚动角度，将不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮按照对应的滚动角度反向旋转后与该参考图中的火车车轮重叠，使得不大于N张火车车轮的热像图的相同位置重叠；S104，若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第一相同位置区域的温度都高于第一参考温度值时，取该外轮廓在第一相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；S105，若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第二相同位置区域的温度有的高于第二参考温度值，有的低于第二参考温度值，取该外轮廓在第二相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；S106，若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第三相同位置区域的温度都低于第三参考温度值时，取该外轮廓在第三相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；S107，在重叠后的火车车轮热像图中的车轴在相同位置区域，取该车轴在相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮中轴的热像图。
在具体的实施方式中，首先，在S101中，获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆，具体包括：采用红外热像仪对火车车轮进行连拍，获取火车车轮在不同时刻的热像图；对每张热像图通过直方图均衡、二值化、限定圆心位置、霍夫变换找到车轮位置，分别拟合出火车车轮的圆。如果没有找到火车车轮的热像图就进行作废。
具体地，在获得N张火车车轮在不同时刻的热像图，从而拟合出火车车轮的圆时，具体包括如下步骤，第一步：取得连续几张热像图的温度数据，把其温度像素拉伸到0~255（（（实际温度-最小温度）/（最大温度-最小温度））*255）转化成伪彩色温度图像（把拉伸的值赋给R、G、B通道）。
第二步，对每张图片进行直方图均衡（实际像素点灰度值为x，0-x灰度值的像素点个数占总像素点的百分比为y，把y*255代替x）可以放大图片中的细节。
第三步，对每张图片进行二值化处理（前20%取255，后80%取0），由于车轮轮廓的与车轨摩擦温度较高，所以可以描绘出火车车轮的轮廓。
第四步，通过霍夫圆变换根据第三步描绘的轮廓拟合出车轮的圆。
接着，在S102中，从上述获得的N张火车车轮在不同时刻的热像图中，选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于参考图中的火车车轮的滚动角度，其中，该滚动角度的计算式：
Angle=(L/(2*PI*R)*2*180）
其中，L为另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮分别与所述参考图中的火车车轮的圆心距离，R为火车车轮的半径。
具体地，由于N张火车车轮中选取了一张火车车轮热像图作为了参考图，另外的N-1张火车车轮中可能由于拍摄的原因，造成有些图片不可用，因此，在S102中是分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于该参考图中的火车车轮的滚动角度，下面将不大于N-1张火车车轮的热像图作为其他的火车车轮的热像图。
接着，在S103中，能够根据该滚动角度，将其他的火车车轮的热像图通过反向旋转滚动角度，与该参考图中的火车车轮相同位置重叠。
在S104中，重叠后的参考图和覆盖的图的火车车轮在外轮廓的第一相同位置区域温度都高于第一参考温度值，说明这些热像图片都是裸露在刹车架外的车轮位置，火车车轮的温度比太阳光干扰的温度要低，因此，取该第一相同位置区域的温度最低值就消除了大阳光的干扰，可以通过两两比较的方式，最终获得最低值。其中，该第一参考温度值为多张火车车轮的热像图中位于第一相同位置区域的温度按照由高到底的顺序排序时，排在前20%的温度的最低值。
在S105中，重叠后的参考图和覆盖的图的火车车轮在外轮廓的第二相同位置区域有的温度有的高于该第二参考温度值，有的低于该第二参考温度值，这里存在两种情况，一种情况：高于第二参考温度值的是裸露于刹车架外的火车车轮，低于第二参考温度值的是没有太阳光干扰刹车架，另一种情况，太阳光干扰在刹车架上，这种情况不考虑。此时，说明该火车车轮的外轮廓在第二相同位置区域处于运动过程中，一段时间火车车轮位于刹车架内，另一段时间火车车轮位于刹车架外，此时，取该火车车轮外轮廓的第二相同位置区域的最高值就消除了刹车架的干扰。其中，该第二参考温度值为多张火车车轮的热像图中位于第二相同位置区域的温度出现高低变化时，高低变化温度的分界点。
在S106中，重叠后的参考图和覆盖的图的火车车轮在外轮廓的第三相同位置区域的温度都低于第三参考温度值时，说明该第三位置是没有太阳光干扰的刹车架，该第三参考温度值为多张火车车轮的热像图中位于第三相同位置区域的温度按照由低到高的顺序排序时，排在前20%的温度的最高值。
在S107中，重叠后的参考图和覆盖的图的火车车轮在中轴的相同位置区域，取中轴在相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮中轴的热像图。由于在中轴位置没有刹车架的影响，太阳光的干扰比火车车轮的温度要高，因此会选择温度最低值来消除太阳光的干扰。
通过上述的方案，能够有效消除太阳光的干扰，获得高精度的红外热像图。
以上所述仅为本发明实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，包括如下内容：
获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆；
选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于所述参考图中的火车车轮的滚动角度；
基于所述滚动角度，将不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮按照对应的滚动角度反向旋转后与所述参考图中的火车车轮重叠，使得不大于N张火车车轮的热像图的相同位置重叠；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第一相同位置区域的温度都高于第一参考温度值时，取所述外轮廓在第一相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第二相同位置区域的温度有的高于第二参考温度值，有的低于第二参考温度值，取所述外轮廓在第二相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
若重叠后的火车车轮热像图中的外轮廓在第三相同位置区域的温度都低于第三参考温度值时，取所述外轮廓在第三相同位置区域的温度最高值，作为去除太阳光干扰的火车车轮外轮廓的热像图；
在重叠后的火车车轮热像图中的车轴在相同位置区域，取所述车轴在相同位置区域的温度最低值，作为去除太阳光干扰的火车车轮中轴的热像图。
2.根据权利要求1所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，所述不大于N张火车车轮的热像图中位于第一相同位置区域的温度按照由高到低的顺序排序时，排在前20%的温度的最低值为所述第一参考温度值。
3.根据权利要求1所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，所述不大于N张火车车轮的热像图中位于第二相同位置区域的温度出现高低变化时，所述高低变化温度的分界点作为第二参考温度值。
4.根据权利要求1所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，所述不大于N张火车车轮的热像图中位于第三相同位置区域的温度按照由低到高的顺序排序时，排在前20%的温度的最高值作为第三参考温度值。
5.根据权利要求1所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，获取N张火车车轮在不同时刻的热像图，分别拟合出火车车轮的圆，具体包括：
采用红外热像仪对火车车轮进行连拍，获取所述火车车轮在不同时刻的热像图；
对每张热像图通过直方图均衡、二值化、限定圆心位置、霍夫变换找到车轮位置，分别拟合出火车车轮的圆。
6.根据权利要求5所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，在对每张热像图通过直方图均衡、二值化、限定圆心位置、霍夫变换找到车轮位置，分别拟合出火车车轮的圆之后，还包括：
对于没有找到火车车轮的圆的热像图进行作废。
7.根据权利要求1所述的去除太阳光对火车车轮热像图干扰的图像处理方法，其特征在于，所述选取一张热像图作为参考图，分别计算另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮相对于所述参考图中的火车车轮的滚动角度的计算公式：
Angle=(L/(2*PI*R)*2*180）
其中，L为另外不大于N-1张火车车轮的热像图中的火车车轮分别与所述参考图中的火车车轮的圆心距离。
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