CN108364003A - 基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法及装置，在无人机的机身下端分别设置两个固定座，每一个固定座设置一个转动云台，转动云台能够水平方向和竖直方向上转动，两个云台分别设置红外摄像机和可将光摄像机，在无人机的飞行过程中，红外摄像机或/和可见光摄像机对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网传输到监控机，监控机的处理结果发送到显示器以及个人通信终端。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电力系统巡查方法，特别是涉及一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法及装置。
背景技术：
随着国内经济的蓬勃发展，电力能源的需求越来越旺盛，社会的发展也离不开电力能源的支持，国家电网为了满足国内对电力能源越来越高的需求，就需要电力线路在高电压、大容量方向上继续扩建。一方面随着线路的大量建设，覆盖面越来越广阔，地形状况也越发复杂多样。一直以来，电网建设中跨地形的精确维护和提高效率都是难以解决的问题。另一方面，线路上的设备和电缆的细小故障，初期都比较微小，很难被肉眼发现，很多都到了难以弥补的地步才能被发现，比如电弧效应，多股电缆的几股发生折断，接触不良等现象都会使电阻增加，电流加大，发生热集中现象，这些都会引起大的供电故障和事故。传统的电力线路巡检通常是人工到位的方式，这样通常需要人员多，人员工作量大，效率又低。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、监测准确、工作效率高且自动化程度高的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法及装置。
本发明的技术方案是：
一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，选取无人机，并在无人机的机身下端分别设置两个固定座，每一个固定座设置一个转动云台，转动云台能够水平方向和竖直方向上转动，在一个转动云台上设置红外摄像机，在另一转动云台上设置可将光摄像机，在无人机的飞行过程中，红外摄像机或/和可见光摄像机对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网传输到监控机，运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据，监控机的处理结果发送到显示器以及个人通信终端。
搭建无人机嵌入式视频采集与传输系统，在这个系统上进行红外和可见光图像的实时采集和传输、系统测试、配准和融合算法验证，配准算法验证：预采用自适应互信息配准用于实时修正首次手动配准的参数，以达到实时精确配准的效果；融合算法验证：预选择基于 IHS 变换和提升小波变换相结合的融合方法，该方法不仅保留可见光图像的丰富的颜色信息以及清晰的细节轮廓信息，还在图像中保留红外目标物体的亮度信息；预计在测试实验阶段，能够验证配准算法和融合算法用在无人机平台上，极大地在拍摄场景中突显红外目标物体，识别和检测目标。
把红外图像和可见光图像的融合运用在小型无人机嵌入式红外目标探测或跟踪等系统上，使得小型无人机能够更容易的确定红外目标；搭建无人机嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP 协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
无人机采用多轴旋转翼无人机，其支腿采用液压减震式结构，并且，在支腿的最下端设置耐磨头，延长使用寿命。
两个转动云台分别设置有动力机构，两个动力机构采用两个控制系统或共用一个控制系统，控制系统设置有无线通信模块，能够实现自动控制和人工遥控控制。
一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，包括无人机、可见光摄像机和红外摄像机，所述无人机包括机身和机臂，所述机臂的外端下部设置有支腿，所述机臂的外端上部设置有旋转电机，所述旋转电机的动力轴上设置有螺旋桨，所述机身下端分别设置两个固定座，每一个所述固定座均设置一个转动云台，所述转动云台能够在水平方向和竖直方向上转动，一个所述转动云台上设置红外摄像机，另一所述转动云台上设置可将光摄像机，在无人机的飞行过程中，所述红外摄像机或/和可见光摄像机对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网传输到监控机，运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据，监控机的处理结果发送到显示器以及个人通信终端。
所述人机采用多轴旋转翼无人机，所述支腿采用液压减震式结构，并且，所述支腿的最下端设置耐磨头，延长使用寿命。
两个所述转动云台分别设置有动力机构，两个所述动力机构采用两个控制系统或共用一个控制系统，所述控制系统设置有无线通信模块，能够实现自动控制和人工遥控控制。
所述无人机采用嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP 协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用无人机的人机联动巡查可以达到对较长线路的大范围快速信息搜寻，同时根据搭载的可见光拍摄设备和红外热成像设备，可以拍摄电力线路及附加设备的图片信息，用来分析常见的线路上的故障隐患，这样就很大程度上加强了巡检线路的可行性和效率，是目前最先进的、科技含量最高一种线路维护方式，同时具有极高的实用性。无人机巡检系统可以将拍摄到的红外影像传回地面监控站，既可以利用地面系统来根据红外影像特征进行自动判断，也可以提供给专业人员进行人工判断，发现并及时排除故障隐患。
2、本发明无人机系统还具有应急性强，跨地形率高，巡检效率高，到位率高，远程专家控制等诸多优点。无人机自身优势：携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行等。
3、本发明把红外图像和可见光图像的融合运用在小型无人机嵌入式红外目标探测或跟踪等系统上，使得小型无人机能够更容易的确定红外目标。利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标。
4、本发明搭建无人机嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP 协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
5、本发明提出综合运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据。
6、本发明搭建无人机嵌入式视频采集与传输系统，在这个系统上进行红外和可见光图像的实时采集和传输、系统测试、配准和融合算法验证。配准算法验证：预采用自适应互信息配准用于实时修正首次手动配准的参数，以达到实时精确配准的效果。融合算法验证：预选择基于 IHS 变换和提升小波变换相结合的融合方法，该方法可以不仅可以保留可见光图像的丰富的颜色信息以及清晰的细节轮廓信息，还可以在图像中保留红外目标物体的亮度信息。预计在测试实验阶段，能够验证配准算法和融合算法用在无人机平台上，可以极大地在拍摄场景中突显红外目标物体，识别和检测目标。
7、本发明器件简单，对环境要求低，便于运行维护，实用性强，价格低廉，便于推广，实用性强，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1为基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置的结构示意图。
具体实施方式：
实施例：参见图1，图中，1-耐磨头，2-支腿，3-机臂，4-旋转电机，5-螺旋桨，6-机身，7-第一固定座,8-第一转动云台，9-红外摄像机,10-无线传输网，11-显示器，12-监控机，13-个人通信终端，14-可见光摄像机，15-第二转动云台，16-第二固定座。
基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，包括无人机、可见光摄像机14和红外摄像机9，无人机包括机身6和机臂3，机臂3的外端下部设置有支腿2，机臂3的外端上部设置有旋转电机4，旋转电机4的动力轴上设置有螺旋桨5，机身6下端分别设置第一固定座7和第二固定座16，第一固定座7上设置第一转动云台8，两个转动云台均能够在水平方向和竖直方向上转动，第一转动云台8上设置红外摄像机9，第二转动云台15上设置可将光摄像机14，在无人机的飞行过程中，红外摄像机9或/和可见光摄像机14对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网10传输到监控机12，运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据，监控机12的处理结果发送到显示器11以及个人通信终端13。
搭建无人机嵌入式视频采集与传输系统，在这个系统上进行红外和可见光图像的实时采集和传输、系统测试、配准和融合算法验证，配准算法验证：预采用自适应互信息配准用于实时修正首次手动配准的参数，以达到实时精确配准的效果；融合算法验证：预选择基于 IHS 变换和提升小波变换相结合的融合方法，该方法不仅保留可见光图像的丰富的颜色信息以及清晰的细节轮廓信息，还在图像中保留红外目标物体的亮度信息；预计在测试实验阶段，能够验证配准算法和融合算法用在无人机平台上，极大地在拍摄场景中突显红外目标物体，识别和检测目标。
把红外图像和可见光图像的融合运用在小型无人机嵌入式红外目标探测或跟踪等系统上，使得小型无人机能够更容易的确定红外目标；搭建无人机嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP 协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
无人机采用多轴旋转翼无人机，其支腿2采用液压减震式结构，并且，在支腿2的最下端设置耐磨头1，延长使用寿命。两个转动云台分别设置有动力机构，两个动力机构采用两个控制系统或共用一个控制系统，控制系统设置有无线通信模块，能够实现自动控制和人工遥控控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，其特征是：选取无人机，并在无人机的机身下端分别设置两个固定座，每一个固定座设置一个转动云台，转动云台能够水平方向和竖直方向上转动，在一个转动云台上设置红外摄像机，在另一转动云台上设置可将光摄像机，在无人机的飞行过程中，红外摄像机或/和可见光摄像机对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网传输到监控机，运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据，监控机的处理结果发送到显示器以及个人通信终端。
2.根据权利要求1所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，其特征是：搭建无人机嵌入式视频采集与传输系统，在这个系统上进行红外和可见光图像的实时采集和传输、系统测试、配准和融合算法验证，配准算法验证：预采用自适应互信息配准用于实时修正首次手动配准的参数，以达到实时精确配准的效果；融合算法验证：预选择基于IHS 变换和提升小波变换相结合的融合方法，该方法不仅保留可见光图像的丰富的颜色信息以及清晰的细节轮廓信息，还在图像中保留红外目标物体的亮度信息；预计在测试实验阶段，能够验证配准算法和融合算法用在无人机平台上，极大地在拍摄场景中突显红外目标物体，识别和检测目标。
3.根据权利要求1所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，其特征是：把红外图像和可见光图像的融合运用在小型无人机嵌入式红外目标探测或跟踪等系统上，使得小型无人机能够更容易的确定红外目标；搭建无人机嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
4.根据权利要求1所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，其特征是：无人机采用多轴旋转翼无人机，其支腿采用液压减震式结构，并且，在支腿的最下端设置耐磨头，延长使用寿命。
5.根据权利要求4所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检方法，其特征是：两个转动云台分别设置有动力机构，两个动力机构采用两个控制系统或共用一个控制系统，控制系统设置有无线通信模块，能够实现自动控制和人工遥控控制。
6.一种基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，包括无人机、可见光摄像机和红外摄像机，其特征是：所述无人机包括机身和机臂，所述机臂的外端下部设置有支腿，所述机臂的外端上部设置有旋转电机，所述旋转电机的动力轴上设置有螺旋桨，所述机身下端分别设置两个固定座，每一个所述固定座均设置一个转动云台，所述转动云台能够在水平方向和竖直方向上转动，一个所述转动云台上设置红外摄像机，另一所述转动云台上设置可将光摄像机，在无人机的飞行过程中，所述红外摄像机或/和可见光摄像机对目标进行拍摄，利用红外图像的热辐射原理和可见光图像的光反射原理，对采集到两幅图像进行实时有效的配准和融合，使最终结果不仅可以保留可见光图像的颜色和清晰的细节轮廓以及边缘，还可以保留红外图像红外物体的亮度信息，使红外目标物体相对背景亮度突出，更容易识别目标，拍摄的图像经过无线传输网传输到监控机，运用质心的目标图像定位，红外图像分割和目标设备图像中心偏移递归修正法来处理动态多幅设备图像的拍摄，同时建立历史数据库，用来保存电力设备的红外故障实例数据，运用最近邻规则聚类算法从中提取相似的故障类型，作为判断依据，监控机的处理结果发送到显示器以及个人通信终端。
7.根据权利要求6所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，其特征是：所述人机采用多轴旋转翼无人机，所述支腿采用液压减震式结构，并且，所述支腿的最下端设置耐磨头，延长使用寿命。
8.根据权利要求6所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，其特征是：两个所述转动云台分别设置有动力机构，两个所述动力机构采用两个控制系统或共用一个控制系统，所述控制系统设置有无线通信模块，能够实现自动控制和人工遥控控制。
9.根据权利要求6所述的基于无人机可见光及红外图像融合的电力巡检装置，其特征是：所述无人机采用嵌入式平台的视频采集与传输系统，在这个系统上进行了红外和可见光图像的基于V4L2 接口的实时采集和基于 UDP 协议实时传输，对实时采集的红外图像和可见光图像，进行配准融合算法验证。
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