CN109854964B - 基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法 - Google Patents

基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法 Download PDF

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本发明公开了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法，其中，所述定位方法通过红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块分别采集视场内的温度场数据和视场内图像数据，之后，通过将前后两帧视场内的温度场数据做比较可得到蒸汽泄漏点信息、找到蒸汽泄漏区域并显示及报警，根据可见光摄像头成像模块采集的当前帧与背景帧的灰度通道帧差图像及通过温度场数据得到的蒸汽泄漏区域共同确定管道的破口程度。该基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法精准定位蒸汽泄露位置、准确判断破口程度。

Description

基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法
技术领域
本发明涉及高温高压蒸汽泄露领域，特别提供了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法。
背景技术
中国专利CN103775830A提出了一种高温蒸汽泄露检测定位系统及方法，通过将温度传感器安装于管路中各测量点，将红外热成像仪安装于管路完整成像的视场范围内，并通过输入模块输入温度阈值，温度数据与图像数据传送至比较运算模块，比较后将比较结果传送至显示输出模块进行显示，实现对蒸汽泄漏的定位。
然而，上述方法存在如下问题：蒸汽管道外侧通常包裹绝热材料，因此，温度传感器的安装不能准确获知真实管道温度信息；蒸汽泄露时冲力较大，传感器亦不能精准安装于待测量处；红外热成像仪帧率低，而蒸汽温度扩散速度远远快于抓拍速度，导致图像不能准确提取泄露蒸汽的轮廓，最终影响蒸汽泄露位置的定位精度和破口大小的判断。
因此，研制一种新型的基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法，以精准定位蒸汽泄露位置、准确判断破口程度，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统及方法，以解决现有技术中的蒸汽泄露定位不准确及破口程度判断不准确的问题。
本发明一方面提供了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统，包括：红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块和人机交互系统，其中，所述红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块均与人机交互系统连接，红外热成像测温模块用于监控管道温度场信息，可见光摄像头成像模块用于监控管道图像信息，所述人机交互系统包括输入模块、显示输出模块、运算模块、报警模块，所述输入模块用于温度阈值输入及摄像头参数设置，显示输出模块包括图像显示及报警信息显示，运算模块用于接收红外热成像测温模块得到的温度场信息、可见光摄像头成像模块得到的图像数据，通过运算得到蒸汽泄露信息并传送给报警模块和显示输出模块，报警模块用于向外界发出报警提醒。
优选，红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块分别为双目视觉摄像头的非制冷型红外热成像仪部分和可见光摄像头部分。
进一步优选，所述人机交互系统为人机交互设备。
本发明还提供了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，包括以下步骤：
S1：将红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块安装于管道完整成像的视场范围内，并通过输入模块设置温度阈值及摄像头参数；
S2：红外热成像测温模块采集视场内的温度场数据，并将所述温度场数据传送给运算模块，可见光摄像头成像模块采集当前视场内图像数据，并将所述图像数据传送给运算模块；
S3：运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算，并将运算结果传输至显示输出模块进行显示，将蒸汽泄露报警信号传输至报警模块进行报警；
其中，运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算的步骤如下：
S31：运算模块将前后两帧视场内的温度场数据做比较，将当前帧与前一帧的红外热像图中温度差值超过设定的温度阈值的坐标点判定为蒸汽泄漏点，若判定出蒸汽泄漏点，则发送报警信号给报警模块，并将所有蒸汽泄漏点包含的最小外接矩形框坐标发送给显示输出模块进行显示；
S32：运算模块在发送报警信号的同时，对可见光图像进行图像处理分析，根据当前帧与背景帧的灰度通道帧差图像及S31中得到的最小外接矩形框坐标共同确定管道的破口程度。
优选，S32中确定管道的破口程度的方法如下：
S321：对当前帧与背景帧的灰度通道做帧差处理，采用大津法得到二值化阈值，最终得到二值图像，其中，背景帧图像在安装并调试好可见光摄像头成像模块后拍摄获得；
S322：对S321中得到的二值图像做标记连通，得到疑似扩散蒸汽区域的多个候选矩形框，其中，第i个候选矩形框的左下角坐标为(xg1i，yg1i)，右上角坐标为(xg2i，yg2i)，1≤i≤N，N为候选矩形框的总数；
S323：分别将S322中的每个候选矩形框与S31步骤得到的最小外接矩形框进行比对，若xg1i≤xr1且xg2i≥xr2且yg1i≤yr2且yg1i≥yr1，则将第i个候选矩形框确定为扩散蒸汽区域的唯一矩形框，其中，(xr1，yr1)为最小外接矩形框的左下角坐标，(xr2，yr2)为最小外接矩形框的右上角坐标；
S324：通过W/H比值确定管道的破口程度，其中，W表示S31步骤得到的最小外接矩形框的宽度，H表示S323中获得的扩散蒸汽区域的唯一矩形框的高度，该比值越小则说明破口越小，反之则说明破口越大。
进一步优选，红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块分别为双目视觉摄像头的非制冷型红外热成像仪部分和可见光摄像头部分。
进一步优选，所述人机交互系统为人机交互设备。
本发明提供的基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，通过红外热成像测温模块获取的温度场信息及预设的温度阈值可得到蒸汽泄露点位置信息，采用非接触的方式对蒸汽泄露点定位，有效解决管道绝缘材料的包裹、泄漏时蒸汽冲力太大导致测温传感器不易安放、采集的温度数据不准造成的泄漏点定位不准确的问题；根据当前帧与背景帧的灰度通道帧差图像及S31中得到的最小外接矩形框坐标共同确定管道的破口程度，有效解决蒸汽温度扩散过快而红外热成像仪帧率低造成的红外图像蒸汽轮廓淹没在背景中，从而不能准确获取破口程度的问题。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明提供的基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统的结构示意图；
图2为本发明提供的基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位系统，包括红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块和人机交互系统，其中，所述红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块均与人机交互系统连接，红外热成像测温模块用于监控管道温度场信息，可见光摄像头成像模块用于监控管道图像信息，所述人机交互系统包括输入模块、显示输出模块、运算模块、报警模块，所述输入模块用于温度阈值输入及摄像头参数设置，显示输出模块包括图像显示及报警信息显示，运算模块用于接收红外热成像测温模块得到的温度场信息、可见光摄像头成像模块得到的图像数据，通过运算得到蒸汽泄露信息并传送给报警模块和显示输出模块；报警模块用于向外界发出报警提醒，如：语音提醒。
根据现场管道复杂度及监测点个数，可以根据需要使用多个双目视觉摄像头，红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块分别为双目视觉摄像头的非制冷型红外热成像仪部分和可见光摄像头部分。
所述人机交互系统为人机交互设备。
如图2所示，本发明还提供了一种基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，具体包括以下步骤：
S1：将红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块安装于管道完整成像的视场范围内，并通过输入模块设置温度阈值及摄像头参数；
S2：红外热成像测温模块采集视场内的温度场数据，并将所述温度场数据传送给运算模块，可见光摄像头成像模块采集当前视场内图像数据，并将所述图像数据传送给运算模块；
S3：运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算，并将运算结果传输至显示输出模块进行显示，将蒸汽泄露报警信号传输至报警模块进行报警；
其中，运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算的步骤如下：
S31：运算模块将前后两帧视场内的温度场数据做比较，将当前帧与前一帧的红外热像图中温度差值超过设定的温度阈值的坐标点判定为蒸汽泄漏点，若判定出蒸汽泄漏点，则发送报警信号给报警模块，并将所有蒸汽泄漏点包含的最小外接矩形框坐标发送给显示输出模块进行显示；
S32：运算模块在发送报警信号的同时，对可见光图像进行图像处理分析，根据当前帧与背景帧的灰度通道帧差图像及S31中得到的最小外接矩形框坐标共同确定管道的破口程度。
其中，确定管道的破口程度的方法如下：
S321：对当前帧与背景帧的灰度通道做帧差处理，采用大津法得到二值化阈值，最终得到二值图像，其中，背景帧图像在安装并调试好可见光摄像头成像模块后拍摄获得；
S322：对S321中得到的二值图像做标记连通，得到疑似扩散蒸汽区域的多个候选矩形框，其中，第i个候选矩形框的左下角坐标为(xg1i，yg1i)，右上角坐标为(xg2i，yg2i)，1≤i≤N，N为候选矩形框的总数；
S323：分别将S322中的每个候选矩形框与S31步骤得到的最小外接矩形框进行比对，若xg1i≤xr1且xg2i≥xr2且yg1i≤yr2且yg1i≥yr1，则将第i个候选矩形框确定为扩散蒸汽区域的唯一矩形框，其中，(xr1，yr1)为最小外接矩形框的左下角坐标，(xr2，yr2)为最小外接矩形框的右上角坐标；
S324：通过W/H比值确定管道的破口程度，其中，W表示S31步骤得到的最小外接矩形框的宽度，H表示S323中获得的扩散蒸汽区域的唯一矩形框的高度，该比值越小则说明破口越小，反之则说明破口越大。
该基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，通过S2中红外热成像测温模块获取的温度场信息及S1中设置的温度阈值可得到蒸汽泄露点位置信息，采用非接触的方式对蒸汽泄露点定位，有效解决管道绝缘材料的包裹、泄漏时蒸汽冲力太大导致测温传感器不易安放、采集的温度数据不准造成的泄漏点定位不准确的问题；S323中结合热像图与可见光图像共同确定扩散蒸汽区域，S324中结合双目摄像头图像联合预估管道破口程度，有效解决蒸汽温度扩散过快而红外热成像仪帧率低造成的红外图像蒸汽轮廓淹没在背景中，从而不能准确获取破口程度的问题。
其中，红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块分别为双目视觉摄像头的非制冷型红外热成像仪部分和可见光摄像头部分，所述人机交互系统为人机交互设备。
本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块安装于管道完整成像的视场范围内，并通过输入模块设置温度阈值及摄像头参数；
S2：红外热成像测温模块采集视场内的温度场数据，并将所述温度场数据传送给运算模块，可见光摄像头成像模块采集当前视场内图像数据，并将所述图像数据传送给运算模块；
S3：运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算，并将运算结果传输至显示输出模块进行显示，将蒸汽泄露报警信号传输至报警模块进行报警；
其中，运算模块对接收到的温度场数据和图像数据进行运算的步骤如下：
S31：运算模块将前后两帧视场内的温度场数据做比较，将当前帧与前一帧的红外热像图中温度差值超过设定的温度阈值的坐标点判定为蒸汽泄漏点，若判定出蒸汽泄漏点，则发送报警信号给报警模块，并将所有蒸汽泄漏点包含的最小外接矩形框坐标发送给显示输出模块进行显示；
S32：运算模块在发送报警信号的同时，对可见光图像进行图像处理分析，根据当前帧与背景帧的灰度通道帧差图像及S31中得到的最小外接矩形框坐标共同确定管道的破口程度；
其中，S32中确定管道的破口程度的方法如下：
S321：对当前帧与背景帧的灰度通道做帧差处理，采用大津法得到二值化阈值，最终得到二值图像，其中，背景帧图像在安装并调试好可见光摄像头成像模块后拍摄获得；
S322：对S321中得到的二值图像做标记连通，得到疑似扩散蒸汽区域的多个候选矩形框，其中，第i个候选矩形框的左下角坐标为(xg1i，yg1i)，右上角坐标为(xg2i，yg2i)，1≤i≤N，N为候选矩形框的总数；
S323：分别将S322中的每个候选矩形框与S31步骤得到的最小外接矩形框进行比对，若xg1i≤xr1且xg2i≥xr2且yg1i≤yr2且yg1i≥yr1，则将第i个候选矩形框确定为扩散蒸汽区域的唯一矩形框，其中，(xr1，yr1)为最小外接矩形框的左下角坐标，(xr2，yr2)为最小外接矩形框的右上角坐标；
S324：通过W/H比值确定管道的破口程度，其中，W表示S31步骤得到的最小外接矩形框的宽度，H表示S323中获得的扩散蒸汽区域的唯一矩形框的高度，该比值越小则说明破口越小，反之则说明破口越大。
2.按照权利要求1所述的基于双目视觉的蒸汽泄露定位方法，其特征在于：红外热成像测温模块、可见光摄像头成像模块分别为双目视觉摄像头的非制冷型红外热成像仪部分和可见光摄像头部分。
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