CN111982300B - 区域危险目标热值定位采集系统和装置 - Google Patents

区域危险目标热值定位采集系统和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种区域危险目标热值定位采集系统和装置，该系统包括：测距测温模块，用于检测高温点，并将高温点作为区域危险目标，测量区域危险目标的目标距离，并根据目标距离测量区域危险目标的目标温度；以及用于根据目标距离实现区域危险目标的定位；位姿测控模块，与测距测温模块连接，用于采集包含区域危险目标热值定位采集系统的区域危险目标热值定位采集装置的位姿信息，并将位姿信息发送至测距测温模块，以使测距测温模块利用位姿信息获取目标距离和区域危险目标的定位。本发明的系统和装置，能够实现区域危险目标的精准测距、测温和定位，为变电站工作状态评估提供新的检测装置和手段。

Description

区域危险目标热值定位采集系统和装置
技术领域
本发明属于变电站热值定位检测技术领域，具体涉及一种区域危险目标热值定位采集系统和装置。
背景技术
在电力系统中，往往由于装置温度发生异常而导致不必要的故障。因此通过监测电力装置的各种温度状态变化，可以对装置的故障做出诊断。在变电站里露天安置着各种变电装置，其中刀闸触头、接线排、开关等部件需要进行实时且精确的温度监控，当检测点温度超出某设定值时给予报警，使电力人员及时发现、跟踪、排除故障，确保电力装置安全运行。
红外测温法因其非接触、面测量等优点广泛应用于区域测温领域。目前常用的电力设备测温方法都是红外测温法，比如，利用红外点温仪、红外热电视、红外热像仪，以及红外摄像机等仪器进行温度测量。但常规红外测温方法的测量结果受被测对象的距离影响，距离越远，高温值越低，因此需要距离补偿；而常规的测距方法受环境光照、温湿度等影响太大，造成测距结果不准确，进而影响通过距离补偿的红外测温方法得到的温度的准确性。此外，常规的测距方法测距结果不准确也会造成对高温危险点的定位出现偏差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种区域危险目标热值定位采集系统和装置。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的第一方面，提供了一种区域危险目标热值定位采集系统，包括：
测距测温模块，用于检测高温点，并将所述高温点作为区域危险目标，测量所述区域危险目标的目标距离，并根据所述目标距离测量区域危险目标的目标温度；以及用于根据所述目标距离实现区域危险目标的定位；
位姿测控模块，与所述测距测温模块连接，用于采集包含所述区域危险目标热值定位采集系统的区域危险目标热值定位采集装置的位姿信息，并将所述位姿信息发送至所述测距测温模块，以使测距测温模块利用所述位姿信息获取所述目标距离和所述区域危险目标的定位。
在本发明提供的一种实施例中，所述测距测温模块包括双目相机、红外相机和图像处理装置；
所述双目相机和所述红外相机安装在所述区域危险目标热值定位采集装置的云台上，并调成平行光轴；
所述图像处理装置分别与所述双目相机和所述红外相机连接；所述图像处理装置根据所述红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离。
在本发明提供的一种实施例中，所述位姿测控模块包括云台电机、编码器和位姿测控装置；所述云台电机和所述编码器分别与所述位姿测控装置连接；
所述云台电机还与所述云台连接，用于根据所述位姿测控装置的控制调节云台的角度，以使所述双目相机和红外相机产生光轴俯仰角和旋转角；
所述编码器用于测量所述俯仰角和所述旋转角并将所述俯仰角和所述旋转角反馈给所述位姿测控装置；
所述位姿测控装置与所述图像处理装置连接，并将所述俯仰角和所述旋转角反馈给所述图像处理装置，以使所述图像处理装置根据所述目标距离、所述红外相机采集的目标初始温度，依据距离-温度模型计算目标温度；并根据所述目标距离、所述俯仰角、所述旋转角和所述区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
在本发明提供的一种实施例中，所述图像处理装置根据所述红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离，包括：
所述红外相机采集红外图像，并根据所述红外图像确定高温危险区域；
所述双目相机采集包含所述高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
所述图像处理装置根据所述目标区域和所述高温危险区域，确定所述双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
所述图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
所述图像处理装置根据所述双目目标中心位置计算目标视差；
所述图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离。
在本发明提供的一种实施例中，所述根据所述目标距离测量区域危险目标的目标温度，包括：
所述红外相机采集红外图像，并根据所述红外图像确定高温危险区域；并采集所述高温危险区域的初始温度；
所述双目相机采集包含所述高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
所述图像处理装置根据所述目标区域和所述高温危险区域，确定所述双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
所述图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
所述图像处理装置根据所述双目目标中心位置计算目标视差；
所述图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离；
所述图像处理装置根据所述红外相机采集的高温危险区域的初始温度，以及所述目标距离，依据距离-温度模型计算区域危险目标的目标温度。
在本发明提供的一种实施例中，所述根据所述目标距离、所述俯仰角、所述旋转角和所述区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位，包括：
所述位姿测控装置在所述图像处理装置检测到高温危险区域时采集所述光轴的俯仰角和旋转角；
所述图像处理装置根据所述俯仰角、所述旋转角和所述目标距离计算得到目标坐标值；
所述图像处理装置根据检测装置的物理坐标和所述目标坐标值计算得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
本发明的第一方面，提供了一种区域危险目标热值定位采集装置，包括：
云台，所述云台上设置有双目相机和红外相机；
俯仰角度调节装置，设置于所述云台下方，并与所述云台连接，用于调节所述云台的俯仰角；
水平角度调节装置，设置于所述俯仰角度调节装置的下方，并与所述俯仰角度调节装置连接，用于调节所述云台的旋转角；
控制仓，包括上面任一项所述的区域危险目标热值定位采集。
在本发明提供的一种实施例中，还包括底座，所述底座设置于所述控制仓下方，并与所述控制仓固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的区域危险目标热值定位采集系统和装置测量目标距离采用双目测距方法，利用红外相机辅助，当红外测温相机探测到高温目标时，白光相机根据红外相机确定目标感兴趣区域，以缩小检测区域，然后在目标感兴趣区域中进行目标检测，最后利用双目目标偏差计算出高温目标与检测点之间的精确距离；该测距方法较传统方法测量精度高，使用领域宽，测量稳定性好。
2、本发明的区域危险目标热值定位采集系统和装置的热值采集方法，在红外辅助双目测距的基础上，通过测得的精确距离补偿高温危险区域的温度测量结果，提高测温的精度和稳定性。
3、本发明的区域危险目标热值定位采集系统和装置的高温危险区域定位方法，采用红外相机辅助的双目测距方法，能够实现高温危险区域的精准定位。
4、本发明的热值定位采集系统和装置，利用红外相机检测目标温度，根据温度值来判断装置当前状态，根据区域温度分布，来找出高温点，对接近超温或已经超温的装置作为危险点进行定位，并评价其危险性；根据某一个装置温度变化历史，来估计其未来发展趋势，对装置运行状态可以进行预测；是面向变电站装置工作状态实时检测、评判，实现目标区域状态检测、危险点温度检测、危险点定位、危险点状态评估和预测等的智能化在线检测装置，为变电站工作状态评估提供新的检测装置和手段。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统；
图2是是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的位姿测控装置的电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的双目测距方法流程图；
图4是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的目标热值采集方法流程图；
图5是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的高温危险区域定位方法流程图；
图6是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的高温危险区域、双目ROI区域及在检测目标尺度之间的关系图；
图8是本发明实施例提供的双目ROI区域和在检测目标尺度之间的关系图；
图9是本发明实施例提供的目标和定位采集装置之间的位置关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统，包括：
测距测温模块，用于检测高温点，并将高温点作为区域危险目标，测量区域危险目标的目标距离，并根据目标距离测量区域危险目标的目标温度；以及用于根据目标距离实现区域危险目标的定位。
位姿测控模块，与测距测温模块连接，用于采集包含区域危险目标热值定位采集系统的区域危险目标热值定位采集装置的位姿信息，并将位姿信息发送至测距测温模块，以使测距测温模块利用位姿信息获取目标距离和区域危险目标的定位。
作为一种实施方式，测距测温模块包括双目相机、红外相机和图像处理装置；双目相机和红外相机安装在区域危险目标热值定位采集装置的云台上，并调成平行光轴；图像处理装置分别与双目相机和红外相机连接；图像处理装置根据红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离。
位姿测控模块包括云台电机、编码器和位姿测控装置；云台电机和编码器分别与位姿测控装置连接；云台电机还与云台连接，用于根据位姿测控装置的控制调节云台的角度，以使双目相机和红外相机产生光轴俯仰角和旋转角；编码器用于测量俯仰角和旋转角并将俯仰角和旋转角反馈给位姿测控装置。
具体地，云台电机可设置两台，第一云台电机为俯仰电机，第二云台电机为水平电机；俯仰电机和水平电机分别受位姿测控装置的控制调节云台在垂直方向上和水平方向上转动的角度，以达到调节三目相机光轴的俯仰角和旋转角的目的。相应地，编码器也需设置两台，第一编码器云台的俯仰运动轴上，第二编码器安装在云台的水平运动轴上；两台编码器随着云台相应的运动可以测量出三目相机光轴的俯仰角和旋转角；该角度信息被编码器反馈给位姿测控装置，再进一步反馈给图像处理装置。位姿测控装置的电路结构示意图如图2所示。
位姿测控装置与图像处理装置连接，并将俯仰角和旋转角反馈给图像处理装置，以使图像处理装置根据目标距离、红外相机采集的目标初始温度，依据距离-温度模型计算目标温度；并根据目标距离、俯仰角、旋转角和区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
进一步地，图像处理装置根据红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离，包括：
红外相机采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域；
双目相机采集包含高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
图像处理装置根据目标区域和高温危险区域，确定双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
图像处理装置根据双目目标中心位置计算目标视差；
图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离。
进一步地，根据目标距离测量区域危险目标的目标温度，包括：
红外相机采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域；并采集高温危险区域的初始温度；
双目相机采集包含高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
图像处理装置根据目标区域和高温危险区域，确定双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
图像处理装置根据双目目标中心位置计算目标视差；
图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离；
图像处理装置根据红外相机采集的高温危险区域的初始温度，以及目标距离，依据距离-温度模型计算区域危险目标的目标温度。
进一步地，根据目标距离、俯仰角、旋转角和区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位，包括：
位姿测控装置在图像处理装置检测到高温危险区域时采集光轴的俯仰角和旋转角；
图像处理装置根据俯仰角、旋转角和目标距离计算得到目标坐标值；
图像处理装置根据检测装置的物理坐标和目标坐标值计算得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的双目测距方法流程图，下面对本发明实施例提供的区域危险目标热值定位采集系统的双目测距方法进行详细描述：
S101、采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域。
红外图像由红外相机采集得到，红外相机包括红外热像仪，红外摄像机等；红外相机设置于检测设备上，对变电站电力设备的温度情况实时监测；当监测到区域温度高于设定正常温度阈值时，该区域被认定为高温危险区域。
在本发明的实施例中，除红外相机外，还包括两个白光相机，两个白光相机和红外相机组成的三目相机在检测设备上安装时设置在同一水平位置，以使三目相机调成平行光轴，使得三个相机的图像信息可以共享。
S102、采集包含高温危险区域的双目图像，作为目标区域。
当红外相机探测到高温目标时，左目相机和右目相机分别采集包含高温目标所对应的左目图像和右目图像，作为左目图像的目标区域和右目图像的目标区域。
S103、根据目标区域和高温危险区域，确定双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割。
作为一种实施方式，该步骤可以包括以下细化步骤：
S1031、根据目标区域和高温危险区域，找到目标扩展区域；目标扩展区域包含双目图像的目标区域；
S1032、根据目标有限集合尺度关系，找出最大目标扩展区域；最大目标扩展区域包含高温危险区域和目标区域。
需要说明的是，目标有限集合尺度关系是指在视场区域内，所包含的目标个数是有限的，每一个目标的尺度也是有限的，即下面公式所定义的约束：
其中，是第i个目标扩展区域，/>是场域中最大目标扩展区域。
S1033、将最大目标扩展区域作为双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割。
S104、根据目标分割结果计算双目目标中心位置。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据目标分割结果得到的左目图像的目标感兴趣区域Il确定左目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcl,ycl)；以及根据右目图像的目标感兴趣区域Ir确定右目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcr,ycr)。
需要说明的是，目标感兴趣区域的几何中心是根据提取目标计算出的，包含在最大目标扩展之中，但和区域中心不同，其坐标取决于目标在最大目标扩展区域中的位置。
S105、根据双目目标中心位置计算目标视差。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据左目图像目标感兴趣区域Il和右目图像目标感兴趣区域Ir的目标j几何中心坐标(xcl,ycl)和(xcr,ycr)，通过下面的目标视差公式计算得到双目图像目标感兴趣区域的目标视差：
Δ＝sqrt[(xcl-xcr)2+(ycl-ycr)2]
S106、依据距离-视差模型计算目标距离。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据下面的目标视差分段线性补偿模型计算得到目标距离D：
D＝kDiΔ+bDi,Δ∈[Δi,Δi+1],i＝0,1,2…,n
其中，Δ为目标视差，kDi为第Di段线性模型比例系数，bDi第Di段线性模型的偏差系数，Δi为第i段线性模型起始目标视差，Δi+1第i段线性模型结束目标视差。
该目标距离即为红外相机确定的高温危险区域与包含三目相机的检测设备之间的距离。
本发明实施例的双目测距方法采用红外相机辅助，当红外测温相机探测到高温目标时，白光相机根据红外相机确定目标感兴趣区域(ROI)，以缩小检测区域，然后在ROI中进行目标检测，最后利用双目目标偏差计算出高温目标与检测点之间的精确距离。该测距方法较传统方法测量精度高，使用领域宽，测量稳定性好；避免常规测距方法受环境光照、温湿度等因素影响太大的问题。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的目标热值采集方法流程图，下面对本发明实施例提供的区域危险目标热值定位采集系统的目标热值采集方法进行详细描述：
S201、采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域，并采集高温危险区域的初始温度。
红外图像由红外相机采集得到，红外相机包括红外热像仪，红外摄像机等；红外相机设置于检测设备上，对变电站电力设备的温度情况实时监测；当监测到区域温度高于设定正常温度阈值时，该区域被认定为高温危险区域，并提取出该高温危险区域的温度值作为初始温度值。
在本发明的实施例中，除红外相机外，还包括两个白光相机，两个白光相机和红外相机组成的三目相机在检测设备上安装时设置在同一水平位置，以使三目相机调成平行光轴，使得三个相机的图像信息可以共享。
S202、根据高温危险区域确定双目图像的目标区域。
当红外相机探测到高温目标时，左目相机和右目相机分别采集包含高温目标所对应的左目图像和右目图像，作为左目图像的目标区域和右目图像的目标区域。
S203、根据双目图像的目标区域和高温危险区域，确定双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割。
作为一种实施方式，该步骤可以包括以下细化步骤：
S2031、根据双目图像的目标区域和高温危险区域，找到目标扩展区域；目标扩展区域包含双目图像的目标区域。
S2032、根据目标有限集合尺度关系，找出最大目标扩展区域；最大目标扩展区域包含高温危险区域和目标区域。
需要说明的是，目标有限集合尺度关系是指在视场区域内，所包含的目标个数是有限的，每一个目标的尺度也是有限的，即下面公式所定义的约束：
其中，是第i个目标扩展区域，/>是场域中最大目标扩展区域。
S2033、将最大目标扩展区域作为双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割。
S204、根据目标分割结果计算双目目标中心位置。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据目标分割结果得到的左目图像的目标感兴趣区域Il确定左目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcl,ycl)；以及根据右目图像的目标感兴趣区域Ir确定右目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcr,ycr)。
需要说明的是，目标感兴趣区域的几何中心是根据提取目标计算出的，包含在最大目标扩展之中，但和区域中心不同，其坐标取决于目标在最大目标扩展区域中的位置。
S205、根据双目目标中心位置计算目标视差。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据左目图像目标感兴趣区域Il和右目图像目标感兴趣区域Ir的目标j几何中心坐标(xcl,ycl)和(xcr,ycr)，通过下面的目标视差公式计算得到双目图像目标感兴趣区域的目标视差：
Δ＝sqrt[(xcl-xcr)2+(ycl-ycr)2]
S206、依据距离-视差模型计算目标距离。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据下面的目标视差分段线性补偿模型计算得到目标距离D：
D＝kDiΔ+bDi,Δ∈[Δi,Δi+1],i＝0,1,2…,n
其中，Δ为目标视差，kDi为第Di段线性模型比例系数，bDi第Di段线性模型的偏差系数，Δi为第i段线性模型起始目标视差，Δi+1第i段线性模型结束目标视差。
该目标距离即为红外相机确定的高温危险区域与包含三目相机的检测设备之间的距离。
S207、根据高温危险区域的初始温度，依据距离-温度模型计算目标温度。
作为一种实施方式，该步骤可以包括以下细化步骤：
S2071、根据目标距离和目标温度的关系，采用公式Δt＝kiD+bi,D∈[Di,Di+1]，得到温度补偿值；其中，D为目标距离，ki为第i段线性模型比例系数，bi为第i段线性模型的偏差系数，Di为第i段线性模型起始距离，Di+1为第i段线性模型结束距离；
S2072、根据高温危险区域的初始温度和温度补偿值，采用公式t＝t0+Δt，得到目标温度；其中，t为目标温度，t0为高温危险区域的初始温度，Δt为温度补偿值。
该目标温度t即为高温危险区域的精确温度。
本发明实施例提供的热值采集方法，在红外相机测温的基础上，配合两个白光相机，当红外测温相机探测到高温目标时，白光相机根据红外相机确定ROI，以缩小检测区域，然后在ROI中进行目标检测，最后利用双目目标偏差计算出高温目标与检测点之间的精确距离；进而通过该精确距离补偿红外相机对高温危险区域的温度测量结果，提高测温的精度和稳定性。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集系统的高温危险区域定位方法流程图，下面对本发明实施例提供的区域危险目标热值定位采集系统的高温危险区域定位方法进行详细描述：
S301、将双目相机和红外相机安装在同一检测装置的云台上，并调成平行光轴；双目相机和红外相机随云台的转动产生光轴俯仰角和旋转角。
S302、红外相机采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域；采集此时光轴的俯仰角和旋转角。
S303、双目相机采集包含高温危险区域的双目图像，作为目标区域。
S304、根据目标区域和高温危险区域，确定双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割。
S305、根据目标分割结果计算双目目标中心位置。
S306、根据双目目标中心位置计算目标视差。
S307、依据距离-视差模型计算目标距离。
S308、根据俯仰角、旋转角和目标距离计算得到目标坐标值。
S309、根据检测装置的物理坐标和目标坐标值计算得到目标的物理位置，实现高温危险区域定位。
需要说明的是，步骤S301-S307计算目标距离的具体方法与上述实施例相同，在此不再赘述。对步骤S308-S309进行具体说明如下：
在上述双目测距方法测得目标距离的基础上，位姿测控装置在图像处理装置检测到高温危险区域时采集光轴的俯仰角和旋转角；图像处理装置根据俯仰角、旋转角和目标距离计算得到目标坐标值。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
根据俯仰角、旋转角和目标距离，采用下式计算得到目标坐标值(x1,y1,z1)：
其中，D为目标距离，α为俯仰角，β为旋转角。
图像处理装置根据检测装置的物理坐标和目标坐标值计算得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
作为一种实施方式，该步骤可以具体为：
设检测装置物理坐标为(x0,y0,z0)，根据目标坐标值(x1,y1,z1)通过下式计算得到目标在物理世界中的坐标(x,y,z)：
通过计算目标在物理世界中的坐标，实现高温危险区域的精准定位。
本发明实施例提供的高温危险区域定位方法，采用红外相机辅助的双目测距方法，当红外测温相机探测到高温目标时，白光相机根据红外相机确定目标感兴趣区域，以缩小检测区域，然后在目标感兴趣区域中进行目标检测，最后利用双目目标偏差计算出高温目标与检测点之间的精确距离；该测距方法较传统方法测量精度高，使用领域宽，测量稳定性好；通过该方法测得的目标精确距离，结合三目相机的俯仰角和旋转角，得到高温危险区域的精确坐标值，再接合监测装置的物理坐标进而实现高温危险区域的精准定位。
本发明实施例提供的热值定位采集系统，图像处理装置可通过RS485及以太网总线与上位机连接并通信，可以通过上位机根据检测者的需要手动选择某一区域进行测距、测温以及定位，也可以在红外相机识别出高温危险区域时系统启动对高温危险区域的自动测距、测温以及定位。
本发明实施例提供的热值定位采集系统，利用红外相机检测目标温度，根据温度值来判断装置当前状态，根据区域温度分布，来找出高温点，对接近超温或已经超温的装置作为危险点进行定位，并评价其危险性；根据某一个装置温度变化历史，来估计其未来发展趋势，对装置运行状态可以进行预测。
请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种区域危险目标热值定位采集装置的结构示意图；本发明实施例的区域危险目标热值定位采集装置，采用串联式结构，从上至下依次包括：云台100、俯仰角度调节装置200、水平角度调节装置300、控制仓400，控制仓400下面还可以设置有与控制仓固定连接的底座500。
云台100上设置有双目相机和红外相机103，双目相机可由左目相机101和右目相机102两个白光相机构成，红外相机103可以为任意利用红外测温成像原理的装置；两个白光相机和红外相机103组成的三目相机在检测装置上安装时设置在同一水平位置，以使三目相机调成平行光轴，使得三个相机的图像信息可以共享。为了提高采集图像的效果，在云台100上还可以设置有补光灯104，具体地，补光灯可设置在三目相机的上方，并于三目相机光轴在垂直方向上平行。
俯仰角度调节装置200设置于云台100下方，并与云台100连接，用于调节云台100的俯仰角。水平角度调节装置300设置于俯仰角度调节装置200的下方，并与俯仰角度调节装置200连接，用于调节云台100的旋转角。云台100转动调节三个相机光轴的方向角。俯仰角度调节装置200包含俯仰电机，水平角度调节装置300包括水平电机，以分别调整光轴的俯仰角度和旋转角度；俯仰角度调节装置200和水平角度调节装置300的运动轴上分别安装有一个高精度编码器，可以测量出调节角度。
控制仓400内设置有控制系统，该控制系统如上述实施例的区域危险目标热值定位采集系统。
位姿测控装置控制俯仰电机和水平电机转动，以调节云台上三目相机的俯仰角和旋转角，俯仰角和旋转角的具体角度值通过编码器测量出，并反馈给位姿测控装置，位姿测控装置再将这两个角度值反馈给图像处理装置。
图像处理装置与上位机连接并通信，图像处理装置接收上位机的控制命令，控制左目相机、右目相机和红外相机随着自身的转动采集装置不同方位的图像，并通过红外相机采集的红外图像实时显示区域的温度值；图像处理装置可根据其内部设置的算法计算红外相机识别出的高温危险区域的目标距离并通过温度距离补偿模型计算出高温危险区域的精准温度，同时还可以根据目标距离、位姿测控装置反馈的云台的俯仰角和旋转角，以及定位采集装置的物理坐标得到目标的物理位置，实现热值点的定位。
本发明实施例提供的区域危险目标热值定位采集装置，其测距、测温和定位的方法与上述区域危险目标热值定位采集系统对应的方法相同，在此不再赘述。
需要说明的是，通过本发明的实施例提供的方案，可以对变电站场域的任意装置的任意热源点实现测距、测温以及定位；既可以通过上位机根据检测者的需要手动选择某一区域进行测距、测温以及定位，也可以在红外相机识别出高温危险区域时系统启动对高温危险区域的自动测距、测温以及定位。
本发明的实施例提供的方案，对于给定的场域，检测装置通过调节俯仰角和旋转角可以连续检测整个场域，并将检测结果和场域三维地图统一起来，得到整个场域的温度分布，根据实际检测值和正常值的偏差，以及偏差分布来评判来评判整个场域装置运行状况，当目标温度接近临界点时，视为危险点，需要精确定位、重点关注，并及时上报给上位系统。
下面对本发明的方案用到的测距、测温以及定位的原理及方法进行详细描述。
左目相机、右目相机两个白光相机和一个红外相机组成的三目相机在安装时调成平行光轴，使三个相机图像信息可以共享，当红外测温相机探测到高温目标时，白光相机根据红外相机确定目标感兴趣区域(ROI)，以缩小检测区域，然后再ROI中进行目标检测，然后利用双目目标偏差计算目标距离。
具体地，设红外相机检测到的高温危险区域为Wt，在检测目标尺度为WO，左相机检测ROI区域为Wl，右相机检测ROI区域为Wr，α为红外相机和白光相机视场角比例系数。在最小检测距离外，Wt和其他三个区域之间的关系为：
即Wt包含在其他三个区域内，其关系示例如图7所示。图7(a)是Wt和Wo关系图，图7(b)是Wt和Wl关系图，图7(c)是Wt和Wr关系图；从图中可以直观看出四个区域之间的关系。
一般而言，WO，Wl，Wr均为目标的最小包络矩形，因此三者之间的关系为：
即双目ROI区域和目标区域相并的尺度不小于二者的最大尺度，三者之间的关系如下图8所示。从图8中可以直观看出双目ROI和目标区域之间的关系。
根据上述定义，双目ROI区域和目标区域二者之间存在尺度的关联性和差异性，存在关联性是因为二者光轴平行且针对同一个目标，存在差异性是因为三个相机的光轴并不重合，且目标在红外相机和白光相机中的特征不同。
设WO，Wl，Wr分别定义为：
WO＝rect(xO,yO,wO,hO)(3)
Wl＝rect(xl,yl,wl,hl)(4)
Wr＝rect(xr,yr,wr,hr)(5)
根据各个区域之间的关系，总存在一个δ，可生成目标的扩展区域
δ表示区域扩展增量，即在原有图像基础上，四周都增加δ；使得双目ROI区域和满足如下条件：
由于目标的差异，对每一个不同的目标，都存在一个δ，在场域测温时，很难准确地确定δ的准确值，这里对进行简化，用场域中最大目标扩展区域/>取代。/>具有如下特征：
在双目测距中，对于任意目标j，可在其最大目标扩展区域中进行目标提取，设在双目图像Il和Ir中，目标j几何中心坐标为(xcl,ycl)和(xcr,ycr),则目标视差定义为：
Δ＝sqrt[(xcl-xcr)2+(ycl-ycr)2](9)
根据视差Δ和距离D之间的关系，可以计算出目标距离，本发明采用分段线性补偿模型计算距离，即：
D＝kDiΔ+bDi,Δ∈[Δi,Δi+1],i＝0,1,2…,n(10)
在得到距离后，通过比较实验，或通过黑体校准，可以测出目标距离D和目标温度之间的关系。根据实验，温度变化和距离呈三次函数关系，为了简化补偿，这里采用多点线性拟合方法进行温度修正。
Δt＝kiD+bi,D∈[Di,Di+1](11)
t＝t0+Δt(12)
下面对目标物理位置的确定进行说明：
检测装置根据两个转角、目标距离确定被测目标相对于检测装置的相对坐标。设目标和检测装置之间的位置关系如图9所示。
设目标双目检测距离为目标距离D，则目标坐标值为：
其中，α为俯仰角，β为旋转角。
当检测装置物理坐标为(x0,y0,z0)，根据上式结果，目标在物理世界中的坐标(x,y,z)为：
通过以上原理和方法实现场域的测距、测温和定位。
本发明实施例提供的方案，是面向变电站设备工作状态实时检测、评判，实现目标区域状态检测、危险点温度检测、危险点定位、危险点状态评估和预测等的智能化在线检测设备，为变电站工作状态评估提供新的检测设备和手段。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种区域危险目标热值定位采集系统，其特征在于，包括：
测距测温模块，用于检测高温点，并将所述高温点作为区域危险目标，测量所述区域危险目标的目标距离，并根据所述目标距离测量区域危险目标的目标温度；以及用于根据所述目标距离实现区域危险目标的定位；
位姿测控模块，与所述测距测温模块连接，用于采集包含所述区域危险目标热值定位采集系统的区域危险目标热值定位采集装置的位姿信息，并将所述位姿信息发送至所述测距测温模块，以使测距测温模块利用所述位姿信息获取所述目标距离和所述区域危险目标的定位；
所述位姿测控模块包括云台电机、编码器和位姿测控装置；所述云台电机和所述编码器分别与所述位姿测控装置连接；
所述云台电机还与所述云台连接，用于根据所述位姿测控装置的控制调节云台的角度，以使双目相机和红外相机产生光轴俯仰角和旋转角；
所述编码器用于测量所述俯仰角和所述旋转角并将所述俯仰角和所述旋转角反馈给所述位姿测控装置；
所述位姿测控装置与图像处理装置连接，并将所述俯仰角和所述旋转角反馈给所述图像处理装置，以使所述图像处理装置根据所述目标距离、所述红外相机采集的目标初始温度，依据距离-温度模型计算目标温度；并根据所述目标距离、所述俯仰角、所述旋转角和所述区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位；
其中，所述目标距离的测量方法包括：
采集红外图像，并根据红外图像确定高温危险区域；
采集包含所述高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
根据所述目标区域和所述高温危险区域，确定所述双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
根据所述双目目标中心位置计算目标视差：根据左目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcl,ycl)和右目图像的目标感兴趣区域的几何中心坐标(xcr,ycr)，通过下面的目标视差公式计算得到双目图像目标感兴趣区域的目标视差Δ：
Δ＝sqrt[(xcl-xcr)2+(ycl-ycr)2]；
根据下面的目标视差分段线性补偿模型计算得到目标距离D：
D＝kDiΔ+bDi,Δ∈[Δi,Δi+1],i＝0,1,2…,n
其中，Δ为目标视差，kDi为第Di段线性模型比例系数，bDi第Di段线性模型的偏差系数，Δi为第i段线性模型起始目标视差，Δi+1为第i段线性模型结束目标视差；
所述目标温度的计算方法包括：
根据目标距离和目标温度的关系，采用公式Δt＝kiD+bi,D∈[Di,Di+1]，得到温度补偿值；其中，D为目标距离，ki为第i段线性模型比例系数，bi为第i段线性模型的偏差系数，Di为第i段线性模型起始距离，Di+1为第i段线性模型结束距离；
根据高温危险区域的初始温度和温度补偿值，采用公式t＝t0+Δt，得到目标温度；其中，t为目标温度，t0为高温危险区域的初始温度，Δt为温度补偿值；
根据所述目标距离、所述俯仰角、所述旋转角和所述区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位，包括：
根据所述俯仰角、所述旋转角和所述目标距离，采用下式计算得到目标坐标值(x1,y1,z1)：
其中，D为目标距离，α为俯仰角，β为旋转角；
设检测装置物理坐标为(x0,y0,z0)，根据所述目标坐标值(x1,y1,z1)通过下式计算得到所述目标在物理世界中的坐标(x,y,z)：
2.根据权利要求1所述的区域危险目标热值定位采集系统，其特征在于，所述测距测温模块包括双目相机、红外相机和图像处理装置；
所述双目相机和所述红外相机安装在所述区域危险目标热值定位采集装置的云台上，并调成平行光轴；
所述图像处理装置分别与所述双目相机和所述红外相机连接；所述图像处理装置根据所述红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离。
3.根据权利要求2所述的区域危险目标热值定位采集系统，其特征在于，所述图像处理装置根据所述红外相机采集的图像识别区域危险目标，并测出目标距离，包括：
所述红外相机采集红外图像，并根据所述红外图像确定高温危险区域；
所述双目相机采集包含所述高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
所述图像处理装置根据所述目标区域和所述高温危险区域，确定所述双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
所述图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
所述图像处理装置根据所述双目目标中心位置计算目标视差；
所述图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离。
4.根据权利要求2所述的区域危险目标热值定位采集系统，其特征在于，所述根据所述目标距离测量区域危险目标的目标温度，包括：
所述红外相机采集红外图像，并根据所述红外图像确定高温危险区域；并采集所述高温危险区域的初始温度；
所述双目相机采集包含所述高温危险区域的双目图像，作为目标区域；
所述图像处理装置根据所述目标区域和所述高温危险区域，确定所述双目图像的目标感兴趣区域，实现目标分割；
所述图像处理装置根据目标分割结果计算双目目标中心位置；
所述图像处理装置根据所述双目目标中心位置计算目标视差；
所述图像处理装置依据距离-视差模型计算目标距离；
所述图像处理装置根据所述红外相机采集的高温危险区域的初始温度，以及所述目标距离，依据距离-温度模型计算区域危险目标的目标温度。
5.根据权利要求2所述的区域危险目标热值定位采集系统，其特征在于，所述根据所述目标距离、所述俯仰角、所述旋转角和所述区域危险目标热值定位采集的物理坐标得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位，包括：
所述位姿测控装置在所述图像处理装置检测到高温危险区域时采集所述光轴的俯仰角和旋转角；
所述图像处理装置根据所述俯仰角、所述旋转角和所述目标距离计算得到目标坐标值；
所述图像处理装置根据检测装置的物理坐标和所述目标坐标值计算得到目标的物理位置，实现区域危险目标的定位。
6.一种区域危险目标热值定位采集装置，其特征在于，包括：
云台，所述云台上设置有双目相机和红外相机；
俯仰角度调节装置，设置于所述云台下方，并与所述云台连接，用于调节所述云台的俯仰角；
水平角度调节装置，设置于所述俯仰角度调节装置的下方，并与所述俯仰角度调节装置连接，用于调节所述云台的旋转角；
控制仓，包括权利要求1-5任一项所述的区域危险目标热值定位采集。
7.根据权利要求6所述的热值定位采集装置，其特征在于，还包括底座，所述底座设置于所述控制仓下方，并与所述控制仓固定连接。
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