CN114459611A - 基于红外探测的智能测温方法、可读存储介质及智能测温巡视仪 - Google Patents

Abstract

一种基于红外探测的智能测温方法、可读存储介质及智能测温巡视仪，该智能测温方法包括：将获取的被测物体的红外图像划分成多个含有3×4像素的图像单元，并选取图像单元的中间两个像素标记为第一待处理值和第二待处理值；分别将第一待处理值、第二待处理值进行两次中值替换，以完成滤波；采用伪彩色变换算法对滤波后的红外图像进行处理以得到增强图像，并通过增强图像以得到红外图像上对应的温度异常点。本发明中，采用改进的中值滤波算法对红外图像进行降噪处理，既能保证红外图像的清晰度，又消除了大部分红外图像的图像噪声，且算法复杂度降低了一半，从而提高测温效率。

Description

基于红外探测的智能测温方法、可读存储介质及智能测温巡 视仪

技术领域

本发明涉及电力巡检技术领域，特别涉及一种基于红外探测的智能测温方法、可读存储介质及智能测温巡视仪。

背景技术

目前，我国大力发展智能变电站，构建大数据平台。在该战略背景下，国家将致力于推进智能电网，其旨在电网安全运营的前提下，实现电网的数字化、自动化、信息化。而其中重要的一环就是电力设备是否能够安全、可靠、长久、稳定作业，这将关系智能电网系统建设的成败。众所周知，由于电力设备长期处于运行状态，同时受环境等因素的影响，会产生不同等级的缺陷，甚至于计划外停机等，从而对电力系统的安全、稳定造成一定的危害，据统计，电力系统中超过70％的事故是由电力设备的故障所引起的。因此，对不同类型的电力设备进行有效的监控，观测、记录电力设备温度的变化，并实时、自动的分析电力设备有无故障、故障程度、故障位置以及故障时间预测等已经成为研究的热点。

红外热成像技术是一种非接触式的测量技术，旨在分析目标物体的热场分布及红外辐射，主要是利用红外热像仪等采集设备采集目标物体的红外辐射，并通过红外探测器转换成便于处理的电信号，从而获得红外热像图。现如今的红外热成像技术不仅能够在测试电力设备时快速测量温度，而且同时能够以图像序列的形式时序的记录温度数据。由于具有操作简单、灵敏度高、无电磁干扰、检测范围大、故障诊断率高、昼夜监控、直观可靠等诸多优点，运用红外热像仪检测电力设备的发热现象、排除电力设备的安全隐患已经成为保障设备正常运行的方式之一。

现有红外测温过程中，采用中值滤波算法来处理椒盐噪声，但是由于是非线性操作，此种方式是对局部区域的元素进行全部排序取中值，计算量较大且较为耗时，导致测温效率低，不适合工程应用。

发明内容

基于此，本发明的目的是为了解决现有技术中，现有测温方法的测温效率低的问题。

第一方面，本发明提供了一种基于红外探测的智能测温方法，该智能测温方法通过智能测温巡视仪实现，包括以下步骤：

步骤S10，将获取的被测物体的红外图像划分成多个含有3×4像素的图像单元，并选取所述图像单元的中间两个像素标记为第一待处理值和第二待处理值；

步骤S11，分别比较所述第一待处理值、第二待处理值的两条对角线灰度值的大小，以得出对应的第一过渡中值、第二过渡中值；

步骤S12，将所述第一过渡中值、第二过渡中值，分别与所述图像单元中剩下两个像素进行比较，以得到对应的第一替换中值、第二替换中值，并将所述第一替换中值、第二替换中值替换对应的所述第一待处理值、第二待处理值，以完成滤波；

步骤S13，采用伪彩色变换算法对滤波后的红外图像进行处理以得到增强图像，并通过所述增强图像以得到所述红外图像上对应的温度异常点。

相较现有技术，本发明中，采用改进的中值滤波算法对红外图像进行降噪处理，既能保证红外图像的清晰度，又消除了大部分红外图像的图像噪声，且算法复杂度降低了一半，从而提高测温效率。

进一步地，在所述步骤S13中，所述伪彩色变换算法中各个温度区间的映射关系为：

G(x)＝255x/4t

式中，R、G、B分别代表图像的红色、绿色和蓝色的分量，x为灰度值，t为图像灰度级阈值。

进一步地，该智能测温方法还包括：

将所述增强图像通过所述智能测温巡视仪传递至手持终端上进行呈现；

当所述温度异常点的温度超过预设值时，通过所述手持终端自动发出报警。

第二方面，本发明提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于红外探测的智能测温方法。

第三方面，本发明提供了一种智能测温巡视仪，所述智能测温巡视仪执行如上述的基于红外探测的智能测温方法，所述智能测温巡视仪可拆卸安装于安全头盔的顶部，包括旋转俯仰组件，以及设于所述旋转俯仰组件顶部的红外探测头，所述旋转俯仰组件的底部与所述安全头盔的顶部贴合，且通过绝缘松紧带与所述安全头盔的底部可拆卸绑定，所述旋转俯仰组件用于实现所述红外探测头的360°旋转以及上下120°俯仰。

进一步地，所述旋转俯仰组件的顶部设有转盘，底部设有活动接口，所述红外探测头安装于所述转盘上，所述活动接口与所述安全头盔的顶部贴合。

进一步地，所述红外探测头中设有FPGA控制芯片，型号为EP4CE10F17C8。

进一步地，所述红外探测头中设有与所述FPGA控制芯片电性连接的热成像机芯，所述热成像机芯用于采集红外图像，且型号为PHOTON320。

进一步地，所述热成像机芯的温度测量范围为-50℃～300℃。

进一步地，所述FPGA控制芯片用于接收所述热成像机芯传输的红外图像，并将红外图像进行处理以得到增强图像，且通过无线方式将增强图像传递至手持终端上进行呈现。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明中基于红外探测的智能测温方法的流程图；

图2为图1中改进的中值滤波算法的原理图；

图3为图1中伪彩色变换算法的映射关系图；

图4为本发明中智能测温巡视仪的结构示意图。

主要元件符号说明：

安全头盔	10	旋转俯仰组件	11
				红外探测头	12	绝缘松紧带	13

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施例中提供的一种基于红外探测的智能测温方法，包括，该智能测温方法通过智能测温巡视仪(如图4所示)实现，包括以下步骤：

步骤S10，将获取的被测物体的红外图像划分成多个含有3×4像素的图像单元，并选取所述图像单元的中间两个像素标记为第一待处理值和第二待处理值；

步骤S11，分别比较所述第一待处理值、第二待处理值的两条对角线灰度值的大小，以得出对应的第一过渡中值、第二过渡中值；

步骤S12，将所述第一过渡中值、第二过渡中值，分别与所述图像单元中剩下两个像素进行比较，以得到对应的第一替换中值、第二替换中值，并将所述第一替换中值、第二替换中值替换对应的所述第一待处理值、第二待处理值，以完成滤波；

步骤S13，采用伪彩色变换算法对滤波后的红外图像进行处理以得到增强图像，并通过所述增强图像以得到所述红外图像上对应的温度异常点。

需要说明的是，步骤S10至步骤S12为本发明中所采用的改进的中值滤波算法，采用改进的中值滤波算法对红外图像进行降噪处理，既能保证红外图像的清晰度，又消除了大部分红外图像的图像噪声，且算法复杂度降低了一半，从而提高测温效率。

请参阅图2，具体的，选取B2、C2为待处理的像素，改进的中值滤波算法执行的步骤为：

(1)取3×4模板中对角线上的像素值，A1、C1、B2、A3、C3和B1、D1、C2、B3、D3；

(2)比较步骤(1)中B2、C2的两条对角线灰度值的大小，分别得出中值:Med_dia1和Med_dia2。

(3)将步骤(2)中得到的中值Med_dia1和Med_dia2，分别与剩下的两个像素A2和D2进行比较，得出Med1和Med2。

(4)将Med1和Med2替换模板内待处理的B2和C2，完成滤波过程。

请参阅图3，图中R、G、B三条线表示红、绿、蓝分量与图像灰度的映射关系。由于经过改进的中值滤波算法进行前期处理的红外图像属于灰度图像，因此需要对其进行伪彩色变换才更利于直观判断温度异常点，具体的，在所述步骤S13中，所述伪彩色变换算法中各个温度区间的映射关系为：

G(x)＝255x/4t

式中，R、G、B分别代表图像的红色、绿色和蓝色的分量，x为灰度值，t为图像灰度级阈值。

在本发明一优选实施方式中，该智能测温方法还包括：

将所述增强图像通过所述智能测温巡视仪传递至手持终端上进行呈现；

当所述温度异常点的温度超过预设值时，通过所述手持终端自动发出报警。

本发明还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于红外探测的智能测温方法。

本发明还提供了一种智能测温巡视仪，所述智能测温巡视仪中含有可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上的基于红外探测的智能测温方法。

请参阅图4，所述智能测温巡视仪可拆卸安装于安全头盔10的顶部，包括旋转俯仰组件11，以及设于所述旋转俯仰组件11顶部的红外探测头12，所述旋转俯仰组件11的底部与所述安全头盔10的顶部贴合，且通过绝缘松紧带13与所述安全头盔10的底部可拆卸绑定，所述旋转俯仰组件11用于实现所述红外探测头12的360°旋转以及上下120°俯仰。

需要说明的是，第一，由于所述智能测温巡视仪以实际电力运维人员的头盔为载体，考虑到头盔实际使用过程中佩戴在人头部，视野开阔，要求重量轻，故将红外探测器安放在头盔顶部，有效避免了头盔和测量人员对测量仪器的遮挡。第二，所述旋转俯仰组件11参考雷达转动机械结构，安装在红外探测头12与安全头盔10的交界处，并设计可自动/手动控制模式，旋转灵活并且结构稳定。第三，为增加现有安全头盔的利用率，增加该成果的使用场景，减少制造成本，在原来固定安装在指定头盔上的基础上，进一步设计了可拆卸式绝缘松紧带13(不会破坏安全头盔的安全性)，需要使用时，可快速安装在工作人员的头盔上并通过绝缘松紧带13的松紧扣锁紧固定，需要卸下时，松开绝缘松紧带13的松紧扣即可。

请参阅图4，所述旋转俯仰组件11的顶部设有转盘，底部设有活动接口，所述红外探测头12安装于所述转盘上，所述活动接口与所述安全头盔10的顶部贴合。

在本发明一优选实施例中，所述红外探测头12中设有FPGA控制芯片，型号为EP4CE10F17C8，属于Intel公司生产的CYCLONEⅣ系列。

在本发明另一优选实施例中，所述红外探测头12中设有与所述FPGA控制芯片电性连接的热成像机芯，所述热成像机芯用于采集红外图像，且型号为PHOTON320，属于FLIR公司生产。

在本发明一优选实施例中，所述FPGA控制芯片用于接收所述热成像机芯传输的红外图像，并将红外图像进行处理以得到增强图像，且通过无线方式将增强图像传递至手持终端上进行呈现。

需要补充说明的是，由于实际现场中，红外探测头12测量得到的数据文件较大，考虑通讯方便性，本产品运用蓝牙或者手机共享网络传输方式，数据实时传输负担大，又要求不丢失重要的数据，但仪器有时容易出现误筛、误删，通过对需要传送的运行检修数据进行了研究分析，对实际数据进行采样和压缩，在不丢失数据信息的前提下，有效减小了传输文件大小，提升了传输速率，实现了现场测量数据与手持终端实时传输，最后，通过解压缩恢复图像，在手持终端显示器。

在本发明另一优选实施例中，所述热成像机芯的温度测量范围为-50℃～300℃。

进一步地，为验证本发明智能测温巡视仪在小型化、硬件可行性、低功耗和可操作性等方面的优越性，在变电站计划测温中进行了成果现场试验对比，具体试验数据如表格1和表格2所示。

表格1运用本发明智能诊测温断巡视仪进行测温的测温时间

测温人员	何勇	何勇	何勇	何勇	何勇
						测温站点	220kv吉安变	220kv高坪变	220kv众村变	220kv澄丹江变	220kv井冈山变
测温耗费时间	1h15min	1h3min	57min	1h5min	1h12min

表格2运用普通手持测温仪进行测温的测温时间

测温人员	何勇	何勇	何勇	何勇	何勇
						测温站点	220kv吉安变	220kv高坪变	220kv众村变	220kv澄丹江变	220kv井冈山变
测温耗费时间	3h7min	2h54min	2h49min	2h58min	3h4min

从表格1和表格2对比可看出，本发明的智能测温巡视仪的测温耗费时间远低于普通手持测温仪的测温时间。因为本发明的智能测温巡视仪能够：1)解放运维人员双手，大幅度降低运维人员由于手持设备带来的体力消耗；2)头盔上的红外探头自动360°旋转，无需反复抬头、矫正，测温效率高，且温度过高时手持终端自动报警，准确定位故障点坐标，大大提高测温诊断效率。

综上，本发明可有效诊断电气设备热故障，降低设备故障蔓延率，通过自动红外测温探头，可以实现自动快速精准测温，同时还可满足除电力系统外其他行业的需求，如铁路系统。可用于变电站人工巡视中，由于大部分变电站路面复杂，不符合机器人巡视条件，而本发明完全达到对高压设备红外自动测温智能诊断的目的，使巡视人员能够很大程度上降低了生产成本及同类工作的重复劳动强度。本发明轻巧便携，并且使用方便，在未来具有良好市场前景。

本说明书中，各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。且以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于红外探测的智能测温方法，其特征在于：该智能测温方法通过智能测温巡视仪实现，包括以下步骤：

步骤S10，将获取的被测物体的红外图像划分成多个含有3×4像素的图像单元，并选取所述图像单元的中间两个像素标记为第一待处理值和第二待处理值；

步骤S11，分别比较所述第一待处理值、第二待处理值的两条对角线灰度值的大小，以得出对应的第一过渡中值、第二过渡中值；

步骤S12，将所述第一过渡中值、第二过渡中值，分别与所述图像单元中剩下两个像素进行比较，以得到对应的第一替换中值、第二替换中值，并将所述第一替换中值、第二替换中值替换对应的所述第一待处理值、第二待处理值，以完成滤波；

步骤S13，采用伪彩色变换算法对滤波后的红外图像进行处理以得到增强图像，并通过所述增强图像以得到所述红外图像上对应的温度异常点。

2.根据权利要求1所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述伪彩色变换算法中各个温度区间的映射关系为：

G(x)＝255x/4t

式中，R、G、B分别代表图像的红色、绿色和蓝色的分量，x为灰度值，t为图像灰度级阈值。

3.根据权利要求1所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，该智能测温方法还包括：

将所述增强图像通过所述智能测温巡视仪传递至手持终端上进行呈现；

当所述温度异常点的温度超过预设值时，通过所述手持终端自动发出报警。

4.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1至3任意一项所述的基于红外探测的智能测温方法。

5.一种智能测温巡视仪，其特征在于，所述智能测温巡视仪执行如上述权利要求1至3任意一项所述的基于红外探测的智能测温方法，所述智能测温巡视仪可拆卸安装于安全头盔的顶部，包括旋转俯仰组件，以及设于所述旋转俯仰组件顶部的红外探测头，所述旋转俯仰组件的底部与所述安全头盔的顶部贴合，且通过绝缘松紧带与所述安全头盔的底部可拆卸绑定，所述旋转俯仰组件用于实现所述红外探测头的360°旋转以及上下120°俯仰。

6.根据权利要求5所述的智能测温巡视仪，其特征在于，所述旋转俯仰组件的顶部设有转盘，底部设有活动接口，所述红外探测头安装于所述转盘上，所述活动接口与所述安全头盔的顶部贴合。

7.根据权利要求5所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，所述红外探测头中设有FPGA控制芯片，型号为EP4CE10F17C8。

8.根据权利要求7所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，所述红外探测头中设有与所述FPGA控制芯片电性连接的热成像机芯，所述热成像机芯用于采集红外图像，且型号为PHOTON320。

9.根据权利要求8所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，所述热成像机芯的温度测量范围为-50℃～300℃。

10.根据权利要求8所述的基于红外探测的智能测温方法，其特征在于，所述FPGA控制芯片用于接收所述热成像机芯传输的红外图像，并将红外图像进行处理以得到增强图像，且通过无线方式将增强图像传递至手持终端上进行呈现。

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