基于3d紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置，屬 于特高壓變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓變電站變壓器的安全運(yùn)行直接影響電網(wǎng)的安全可靠性，因此特高壓變電站 變壓器的狀態(tài)監(jiān)控非常必要。變壓器的諸多故障都以溫度異常表現(xiàn)出來(lái)，因此應(yīng)用紅外熱 成像儀可以檢測(cè)到變壓器故障。由于特高壓變壓器體型的巨大，傳統(tǒng)的紅外熱圖像只能同 時(shí)獲取變壓器部分的紅外熱圖，無(wú)法知悉變壓器全局的溫度分布熱圖，再加上紅外熱圖信 息單一，只能反映變壓器溫度信息，無(wú)法涵蓋其他信息。
[0003] 全景圖像是一種能為用戶提供超過(guò)人雙眼正常有效視角或雙眼余光視角，乃至 360度超大視角瀏覽的實(shí)景圖片。全景圖像技術(shù)是基于圖像繪制技術(shù)的一種方式，與基于圖 形繪制技術(shù)相比，它具有數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單、建模速度快，真實(shí)感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在商務(wù)、軍事、旅游、 文化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。紅外圖像只能給出目標(biāo)的溫度信息，可見(jiàn)光擁有豐富的色彩 信息，能清晰顯示目標(biāo)的輪廓和細(xì)節(jié)，但是不能顯示目標(biāo)的溫度信息。綜合考慮紅外與可見(jiàn) 光圖像的特征和信息互補(bǔ)性，把兩者融合，實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光圖像清晰顯示目標(biāo)輪廓色彩細(xì)節(jié) 信息的基礎(chǔ)上面同時(shí)顯示紅外圖像溫度，細(xì)節(jié)信息的基礎(chǔ)上面同時(shí)顯示紅外圖像溫度，利 用這種信息的互補(bǔ)，呈現(xiàn)出一個(gè)信息更加豐富，全面的目標(biāo)物體，對(duì)后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別、檢測(cè) 與跟蹤具有重要意義。
[0004] 3D技術(shù)可以讓人對(duì)觀測(cè)物體有一個(gè)更為清晰直觀的感觸，更能反映出對(duì)象的特 征。
[0005] 結(jié)合上述三種技術(shù)，獲取變壓器的3D紅外融合全景圖像，將更有利于對(duì)變壓器運(yùn) 行狀態(tài)的觀測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢 測(cè)裝置，主要解決傳統(tǒng)的紅外熱圖像在特高壓變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)時(shí)，只能同時(shí)獲取變壓 器部分的紅外熱圖，無(wú)法知悉變壓器全局的溫度分布熱圖的問(wèn)題，因此不能全面觀察變壓 器的運(yùn)行狀態(tài)，不能及早判斷出運(yùn)行故障。本發(fā)明可以從不同角度無(wú)死角地觀察變壓器的 運(yùn)行狀態(tài)，及早判斷出運(yùn)行故障。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置，包括鋪設(shè)于變 壓器周圍的圓形軌道，所述變壓器的中軸線通過(guò)圓形軌道的圓心，在圓形軌道上設(shè)置智能 可控小車，智能可控小車上通過(guò)支架設(shè)置攝像機(jī)，攝像機(jī)包括紅外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭。 攝像機(jī)拍攝的圖像傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，利用圖像融合技術(shù)形成全景融合圖像，再生成3D 左右眼圖像，重新編碼，最終輸出到觸摸監(jiān)視屏上。
[0009] 基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方法，主要通過(guò)以下 步驟實(shí)現(xiàn)：
[0010] S1、在變壓器周圍鋪設(shè)一個(gè)圓形軌道，變壓器中軸線通過(guò)圓形軌道圓心，圓形軌道 上設(shè)置智能可控小車，將攝像機(jī)架設(shè)在智能可控小車上，攝像機(jī)包括紅外攝像頭和可見(jiàn)光 攝像頭；
[0011] S2、調(diào)整紅外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭的焦距，使兩者拍攝圖像的區(qū)域重疊面積最 大；然后，智能可控小車在圓形軌道運(yùn)行，同時(shí)拍攝多組可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，最后將圖 像傳入計(jì)算機(jī)等待處理；
[0012] S3、將獲得的每組可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理；
[0013] S4、對(duì)預(yù)處理后的可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行圖像融合，形成多張新的融合圖 像；
[0014] S5、利用圖像拼接技術(shù)對(duì)步驟S4形成的多張融合圖像進(jìn)行拼接，形成變壓器 360°全景融合圖像；
[0015]S6、獲取步驟S5得到的360°全景融合圖像的深度圖；
[0016]S7、利用步驟S6獲得的深度圖和步驟S5形成的360°全景融合圖像，根據(jù)雙眼立 體視差模型，生成3D左眼和3D右眼圖像；
[0017] S8、對(duì)步驟S7形成的3D左眼圖像和3D右眼圖像進(jìn)行重新編碼，最終輸出到觸摸 監(jiān)視屏上。
[0018] 具體地，所述步驟S2中，拍照形成的相鄰圖像要有20% -40%的重合部分，本發(fā)明 優(yōu)選每個(gè)10°拍攝一組圖像，因此，智能可控小車游走360°，總共形成36組圖像。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中，預(yù)處理的具體過(guò)程為：
[0020] S301、利用自適應(yīng)中值濾波器對(duì)可見(jiàn)光圖像進(jìn)行去噪處理；
[0021] S302、利用小波變換模極大值去噪算法對(duì)紅外圖像進(jìn)行去噪處理；
[0022] S303、利用直方圖均衡法對(duì)去噪后的可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。
[0023] 更進(jìn)一步地，所述步驟S4中，圖像融合的具體過(guò)程為：
[0024]S401、利用基于像素的圖像配準(zhǔn)方法，對(duì)成對(duì)的可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行圖像 配準(zhǔn)；
[0025]S402、利用HIS變換融合方法，對(duì)配準(zhǔn)后的圖像進(jìn)行融合操作
[0026] 再進(jìn)一步地，所述步驟S5中，圖像拼接的具體過(guò)程為：
[0027] S501、利用基于區(qū)域的配準(zhǔn)方法，對(duì)相鄰的融合圖像進(jìn)行圖像對(duì)齊與匹配操作；
[0028] S502、利用加權(quán)平滑法對(duì)圖像重疊部分進(jìn)行融合與邊界平滑。
[0029] 再進(jìn)一步地，所述步驟S6中，獲取深度圖的具體過(guò)程為：
[0030]S601、將步驟S5得到的360°全景融合圖像分解成圖像單元，即將圖像分成UXV 個(gè)子塊，可以通過(guò)預(yù)先實(shí)驗(yàn)選擇最為合適的U和V;
[0031] S602、按照下面的公式計(jì)算每個(gè)子塊的深度值：
[0032]
[0033] 其中，|WH| + |Wud| =l，WH、Wud用于確定左到右、下到上的深度梯度權(quán)重，可以通過(guò) 多次試驗(yàn)選擇合適的值；X、y為單位子塊中像素點(diǎn)的坐標(biāo)值;width、height為圖片的寬度 以及高度；pixel_number(R)為子塊中的像素點(diǎn)數(shù)，最終通過(guò)計(jì)算獲得360°全景融合圖像 的深度圖。
[0034] 再進(jìn)一步地，所述步驟S7中，生成3D左眼和3D右眼圖像的具體過(guò)程為：
[0035] S701、將原圖像作為左眼圖像，只要生成相應(yīng)的右眼圖像即可；
[0036] S702、確定視差為零的平面，將深度值居中的平面設(shè)為視差為零的平面，這樣部分 點(diǎn)顯示在屏幕前方，部分顯示在后方，還有一些顯示在屏幕上；
[0037]S703、確定視差最大值并對(duì)像素進(jìn)行平移，利用公式
認(rèn)及公式
f算出視差最大值；
[0038] 其中，Mmax為視差最大值，單位為厘米，Mmax(pixel)為轉(zhuǎn)換成像素單位的視差最大 值，P為眼睛能感知的最大深度，B為兩眼距離，D為眼睛到屏幕的距離，Screen_D(pixel) 為屏幕對(duì)角線上的像素，Screen_D(cm)為屏幕對(duì)角線距離，將深度值歸一化后與視差最大 值相乘就可以得到每個(gè)深度值所對(duì)應(yīng)的視差，再根據(jù)圖像中每個(gè)像素的視差對(duì)像素進(jìn)行平 移，便可以生成右眼圖像。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0040] 本發(fā)明能夠生動(dòng)形象地反映出變壓器實(shí)時(shí)地運(yùn)行狀態(tài)，可以從不同角度無(wú)死角地 觀察變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，及早判斷出運(yùn)行故障。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱如下：
[0043] 1-變壓器，2-圓形軌道，3-智能可控小車，4-支架，5-攝像機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于 下列實(shí)施例。
[0045] 實(shí)施例
[0046] 如圖1所示，基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置，包 括鋪設(shè)于變壓器1周圍的圓形軌道2,變壓器1的中軸線通過(guò)圓形軌道2的圓心，在圓形軌 道2上設(shè)置智能可控小車3,智能可控小車3上通過(guò)支架4設(shè)置攝像機(jī)5,攝像機(jī)5包括紅 外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭。
[0047] 在本實(shí)施例中，支架4垂直于地面安裝于智能可控小車3上并且一端與智能可控 小車3固定，另一端設(shè)有用于安裝攝像機(jī)5的卡槽，該支架4為可伸縮支架，可調(diào)整高度，紅 外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭在垂直于地面的方向上上下分布。智能可控小車3根據(jù)設(shè)定的時(shí) 間間隔和速度在軌道上游走，也可通過(guò)外部遙控裝置調(diào)整其速度和時(shí)間間隔。
[0048] 基于3D紅外全景圖像的特高壓變電站變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方法，主要由如下步 驟實(shí)現(xiàn)：
[0049] S1、首先，在變壓器1周圍鋪設(shè)一個(gè)圓形軌道2,變壓器1中軸線通過(guò)圓形軌道2圓 心，軌道鋪設(shè)方式要滿足特高壓變電站設(shè)計(jì)規(guī)范，圓形軌道2上設(shè)置智能可控小車3,將攝 像機(jī)5架設(shè)在智能可控小車3的支架上端，攝像機(jī)5包括紅外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭，智能 可控小車3根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔和速度在軌道上游走；
[0050] S2、調(diào)整紅外攝像頭和可見(jiàn)光攝像頭的焦距，使兩者拍攝圖像的區(qū)域重疊面積最 大，智能可控小車3在圓形軌道2運(yùn)行，每隔10°，攝像機(jī)5拍攝一組圖像，智能可控小 車3游走360°，總共形成36組可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，拍照形成的相鄰圖像必須要有 20% -40%的重合部分，最后將36組圖像傳入計(jì)算機(jī)，等待計(jì)算機(jī)處理；
[0051] S3、將獲得的36組可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理；
[0052]S4、對(duì)預(yù)處理后的可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行圖像融合，形成36張新的融合圖 像；
[0053]S5、利用圖像拼接技術(shù)對(duì)步驟S4形成的融合圖像進(jìn)行拼接，形成變壓器360°全 景融合圖