一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法技术

本发明专利技术公开一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法，包括红外与可见光相机系统搭建、红外与可见光相机联合标定参数获取、目标图像获取、目标红外图像矫正、红外与可见光图像边缘提取、Powell算法局部求精进而实现图像配准等步骤。本发明专利技术基于特定位置的相机搭建方式，计算出红外图像与可见光图像的标定参数，然后利用已标定的相机系统对获取的目标设备监控图像进行红外图像矫正；再对图像进行边缘提取；然后以红外图像和可见光图形的边缘图像作为配准基元，计算出红外与可见光图像的边缘配准度最高位置，并在该位置完成红外与可见光图像的配准，可提升电力机房设备温度检测的准确性、有效性与实用性。

A Registration Method of Infrared and Visible Light Images for Electric Power Equipment Room

The invention discloses an infrared and visible image registration method for electric power room equipment, which includes the steps of building infrared and visible camera system, acquiring joint calibration parameters of infrared and visible cameras, acquiring target image, correcting target infrared image, extracting infrared and visible image edges, local refinement of Powell algorithm and realizing image registration. The present invention calculates the calibration parameters of infrared image and visible image based on the camera construction method of a specific location, then corrects the infrared image of the acquired target equipment monitoring image by using the calibrated camera system, extracts the edge of the image, and then calculates the infrared and visible image by using the edge images of infrared image and visible image as registration primitives. The accuracy, effectiveness and practicability of equipment temperature detection in electric power room can be improved by matching infrared and visible images at the highest edge registration position.

【技术实现步骤摘要】
一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法
本专利技术涉及数字图像处理与图像配准
，特别是一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法。
技术介绍
在电力系统中，电力设备自身硬件故障是造成电网大面积停电事故的重要原因之一，每年设备故障导致的事故都约占所有电网事故的一半。电力通信网络作为国家电网的重要组成部分，有着极强的技术性、专业性，而电力机房设备作为电力通信网络的硬件支撑，承载了“三遥”信号、继电保护、调度及行政电话、信息内网等业务，对运行稳定性要求非常高，因此对电力机房设备进行状态检测变得尤其重要。电力机房设备通常处于长期运行状态，容易因环境温度、安装缺陷、积尘等原因产生高温异常警告，如果未能及时检测并定位出温度异常区域，会引起误码率升高、传输信号质量不佳、传输信号质量不稳定等故障，并且持续的高温可能会导致设备烧毁。红外图像可以记录机房设备的温度分布和辐射信息，借助红外相机对电力机房设备进行温度检测有着重要的实际意义。但在相同场景中，对同一目标进行拍摄时，可见光图像能获取的视场范围更大，更容易定位故障设备，并且由于红外图像是基于温差的，在温度相同的部分不能显示该部分的几何形状，很难分辨出具体的机房设备，因此对电力机房设备的红外与可见光图像进行图像配准，不仅可以显示设备的温度分布，还能通过可见光图像对设备进行准确定位，增强了设备信息的互补性，减少对场景分析和理解的不确定性，从而可提高温度检测的准确性、有效性与实用性。电力机房设备保持工作状态时，不会作为一个整体均匀发热，只会在局部区域进行发热，因此机房设备在红外图像中局部区域的灰度分布与在可见光图像中呈现的灰度分布存在较大差异，使用可见光图像间的基于特征的配准方法无法适用于红外与可见光图像的配准领域。
技术实现思路
本专利技术经研究发现，虽然红外与可见光图像因成像机理导致在灰度属性上存在明显差异，但针对同一场景同一组织，两者边缘结构具有很强的相似性。而本专利技术的目的即，通过将红外与可见光图像的边缘作为配准基元，对电力机房设备的红外与可见光图像进行配准，提升电力机房设备温度检测的准确性、有效性与实用性。本专利技术采取的技术方案为：一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法，包括：S1，确定红外相机与可见光相机的相对位置，使得热源标定物同时位于红外相机与可见光相机的视角范围的中心区域内；S2，获取热源标定物的红外图像和可见光图像，基于获取到的图像，计算红外相机与可见光相机的联合标定参数；所述联合标定参数包括红外图像与可见光图像之间的旋转角度参数、缩放尺度参数和初始平移相量参数；S3，利用已标定的红外相机与可见光相机，获取目标场景的红外图像和可见光图像；S4，基于联合标定参数，对目标场景的红外图像进行校正；S5，对可见光图像与校正后的红外图像进行边缘提取；S6，将红外图像的边缘图像与可见光图像的边缘图像作为配准基元，计算两者之间配准度最高的位置，进而在该位置完成红外图像与可见光图像的配准，得到配准图像。优选的，红外相机位于可见光相机的正上方，且红外相机与可见光相机的镜头相互平行。当然，也可以是近似平行。这样的设置可消除图像配准过程中带来的左右视角的差异。优选的，所述热源标定物为一装满热水的深色水杯。其同时位于红外相机与可见光相机的视角范围的中心区域内，即可使得标定物图像同时近似位于红外图像与可见光图像的中心位置。优选的，S2中，所述基于获取到的图像，计算红外与可见光相机的联合标定参数，包括：S21，分别获取热源标定物的红外图像和可见光图像；S22，分别对热源标定物的红外图像和可见光图像进行图像分割；S23，对于分割后的红外图像和可见光图像，分别提取热源标定物图像的最小外接矩形；S24，计算两个最小外接矩形之间的旋转角度关系数据、缩放尺度关系数据和初始平移相量关系数据，分别作为红外图像与可见光图像之间的旋转角度参数、缩放尺度参数和初始平移相量参数。图像分割为现有算法，可提升图像对比度。具体的，S24中，可根据红外图像最小外接矩形与可见光图像最小外接矩形之间的旋转角度和边长比例得到旋转参数和缩放参数；再对红外图像最小外接矩形根据旋转参数和缩放参数进行旋转变换和缩放变换后，将其与可见光图像最小外接矩形进行位置比较，可得到初始平移参数。优选的，定义红外图像和可见光图像的最小外接矩形底边分别为line1、line2，旋转line1使其与line2平行的旋转角度γ即为旋转角度参数；line1与line2的边长比例α即为缩放尺度参数；移动图像使得热源标定物的红外图像与可见光图像的中心点重合，以中心点为基准，按照旋转角度参数和缩放尺度参数，对红外图像或可见光图像依次进行旋转和缩放，定义旋转和缩放操作后，两图像最小外接矩形的中心分别为center1和center2，则初始平移相量参数为υ＝center2-center1。以上进行旋转和缩放操作时，皆是以可见光图像作为基准，对红外图像进行操作，当然也可以实施为以红外图像为基准，对可见光图像进行旋转和缩放以及移动操作，得到各联合标定参数，相应的进行步骤S4的图像校正时，只需对已经确定的联合标定参数进行简单的换算即可。优选的，S4中，所述基于联合标定参数对目标场景的红外图像进行校正包括：基于旋转角度参数和缩放尺度参数，对红外图像进行旋转变换、缩放变换和图像裁剪，使得红外图像与可见光图像之间的旋转角度为0度，红外图像与可见光图像中相同物体的图像尺寸一致，以及红外图像与可见光图像中相同物体的像素坐标接近。优选的，本专利技术S4中，对于校正后的红外图像，还利用各向异性滤波算法进行滤波处理。各向异性滤波算法为现有技术，其在图像的平坦区域选择大尺度平滑，而边缘区域则选择小尺度的平滑，在抑制噪声的同时突出了图像的边缘信息。本专利技术S5利用改进阈值的小波模极大值边缘检测方法，分别提取出可见光和红外图像的边缘图像。优选的，S5中，对可见光图像与校正后的红外图像进行边缘提取包括：S51，对图像进行小波变换，分别得到图像的水平分量和垂直分量；S52，利用预设的阈值函数，分别对图像的水平分量和垂直分量进行去噪处理；S53，通过去噪后的水平分量和垂直分量，分别求取可见光图像和红外图像中各像素点的模值和梯度方向；S54，根据预设的梯度方向划分范围，为图像中的每个像素点，分配新的梯度方向；S55，根据相同梯度方向像素点的模值大小，获取具有局部模极大值的像素点；S56，将具有局部模极大值的像素点的模值与设定的阈值进行比较，将模值大于设定阈值的像素点作为图像边缘点，进而分别得到可将光图像和红外图像的边缘图像。优选的，本专利技术在进行图像配准时，S6中，以可见光边缘图像为背景，将红外边缘图像在背景上移动，每次移动分别计算红外边缘图像与背景的配准度，直至将红外边缘图像移动到配准度最高的位置，即完成红外与可见光图像的配准。本专利技术S6使用Powell优化算法计算出红外边缘图像在可见光边缘图像中的移动方向，直到红外边缘图像移动至配准度最高的位置，然后以可见光图像为背景，将标定红外图像移动至该位置，即可完成红外与可见光图像配准。S6还应用了一种改进的归一化相关系数匹配方法计算配准度，引入两幅图像相同位置像素间的梯度方向差异，对该像素位置计算得到的相关系数进行抑制，梯度方向差异越大，抑制程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法，其特征是，包括：S1，确定红外相机与可见光相机的相对位置，使得热源标定物同时位于红外相机与可见光相机的视角范围的中心区域内；S2，获取热源标定物的红外图像和可见光图像，基于获取到的图像，计算红外相机与可见光相机的联合标定参数；所述联合标定参数包括红外图像与可见光图像之间的旋转角度参数、缩放尺度参数和初始平移相量参数；S3，利用已标定的红外相机与可见光相机，获取目标场景的红外图像和可见光图像；S4，基于联合标定参数，对目标场景的红外图像进行校正；S5，对可见光图像与校正后的红外图像进行边缘提取；S6，将红外图像的边缘图像与可见光图像的边缘图像作为配准基元，计算两者之间配准度最高的位置，进而在该位置完成红外图像与可见光图像的配准，得到配准图像。

【技术特征摘要】
1.一种电力机房设备红外与可见光图像配准方法，其特征是，包括：S1，确定红外相机与可见光相机的相对位置，使得热源标定物同时位于红外相机与可见光相机的视角范围的中心区域内；S2，获取热源标定物的红外图像和可见光图像，基于获取到的图像，计算红外相机与可见光相机的联合标定参数；所述联合标定参数包括红外图像与可见光图像之间的旋转角度参数、缩放尺度参数和初始平移相量参数；S3，利用已标定的红外相机与可见光相机，获取目标场景的红外图像和可见光图像；S4，基于联合标定参数，对目标场景的红外图像进行校正；S5，对可见光图像与校正后的红外图像进行边缘提取；S6，将红外图像的边缘图像与可见光图像的边缘图像作为配准基元，计算两者之间配准度最高的位置，进而在该位置完成红外图像与可见光图像的配准，得到配准图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，红外相机位于可见光相机的正上方，且红外相机与可见光相机的镜头相互平行。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述热源标定物为一装满热水的深色水杯。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S2中，所述基于获取到的图像，计算红外与可见光相机的联合标定参数，包括：S21，分别获取热源标定物的红外图像和可见光图像；S22，分别对热源标定物的红外图像和可见光图像进行图像分割；S23，对于分割后的红外图像和可见光图像，分别提取热源标定物图像的最小外接矩形；S24，计算两个最小外接矩形之间的旋转角度关系数据、缩放尺度关系数据和初始平移相量关系数据，分别作为红外图像与可见光图像之间的旋转角度参数、缩放尺度参数和初始平移相量参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，S24中，定义红外图像和可见光图像的最小外接矩形底边分别为line1、line2，旋转line1使其与line2平行的旋转角度γ即为旋转角度参数；line1与line2的边长比例α即为缩放尺度参数；移动图像使得热源标定物的红外图像与可见光图像的中心点重合，以中心点为基准，按照旋转角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆武，许金鑫，马啸川，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32