水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法及系统

【技术实现步骤摘要】
水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及温度测量
，特指一种水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法及系统
。

技术介绍

[0002]温度场的在线检测是激光焊接
、
金属冶炼
、
航空航天
、
设备故障检测等多个领域的重要需求
。
常见的接触式测温方法中，热电偶只能检测有限个点的温度信息，而分布式光纤等方法会受测温对象的外形和结构限制，这些都导致接触式测温方法不利于温度场的构建
。
非接触式测温方法中，拉曼散射等方法可以准确测量测温对象温度场，但是对环境要求较高，难以应用在实际工业生产中
。
[0003]红外热像仪通过对接收到的红外辐射进行信号处理，得到测温对象的温度场并以伪彩图像的形式显示，是目前常用的温度场检测设备
。
但是测温对象与热像仪间存在的水雾会降低大气透射率，导致红外热像仪检测到的温度场产生明显的误差，而工业现场中产生的水雾分布通常是不均匀的，无法设置统一的参数来对测温误差进行补偿
。
因此，在利用热像仪检测温度场时，如果检测场景中存在动态非均匀水雾的干扰，则要同步在线估计水雾透射率场，以实现测温对象温度场的准确检测
。
[0004]考虑到动态非均匀水雾在红外热图像中难以辨识，仅通过红外热图像估计出的水雾分布状态会产生较为严重的偏差，而可见光图像包含丰富的纹理和色彩特征，因此，本专利技术提出了一种基于多源图像信息的双阶段透射率场在线估计方法，在线获取水雾透射率场
。
之后，基于红外测温原理，构建针对动态水雾影响的温度场在线检测模型，克服了动态非均匀水雾对红外热像仪的干扰，实现了测温对象表面温度场的在线精准检测
。
[0005]公开号为
CN 114136458 A
的专利技术申请，公开了一种熔融金属流体温度多态在线检测方法及系统
。
该专利技术考虑了冶炼现场的粉尘对红外测温的干扰，对粉尘的干扰状态进行识别并分别建立不同干扰状态下的温度检测模型，实现了对熔融金属流体温度场的多态在线准确检测
。
但是该专利技术是将粉尘干扰状态分为轻微干扰和严重干扰两种状态，实际上是分类问题，无法实现粉尘分布场的准确识别，也就无法精确检测熔融金属流体的温度场
。
[0006]公开号为
CN 115060376 A
的专利技术申请，公开了一种基于红外热成像与迭代算法的铝合金温度场测量方法，该方法针对测量过程中发射率不能动态调整的问题，提出了一种基于发射率温度曲线的迭代方法，恢复出最接近真实的温度场
。
但是该专利技术没有考虑环境因素对红外测温的干扰，直接应用于复杂的工业现场难以得到准确的测温结果
。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法及系统，解决了现有动态水雾干扰下温度场检测精度低的技术问题
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法包括：
[0009]采集多源视觉图像，多源视觉图像包括可见光图像与红外热图像
。
[0010]对多源视觉图像进行时间和空间配准
。
[0011]根据时间和空间配准后的多源视觉图像，获取可见光波段的水雾透射率场
。
[0012]将可见光波段的水雾透射率场映射为红外光波段的红外透射率场
。
[0013]基于红外测温原理建立温度场检测模型，并根据红外透射率场和温度场检测模型对水雾干扰下的温度场实现在线检测
。
[0014]进一步地，采集多源视觉图像包括：
[0015]搭建由红外热像仪和可见光相机组成的多源视觉成像系统
。
[0016]采用可以同时被红外热像仪和可见光相机识别的标定板对红外热像仪和可见光相机进行标定，标定板为具有不同发射率棋盘格方块的标定板
。
[0017]基于相机标定后的多源视觉成像系统，同步获取可见光图像与红外热图像
。
[0018]进一步地，对多源视觉图像进行空间配准包括：
[0019]分别提取多源视觉图像中红外热图像和可见光图像的红外轮廓图和可见边缘图
。
[0020]对可见边缘图进行仿射变换，并计算仿射变换后的可见边缘图与红外轮廓图之间的相似度
。
[0021]根据相似度，设计空间配准损失函数
。
[0022]对空间配准损失函数进行最优值求解，获得最优仿射变换参数
。
[0023]根据最优仿射变换参数，对多源视觉图像进行空间配准
。
[0024]进一步地，空间配准损失函数的具体公式为：
[0025][0026][0027][0028]其中，代表损失函数，
p
和
p0分别表示仿射变换参数和仿射变换参数初始值，
E
G
为可见边缘图，
E
C
为红外轮廓图，
*
表示仿射变换函数，
α
为反射变换参数的约束系数，和分别表示红外轮廓图中第
i
个轮廓点在
x
和
y
方向的梯度，和分别表示仿射变换后的可见边缘图中第
i
个轮廓点在
x
和
y
方向的梯度，
n
c
为红外轮廓图和仿射变换后的可见边缘图的轮廓点数量，代表相似度，
||
α
||2代表对
α
求二次范数
。
[0029]进一步地，对多源视觉图像进行时间配准包括：
[0030]通过多源视觉成像系统获取红外光视频流
、
可见光视频流以及与红外光视频流
、
可见光视频流分别对应的第一时间戳和第二时间戳
。
[0031]对第一时间戳和第二时间戳进行线性回归，并分别计算第一时间戳和第二时间戳与线性回归后的第一时间戳和第二时间戳之间的差值，获得第一差值和第二差值
。
[0032]对第一差值和第二差值进行中值滤波，并将中值滤波后的第一差值和第二差值分别与线性回归后的第一时间戳和第二时间戳相加，获得第一标准时间戳和第二标准时间
戳
。
[0033]提取可见光视频流以及红外光视频流中的显著物体的质心，并记录可见光视频流以及红外光视频流中每帧图像的质心坐标与图像在
x
和
y
方向边缘的距离，获得第一距离和第二距离
。
[0034]根据第一距离和第二距离，按照时间戳顺序进行曲线拟合，分别获得红外热像仪和可见光相机在
x
和
y
方向的距离曲线
。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，所述方法包括：采集多源视觉图像，所述多源视觉图像包括可见光图像与红外热图像；对多源视觉图像进行时间和空间配准；根据时间和空间配准后的多源视觉图像，获取可见光波段的水雾透射率场；将可见光波段的水雾透射率场映射为红外光波段的红外透射率场；基于红外测温原理建立温度场检测模型，并根据红外透射率场和温度场检测模型对水雾干扰下的温度场实现在线检测
。2.
根据权利要求1所述的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，采集多源视觉图像包括：搭建由红外热像仪和可见光相机组成的多源视觉成像系统；采用可以同时被红外热像仪和可见光相机识别的标定板对红外热像仪和可见光相机进行标定，所述标定板为具有不同发射率棋盘格方块的标定板；基于相机标定后的多源视觉成像系统，同步获取可见光图像与红外热图像
。3.
根据权利要求2所述的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，对多源视觉图像进行空间配准包括：分别提取多源视觉图像中红外热图像和可见光图像的红外轮廓图和可见边缘图；对可见边缘图进行仿射变换，并计算仿射变换后的可见边缘图与红外轮廓图之间的相似度；根据相似度，设计空间配准损失函数；对空间配准损失函数进行最优值求解，获得最优仿射变换参数；根据最优仿射变换参数，对多源视觉图像进行空间配准
。4.
根据权利要求3所述的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，空间配准损失函数的具体公式为：于，空间配准损失函数的具体公式为：于，空间配准损失函数的具体公式为：其中，代表损失函数，
p
和
p0分别表示仿射变换参数和仿射变换参数初始值，
E
G
为可见边缘图，
E
C
为红外轮廓图，
*
表示仿射变换函数，
α
为反射变换参数的约束系数，和分别表示红外轮廓图中第
i
个轮廓点在
x
和
y
方向的梯度，和分别表示仿射变换后的可见边缘图中第
i
个轮廓点在
x
和
y
方向的梯度，
n
c
为红外轮廓图和仿射变换后的可见边缘图的轮廓点数量，代表相似度，
||
α
||2代表对
α
求二次范数
。5.
根据权利要求4所述的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，对多源视觉图像进行时间配准包括：通过多源视觉成像系统获取红外光视频流
、
可见光视频流以及与红外光视频流
、
可见
光视频流分别对应的第一时间戳和第二时间戳；对第一时间戳和第二时间戳进行线性回归，并分别计算第一时间戳和第二时间戳与线性回归后的第一时间戳和第二时间戳之间的差值，获得第一差值和第二差值；对第一差值和第二差值进行中值滤波，并将中值滤波后的第一差值和第二差值分别与线性回归后的第一时间戳和第二时间戳相加，获得第一标准时间戳和第二标准时间戳；提取可见光视频流以及红外光视频流中的显著物体的质心，并记录可见光视频流以及红外光视频流中每帧图像的质心坐标与图像在
x
和
y
方向边缘的距离，获得第一距离和第二距离；根据第一距离和第二距离，按照时间戳顺序进行曲线拟合，分别获得红外热像仪和可见光相机在
x
和
y
方向的距离曲线；根据红外热像仪和可见光相机在
x
和
y
方向的距离曲线，计算时钟源时移；根据第一标准时间戳
、
第二标准时间戳以及时钟源时移，对多源视觉成像系统的时钟源进行时间校准
。6.
根据权利要求5所述的水雾干扰下基于多源视觉的温度场在线检测方法，其特征在于，根据红外热像仪和可见光相机在
x
和
y
方向的距离曲线，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘冬，李奕天，蒋朝辉，余浩洋，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：