用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统的制作方法

本发明涉及电力巡检技术领域，尤其涉及用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统。

背景技术

近年来，随着我国超(特)高压输电线路建设的高速发展，高电压、大功率、长距离输电线路越建越多，穿越的地理环境越来越复杂，直升机巡线作为一种高效的巡检技术在国内多个电网运营单位得到了应用。国内直升机电力作业业务逐步已步入了快速发展、稳步提升的轨道，实现了输电线路直升机巡视的常态化和规模化。

传统的直升机巡检作业，主要以直升机/无人机为平台，搭载红外、可见光等设备对架空输电线路进行巡查和检测的作业，而采用直升机/无人机进行线路巡检时，常用的一种巡检手段是搭载光电吊舱进行可见光/红外成像。采用吊舱法巡检时，通常为一人使用相机和稳像仪进行目视巡检，另外一人操作巡检光电吊舱进行红外巡检。这种巡检作业需两人分别操作进行巡检，然后后期进行数据处理，缺陷数据不能得到及时的处理，智能化水平不足，数据实时性和准确性方面越来越不能满足电力线巡检作业的要求。

技术实现要素：

本发明结合现有技术存在的不足，为了保证红外热点的追踪，公开一种用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统，确保追踪数据的实时性和准确性，达到直升机热点追踪的目的，提高直升机巡检效率。

本发明实现上述目的采用的技术方案为，用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统，用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统，其特征在于，所述系统包括：视频数据采集模块，利用双通道进行视频数据采集；数据分析处理模块；结合经过数据分析处理模块处理后同步输出的实时信息对吊舱进行控制；视频显示模块，用于对输出视频数据进行时序控制，完成视频的输出显示。

进一步地，所述视频数据采集模块通过解码摄像头输出的模拟视频信号，以avi格式输出数字视频信号；采用fifo缓冲提取到的有效数字视频信号；采集gps信息和采集罗盘的飞行姿态。

进一步地，所述数据分析处理模块对所述视频数据采集模块采集的数据另开缓冲，针对缓冲帧数据，进行mean-shift跟踪算法，并对实时信息同步输出。

进一步地，所述对视频数据采集模块采集的数据另开缓冲包括如下步骤：

1)缓冲可见光、红外视频流数据；

2)发现检测目标，对检测目标进行吊舱控制；

3)在缓冲的视频流数据中进行可见光追踪。

进一步地，所述对吊舱进行控制的方法为通过分析检测目标的红外最高温，获取最高温的图像位置，微调吊舱使红外最高温至图像中心点，并将所述中心位置反馈给吊舱，以调整所述吊舱的姿态直至将检测目标调至中心点，直升机悬停。

工作原理：本发明的用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统，采用红外、可见光视频源的图像处理系统，对多种特征进行追踪，并对这些信息进行有效的分析整合。通过双通道的视频采集、传输、分析处理并显示，以独立缓冲数据进行分别对数据进行分析，在不影响显示与存储的前期条件下，对电力发热设备进行高温追踪，并能对实时高精度的gps，直升机姿态数据进行帧同步保存，保证了红外与可见光数据的同步，更加稳定地进行热点追踪。

本发明方法运用来进行直升机巡线过程红外热点追踪存在的有益效果为：

(1)采用双通道可同时播放同步记录的红外视频、可见光视频，实现数据的实时性和准确性，采用红外、可见光视频源的图像处理系统，对多种特征进行追踪，能够增加追踪的稳定性，解决单个可见光摄像头中的目标类型信息、温度信息缺失等问题。

(2)采用高精度的gps、飞机罗盘姿态参数采集的数据与视频每帧写入同步信息，从而实现了实时采集信息的帧同步。

(3)实现在直升机追踪的过程中对数据的同步保存，提高直升机追踪的有效控制性，降低控制的延时性。

(4)达到直升机热点追踪的目的，更准备定位并追踪目标、实现可见光与红外视频信息的多种特征的有效利用、实现双通道的准确跟踪，提高直升机巡检效率。

附图说明

图1是本发明mean-shift算法的程序流程图。

图2是本发明mean-shift算法的迭代过程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本发明用于直升机巡线过程红外热点追踪的图像信息处理系统，所述系统包括视频数据采集模块；数据分析处理模块；并结合经过数据分析处理模块处理后同步输出的实时信息对吊舱进行控制。

(1)视频采集模块

主要完成双通道视频数据的采集工作，由于经a/d采样后得到的视频数据并不能直接进行处理，所得到的数据需要根据标志位完成有效数据的提取，并完成视频格式的转换。通过数据采集包括高精度gps信息、罗盘的飞行姿态，具体包括：1)摄像头输出的模拟视频信号经解码后输出avi格式的数字视频信号；2)视频采集模块采用fifo缓冲提取到的有效视频信号，对视频信号的提取；3)通过采集gps信息、采集罗盘的飞行姿态，使用定向技术，如使用10m长基线，能达到0.05°的高精度定向。通过高精度的gps、罗盘的飞行姿态数据采集，并对进行实时输入，为直升机的准确追踪提供数据基础。

(2)分析处理模块

对采集到的数据另开缓冲进行分析，实现高温目标的实时跟踪功能。通过缓冲帧数据，进行mean-shift跟踪算法。在保证视频显示与存储同时，可见光对目标进行识别，把目标中心位置控制在图像中心点，从而实现目标位置跟踪、锁定吊舱的控制中心。开辟缓冲区，对缓冲区在另一线程进行分析并实时输出结果，并并把结果信息同步保存到视频帧数据，具体步骤为：缓冲可见光、红外视频流数据；发现高温目标，对目标进行吊舱控制；在缓冲的视频流数据中进行可见光追踪。

mean-shift目标跟踪算法是一种无参数估计的方法，采用颜色直方图概率分布来描述目标，其核心思路是通过目标中心点到各个像素点之间的距离对各个像素点进行加权，通过反复计算均值偏移量修正估计位置，最终找到目标位置，该算法能够很好的抑制边缘噪声、干扰物以及部分遮挡等问题带来的影响。同时，mean-shift方法是一种半自动目标跟踪算法，程序最开始需要通过手动将目标通过搜索窗口圈出，计算该窗口内的颜色直方图分布，跟踪过程中，计算当前帧窗口中的直方图分布，通过相似性度量来判断局部极大值，使搜索窗口沿密度增加最大的方向移动，直至移动到目标的真实位置。mean-shift方法算法计算量小，采用核函数直方图建模，对边缘遮挡、目标旋转、变形和背景运动不敏感，具有良好的实时性和鲁棒性。

mean-shift算法的程序流程如图1所示，首先获取目标中心位置坐标，确定目标窗大小，然后进行mean-shift算法迭代得到目标位置估计，判断该点巴氏距离与阈值关系，如果小于阈值rl则认为找到正确的目标位置，在下一帧图像中，将上一帧中最后得到的目标位置作为当前帧中候选模型的起始点，重新开始mean-shift迭代；若巴氏距离大于设定阈值rl且小于rh认为得到的目标位置不准确，但仍可能通过后续迭代修正目标，下一帧仍以该点为算法起始点；若阈值大于rh则认为算法丢失目标，需要重新确定目标位置。

mean-shift算法的迭代过程如图2所示，首先以给定位置(x，y)为起点，对灰度值分区，根据核函数计算候选区域灰度直方图px和py，计算归一化系数ch，得到归一化直方图分布pcx和pcy，然后计算各像素点权值wi，对窗口内像素点位置加权平均得到新的候选点，计算该点的灰度直方图分布，计算其与目标直方图的巴氏距离并与设定阈值比较，小于阈值则迭代结束，以该点作为目标位置；若不小于阈值，且迭代次数少于设定值，则用该点位置坐新一次迭代的初始位置。

(3)吊舱控制模块

完成吊舱转动控制，从而实现吊舱的高温目标追踪。通过分析红外最高温，获取最高温的图像位置，微调吊舱使红外最高温至图像中心点，并将所述中心位置反馈给吊舱，以调整所述吊舱的姿态，直到将目标位置调至中心点，直升机进行悬停。

具体方法为：控制吊舱水平旋转和垂直旋转，最后控制吊舱，本实施例中为全数字动态红外热像仪锁定杆塔，将整个杆塔放置在全数字动态红外热像仪的视场内。通过分析红外最高温，获取最高温的图像位置，微调吊舱使红外最高温至图像中心点，并将所述中心位置反馈给吊舱，以调整所述吊舱的姿态。如此，将检测目标调至中心点，进行详细关注，直升机进行悬停。

(4)视频显示模块

进行视频的输出显示，对输出视频数据进行时序控制，完成视频的输出显示。

1)视频数据在机柜进行实时显示。

视频显示模块实现视频数据在vga显示器上输出显示功能，数字图像在vga显示器上显示需要完成vga的时序构建和数字信号到模拟信号的转换。输出视频按照原视分辨率输出显示，红外选用分辨率大小相近的320×240@30hz的标准vga显示模式。

2)实时采集的gps、飞行姿态信息进行帧同步写入，并保存信息。

gps、姿态信息与视频数据的帧同步写入和读出。红外显示模块的30hz，可见光为20mhz。采用红外、可见光视频源的图像处理系统，多种特征进行追踪，能够增加追踪的稳定性，解决单个可见光摄像头中的目标类型信息、温度信息缺失等问题。双通道红外、可见光视频源能够提供较单一视频源更丰富多样的数据信息，对这些信息进行有效的分析整合，能够实现对电力设备发热目标的更加有效的实时跟踪。通过双通道的视频采集、传输、分析处理并显示。以独立缓冲数据进行分别对数据进行分析，在不影响显示与存储的前期条件下，对电力发热设备进行高温追踪，并能对实时高精度的gps，直升机姿态数据进行帧同步保存，保证了红外与可见光数据的同步，更加稳定进行热点追踪，跟踪精度≤20％视场角(rms)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。