基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统的制作方法

本发明属于电力设备巡检机器人技术领域，特别属于电力设备巡检机器人图像、视频采集技术领域，具体涉及一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统。

背景技术：

电力设备巡检机器人，由于其巡检覆盖范围广、检测精度高、可监控设备类型丰富、易实现自动巡检等优点，已经在电力行业中各个生产环境（如变电站、电缆沟等）得到广泛应用，特别是在变电站、电缆沟等存在人员安全风险或人员难以进入的场地，利用巡检机器人代替传统的人工巡检，主要用于代替人工采集电力设备的图像、影像、声音、温度等数据。

其中，针对采集图像和影像数据，目前主流技术是使用普通高清摄像头进行拍摄，巡检机器人需要精确运动到采集数据设备的附近指定位置，精准调整摄像头位置、高度和角度，并以待采集设备读数界面为摄像头镜头焦点，调整摄像头光学参数，以保证拍摄的设备图像和影像的清晰。每采集一个设备的数据，就需要移动、调焦、拍摄一次，由于每个设备到摄像头的距离、角度等光学参数不同，无法一次拍摄多个设备的图像和影像，数据采集时间长，效率低。因此如何克服现有技术的不足是目前电力设备巡检机器人技术领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，该系统可以实现一次运行采集多个设备图像和/或影像数据的功能，从而大大缩短电力设备机器人巡检的时间，提高巡检效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，其特征在于，包括安装在电力设备巡检机器人上的相机阵列、拍摄控制模块、超分辨率数字对焦处理模块、景深融合处理模块和图像生成模块。

相机阵列分别与拍摄控制模块、超分辨率数字对焦处理模块相连。

景深融合处理模块分别与超分辨率数字对焦处理模块、图像生成模块相连。

拍摄控制模块用于控制相机阵列中所有相机按预设的参数、角度和次数对目标区域进行拍摄，获取目标区域内不同视点位置的光学数据。

超分辨率数字对焦处理模块用于对相机阵列拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构。

景深融合处理模块用于将经超分辨率数字对焦处理模块对焦处理后，对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据。

图像生成模块用于根据景深融合处理模块计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

进一步，优选的是，相机阵列为一个由m×n个相机组成的相机阵列，其中，m和n均为正整数，m可以等于n。

本发明同时提供一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集方法，采用上述基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，包括如下步骤：

步骤（1），拍摄：将电力设备巡检机器人运行到相机阵列中所有相机的取景范围合集能够覆盖目标区域内所有待采集设备的位置，拍摄控制模块控制相机阵列中所有相机按预设的参数、角度和次数对进行拍摄，获取目标区域不同视点位置的光学数据；

步骤（2），数字对焦处理：超分辨率数字对焦处理模块对相机阵列（1）拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构；

步骤（3）：景深融合处理：将经数字对焦处理后的对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据；

步骤（4）：图像生成：图像生成模块根据景深融合处理模块计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

本发明系统相机阵列中每个相机按一定的策略设置不同的光学参数，获取目标区域不同视点位置的图像，再采用数字对焦和景深融合技术，相机阵列大量增加了成像系统的视角信息和视场范围，在焦点选择和景深调节上具有更高的自由度和灵活性，非常适用于多层次景物的识别和分类。

本发明将电力设备巡检机器人运行到相机阵列中所有相机的取景范围合集能够覆盖目标区域内所有待采集设备的位置，相机阵列中所有相机同时进行拍摄，获取拍摄方向上各个景深的光学数据，再利用计算机视觉算法对光学数据进行数字对焦和景深融合处理，生成取景范围内所有目标都清晰成像的全景深图像，以此方式实现瞬时拍摄采集多个设备读数图像和影像数据，缩短数据采集时间，提高巡检效率。

本发明中超分辨率数字对焦处理是通过数字对焦来提高成像景深范围，并有效地提高离焦成像系统的分辨能力，再通过图像超分辨重构方法进行高分辨率图像的重建，提高图像分辨率。

景深融合处理是针对经过超分辨率数字对焦技术处理的各个目标图像数据，在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明所提出的一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，针对变电站内同一待巡检设备区域，采用配备一个由m×n个相机组成的相机阵列（m和n为正整数，m可以等于n）的巡检系统，每个相机按一定的策略设置不同的光学参数，获取目标区域不同视点位置的图像；采用超分辨率数字对焦技术拍摄各个目标高分辨率清晰图像数据；通过对远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，从而生成所有目标都能够清晰成像的全景深图像数据。

传统拍摄技术，必须对每个需要采集图像、影像数据的电力设备独立进行一次对焦和拍摄。本系统可以实现一次运行采集多个设备图像和影像数据的功能，从而大大缩短电力设备机器人巡检的时间，提高巡检效率；同时，由于本系统拍摄位置精度要求低于传统拍摄技术，能够显著降低变电站等电力生产环境为巡检机器人能够运行而进行改造施工的技术难度，降低改造成本。

附图说明

图1是基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统；其中，1、相机阵列；2、拍摄控制模块；3、超分辨率数字对焦处理模块；4、景深融合处理模块；5、图像生成模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

如图1所示，基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，包括安装在电力设备巡检机器人上的相机阵列1、拍摄控制模块2、超分辨率数字对焦处理模块3、景深融合处理模块4和图像生成模块5；

相机阵列1分别与拍摄控制模块2、超分辨率数字对焦处理模块3相连；

景深融合处理模块4分别与超分辨率数字对焦处理模块3、图像生成模块5相连；

拍摄控制模块2用于控制相机阵列1中所有相机按预设的参数、角度和次数对进行拍摄，获取目标区域不同视点位置的光学数据；

超分辨率数字对焦处理模块3用于对相机阵列1拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构；

景深融合处理模块4用于将经超分辨率数字对焦处理模块3对焦处理后的对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据；

图像生成模块5用于根据景深融合处理模块4计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集方法，采用本实施例基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，包括如下步骤：

步骤（1），拍摄：将电力设备巡检机器人运行到相机阵列中所有相机的取景范围合集能够覆盖目标区域内所有待采集设备的位置，拍摄控制模块控制相机阵列中所有相机按预设的参数、角度和次数对进行拍摄，获取目标区域不同视点位置的光学数据；

步骤（2），数字对焦处理：超分辨率数字对焦处理模块对相机阵列（1）拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构；

步骤（3）：景深融合处理：将经数字对焦处理后的对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据；

步骤（4）：图像生成：图像生成模块根据景深融合处理模块计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

实施例2

如图1所示，基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统包括安装在电力设备巡检机器人上的相机阵列1、拍摄控制模块2、超分辨率数字对焦处理模块3、景深融合处理模块4和图像生成模块5；

相机阵列1为一个由m×n个相机组成的相机阵列，其中，m和n均为正整数，m可以等于n；

相机阵列1分别与拍摄控制模块2、超分辨率数字对焦处理模块3相连；

景深融合处理模块4分别与超分辨率数字对焦处理模块3、图像生成模块5相连；

拍摄控制模块2用于控制相机阵列1中所有相机按预设的参数、角度和次数对进行拍摄，获取目标区域不同视点位置的光学数据；

超分辨率数字对焦处理模块3用于对相机阵列1拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构；

景深融合处理模块4用于将经超分辨率数字对焦处理模块3对焦处理后的对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据；

图像生成模块5用于根据景深融合处理模块4计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

一种基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集方法，采用本实施例基于相机阵列技术的电力设备巡检图影像采集处理系统，包括如下步骤：

步骤（1），拍摄：将电力设备巡检机器人运行到相机阵列中所有相机的取景范围合集能够覆盖目标区域内所有待采集设备的位置，拍摄控制模块控制相机阵列中所有相机按预设的参数、角度和次数对进行拍摄，获取目标区域不同视点位置的光学数据；

步骤（2），数字对焦处理：超分辨率数字对焦处理模块对相机阵列（1）拍摄得到的光学数据进行数字对焦处理，校正像面位置数据，采用超分辨率重建算法对校正后的子图像进行高分辨率重构；

步骤（3）：景深融合处理：将经数字对焦处理后的对焦在远近不同位置的光学数据进行小波分解和融合，计算获取目标区域内所有目标的清晰成像数据；

步骤（4）：图像生成：图像生成模块根据景深融合处理模块计算获取的目标区域内所有目标的清晰成像数据进行成像，得到目标区域的全景深图像和/或影像。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。