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专利号: 2017109545197
申请人: 西安科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种变电站设备红外智能监测系统,其特征在于:包括布设在监测现场且用于对变电站设备的红外图像进行拍摄的多个红外热像仪(1)和与多个红外热像仪(1)均连接且用于采集多个红外热像仪(1)拍摄的红外图像的图像采集控制器(2),以及通过以太网(3)与图像采集控制器(2)连接并通信的监测服务器(4)和与监测服务器(4)连接并通信的的客户端计算机(5);所述图像采集控制器(2)包括FPGA模块(2-1)和为图像采集控制器(2)中各用电模块供电的不间断供电电源(2-4),以及均与FPGA模块(2-1)连接并通信的MCU模块(2-2)和DSP模块(2-3),所述FPGA模块(2-1)上接有A/D转换器(2-12)、EEPROM存储器(2-5)和SRAM存储器(2-6),所述DSP模块(2-3)上接有第一FLASH存储器(2-7)和第一SDRAM存储器(2-8),所述MCU模块(2-2)上接有以太网控制器(2-9)、第二FLASH存储器(2-10)和第二SDRAM存储器(2-11)。

2.按照权利要求1所述的变电站设备红外智能监测系统,其特征在于:所述不间断供电电源(2-4)包括充电电池(2-41)和用于将220V交流电转换为+5V电压的交直流转换电路(2-

42),以及用于选择220V交流电供电或充电电池(2-41)供电的电源管理电路(2-43),所述充电电池(2-41)和交直流转换电路(2-42)均与电源管理电路(2-43)连接,所述交直流转换电路(2-42)的输出端接有与充电电池(2-41)连接的电池充电电路(2-46),所述充电电池(2-

41)上接有用于对充电电池(2-41)进行过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护和高温保护的电池保护电路(2-44),所述充电电池(2-41)的输出端接有电池电量检测电路(2-

45)。

3.按照权利要求1所述的变电站设备红外智能监测系统,其特征在于:所述FPGA模块(2-1)包括Altera公司生产的Cyclone II系列中的型号为EP2C70的FPGA芯片,所述MCU模块(2-2)包括51系列单片机,所述DSP模块(2-3)包括TI公司生产的型号为TMS320C6416的DSP芯片;

所述交直流转换电路(2-42)包括整流器DZ、芯片TPS54040DGQR和肖特基二极管D1,所述整流器DZ的两个交流输入端分别与220V交流电源(6)的两个输出端连接,所述整流器DZ的负极直流输出端接地,所述芯片TPS54040DGQR的第2引脚与整流器DZ的正极直流输出端连接,且通过极性电容C2接地,且通过串联的电阻R1和电阻R2接地;所述芯片TPS54040DGQR的第3引脚与电阻R1和电阻R2的连接端连接,所述芯片TPS54040DGQR的第4引脚通过非极性电容C3接地,所述芯片TPS54040DGQR的第5引脚通过电阻R3接地,所述芯片TPS54040DGQR的第7引脚与第10引脚之间接有串联的电阻R6、电阻R5和电感L1,所述芯片TPS54040DGQR的第

7引脚还通过电阻R7接地;所述芯片TPS54040DGQR的第8引脚通过非极性电容C4接地,且通过串联的电阻R4和非极性电容C5接地;所述芯片TPS54040DGQR的第9引脚和第11引脚均接地,所述芯片TPS54040DGQR的第10引脚与肖特基二极管D1的阴极连接,所述肖特基二极管D1的阳极接地,所述电阻R5和电感L1的连接端为交直流转换电路(2-42)的+5V电压输出端,且通过并联的非极性电容C8和极性电容C7接地;

所述电源管理电路(2-43)包括PMOS管Q14、整流二极管D26和快恢复二极管D35,所述PMOS管Q14的栅极和整流二极管D26的阳极均与交直流转换电路(2-42)的+5V电压输出端相接,所述PMOS管Q14的漏极和快恢复二极管D35的阳极均与充电电池(2-41)的正极相接,所述PMOS管Q14的源极和快恢复二极管D35的阴极均与整流二极管D26的阴极相接且为电源管理电路(2-43)的+4.3V电压输出端;

所述电池电量检测电路(2-45)包括电阻R99和电阻R100,所述电阻R99的一端和电阻R100的一端均与MCU模块(2-2)的输入端连接,所述电阻R99的另一端与锂电池BT1的正极相接,所述电阻R100的另一端接地;所述电池充电电路(2-46)包括三极管Q15、三极管Q16和整流二极管D33,所述三极管Q16的基极通过电阻R102与MCU模块(2-2)的输出端连接,所述三极管Q16的发射极接地,所述三极管Q15的基极通过电阻R101与三极管Q16的集电极相接,所述三极管Q15的发射极与交直流转换电路(2-42)的+5V电压输出端相接,所述三极管Q15的集电极与整流二极管D33的阳极相接,所述整流二极管D33的阴极通过电阻R98与锂电池BT1的正极相接;

所述电池保护电路(2-44)包括锂电池保护芯片DW01、NMOS管Q15和NMOS管Q16,所述锂电池保护芯片DW01的第5引脚通过电阻R109与锂电池BT1的正极相接,且通过非极性电容C88与锂电池BT1的负极相接,所述锂电池保护芯片DW01的第6引脚和NMOS管Q15的源极均与锂电池BT1的负极相接,所述锂电池保护芯片DW01的第1引脚与NMOS管Q15的栅极相接,所述锂电池保护芯片DW01的第3引脚与NMOS管Q16的栅极相接,所述NMOS管Q15的漏极与NMOS管Q16的漏极相接,所述NMOS管Q16的源极接地,所述锂电池保护芯片DW01的第2引脚通过电阻R96接地。

4.一种对如权利要求1所述系统采集的变电站设备红外监测图像进行特征提取的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、所述图像采集控制器(2)采集多个红外热像仪(1)拍摄的变电站设备红外图像并通过以太网(3)传输给监测服务器(4);

步骤二、监测服务器(4)基于Retinex理论对变电站设备红外图像进行图像增强处理,具体过程为:步骤201、首先,将变电站设备红外图像灰度化,然后,根据Retinex理论将变电站设备红外图像S(x,y)分解为反射物体图像R(x,y)和入射光图像L(x,y);

步骤202、采用取对数的方法将照射光分量和反射光分离,用公式表示为:

S(x,y)=log(R(x,y))+log(L(x,y))      (A1)

步骤203、采用高斯模板对变电站设备红外图像S(x,y)做卷积进行低通滤波,得到低通滤波后的图像D(x,y),用公式表示为:D(x,y)=S(x,y)*F(x,y)       (A2)

其中,F(x,y)表示高斯滤波函数;

步骤204、在对数域中,用原图像R(x,y)减去低通滤波后的图像D(x,y),得到高频增强的图像G(x,y),用公式表示为:G(x,y)=R(x,y)-log(D(x,y))       (A3)

步骤205、对高频增强的图像G(x,y)取反对数,得到增强后的图像R′(x,y):

R′(x,y)=exp(G(x,y))        (A4)

步骤三、监测服务器(4)采用改进的直方图均衡化算法对经过步骤二处理得到的变电站设备红外图像进行图像增强处理,具体过程为:步骤301、将步骤二处理得到的增强后的图像R′(x,y)表示为灰度直方图;

步骤302、首先,确定分段灰度变换的参数x1、x2、y1和y2,其中,x1为背景与目标区域的分界点,y1为背景与目标区域的分界点处的灰度值,x2为目标区域的代表点,y2为目标区域的代表点处的灰度值;然后,采用由参数x1、x2、y1和y2作为系数的分段线性变换函数对步骤

301得到的灰度直方图进行分段灰度变换,得到分段灰度变换图;

步骤303、得到分段灰度变换图的直方图并统计其灰度级rk和各灰度级像素数nk,其中,k为经过步骤302变换后的图像中的第k个灰度级,且k的取值为0,1,2,...,L-1;L为灰度级的总数;

步骤304、根据公式pk=nk/N计算分段灰度变换图的直方图各灰度级像素数的概率pk,其中,N为灰度图像的像素点总数;

步骤305、根据公式 计算分段灰度变换图中各灰度级的累计概率sk;

步骤306、对sk取整得到新的灰度变换图的累计概率Sk=int{(L-1)sk+0.5};

步骤307、将步骤306中的Sk与步骤303中的rk相对应,建立rk与Sk的映射关系,绘制累计直方图,并统计在rk与Sk的映射关系下新灰度变换图中各灰度级的概率p′k;

步骤308、统计新灰度变换图的各灰度级像素n′k;

步骤309、绘制出新灰度变换图;

步骤四、监测服务器(4)采用改进的区域生长分割算法对经过步骤三处理得到的变电站设备红外图像进行图像分割处理,并采用形态学的方法对分割得到的图像进行修复和完善,具体过程为:步骤401、对经过步骤三处理得到的新灰度变换图进行二值化处理,得到二值图像;

步骤402、标注步骤401得到的二值图像中的连通分量;

步骤403、从步骤402中标注的连通分量中,找出最大的连通分量;

步骤404、计算并标记出最大的连通分量的中心;

步骤405、以所标记的最大的连通分量的中心为种子点进行8邻域的区域生长,得到区域分割图像;

步骤406、对区域内部的大空洞进行区域填充,并对区域内部的小空洞和区域边界的毛刺部分进行膨胀或开运算操作;

步骤五、监测服务器(4)调用图像特征提取模块对变电站设备红外图像进行特征提取,具体过程为:步骤501、监测服务器(4)将经过步骤四处理得到的变电站设备二值图像与步骤一中获取的原始的变电站设备红外图像进行点乘,提取出原始的变电站设备红外图像中的设备区域;

步骤502、监测服务器(4)对经过步骤501处理后提取出的原始的变电站设备红外图像中的设备区域进行三阶颜色矩提取;

步骤503、监测服务器(4)对经过步骤四处理得到的变电站设备二值图像进行不变矩提取;

步骤504、监测服务器(4)将步骤502中提取到的三阶颜色矩和步骤503中提取到的不变矩合并,作为变电站设备红外图像的特征向量。

5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤302中将最左侧波峰后的波谷的最低点作为背景与目标区域的分界点x1,将最右侧的波峰点作为目标区域的代表点x2;步骤302中采用的分段线性变换函数为二分段线性变换函数,用公式表示为:其中,x为二分段线性变换函数的自变量。

6.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:定义分段灰度变换后的x1不变,y1=0,y2=x2;将二分段线性变换函数,用公式表示为:

7.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤403中所述步骤402中标注的连通分量中,找出最大的连通分量的具体过程为:对步骤402中标注的各个连通分量中的像素进行计数,然后找到像素最大的连通分量,即为最大的连通分量。

8.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤406中所述大空洞为像素区域大于7×

7的空洞,所述小空洞为像素区域小于等于7×7的空洞。

9.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤502中所述监测服务器(4)对经过步骤

501处理后提取出的原始的变电站设备红外图像中的设备区域进行三阶颜色矩提取时是取图像中的亮度特征进行三阶颜色矩提取的,一阶颜色矩用公式表示为:二阶颜色矩用公式表示为:

三阶颜色矩用公式表示为:

其中,I(pi)为原始的变电站设备红外图像中的设备区域中第i个像素的亮度特征。

10.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤503中所述监测服务器(4)对经过步骤四处理得到的变电站设备二值图像进行不变矩提取时提取了p+q≤3的七个不变矩七个不变矩 用公式分别表示为:其中,ηpq为变电站设备二值图像的目标区域的归一化中心矩且 r=(p+q)/2+1,p为变电站设备二值图像的像素的值且p的取值为0或1,q为变电站设备二值图像的像素的值且当p的取值为0时q的取值为1,当p的取值为1时q的取值为0;μpq为变电站设备二值图像的目标区域的中心矩且 f(x,y)为变电站设备二值图像的分布函数,x为横坐标变量,y为纵坐标变量, 为变电站设备二值图像的目标区域的中心,为变电站设备二值图像的目标区域的中心的横坐标且 为变电站设备二值图像的目标区域的中心的纵坐标且 m00为变电站设备二值图像的目标区域内的点数,mpq为变电站设备二值图像的p+q阶矩且