專利名稱：紅外成像溫度監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，屬于紅外熱成像技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
一切物體都在向四周輻射電磁波，其電磁波的波長(zhǎng)連續(xù)覆蓋了整個(gè)電磁波譜，但 輻射能量主要集中在中心波長(zhǎng)附近。中心波長(zhǎng)與物體的溫度有關(guān)系，其值與物體的絕對(duì)溫 度(熱力學(xué)溫度)成反比。攝氏溫度為-5(T10(TC的物體，輻射的中心波長(zhǎng)位于纊14 μπι的 范圍，屬于紅外光線，所以通常被稱為紅外熱輻射，簡(jiǎn)稱熱輻射。紅外熱像儀是是將這些人眼不可見的紅外熱輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷臒嵯駡D的設(shè) 備。其工作原理是，將吸收的紅外熱輻射轉(zhuǎn)化成熱，引起熱像儀中紅外焦平面陣列的像元升 溫，然后再將溫升引起的電信號(hào)變化輸出到顯示設(shè)備中。溫升不同，引起的電信號(hào)變化也不 同。經(jīng)過測(cè)溫算法處理后，針對(duì)不同的數(shù)值賦予不同的假彩色，在熱像儀的顯示屏上通過顏 色的不同顯示出目標(biāo)的溫度分布，也可以直接顯示出溫度的具體數(shù)值。能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫功能 的紅外熱像儀被稱為紅外測(cè)溫儀。用紅外測(cè)溫儀測(cè)量物體的溫度受到兩方面因素的影響，一個(gè)是目標(biāo)物體的輻射 率，一個(gè)是目標(biāo)與測(cè)溫儀的距離。輻射能量的高低不僅僅與物體的表面溫度有關(guān)，還與物體 的輻射本領(lǐng)有關(guān)。該輻射本領(lǐng)通常用一個(gè)參數(shù)輻射率(也稱發(fā)射率或灰體系數(shù))ε來(lái)標(biāo)志。 輻射率為一無(wú)單位的純數(shù)，取值范圍為(Tl。兩個(gè)大小形狀一樣的物體，即使溫度相同，距測(cè) 溫儀的距離也相同，但如果輻射率不同，則單位時(shí)間內(nèi)往外輻射的能量也不相同。反映在測(cè) 溫儀上，這兩個(gè)實(shí)際溫度相同的物體，測(cè)出的溫度是不一樣的。另一方面，同一個(gè)物體，離測(cè) 溫儀遠(yuǎn)的時(shí)候和近的時(shí)候，測(cè)出的溫度也不一定是相同的。因此，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)溫，需要 事先知道目標(biāo)與熱像儀的大致距離和物體表面的輻射率。輻射率和距離這兩個(gè)因素實(shí)際上 限制了紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用范圍。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)向著高電壓等級(jí)、超大容量的發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)安全可靠運(yùn)行 提出了越來(lái)越高的要求，其發(fā)展方向是采用在線監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀 態(tài)，以達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患和苗頭的目的。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和新型傳感器、計(jì)算 機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)的融和，特別是高電壓絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)變電站在不停電的情況下進(jìn)行自動(dòng)安全檢測(cè)成為可能。將在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與紅外熱成像技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，可以為高電壓設(shè)備的狀態(tài)檢 修、安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)及無(wú)人值守變電站等工作提供理想的解決方案，新的《帶電設(shè)備紅外診斷 應(yīng)用規(guī)范DL/T664-2008》也專門對(duì)在線型紅外熱像系統(tǒng)提出了具體要求。由于目前紅外熱成像檢測(cè)大都采用便攜式熱像儀操作檢測(cè)，對(duì)存儲(chǔ)的熱圖像往往 需要離線導(dǎo)入PC機(jī)進(jìn)行分析診斷，因此只能實(shí)現(xiàn)間斷性的監(jiān)測(cè)分析，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱分布場(chǎng) 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)熱像故障性質(zhì)的實(shí)時(shí)診斷，這往往會(huì)造成延誤而引起較大損失。另外對(duì)某 些特殊場(chǎng)合如無(wú)人值守變電站，若采用便攜式熱像儀，往往會(huì)帶來(lái)人工勞動(dòng)強(qiáng)度的提升及
4診斷不及時(shí)等缺陷。因此，雖然目前的紅外熱像儀在電力行業(yè)已經(jīng)得到了較為普及的應(yīng)用， 但基于始終需人工操作這一點(diǎn)，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)工作方便性和控制實(shí)時(shí)性。使用云臺(tái)可以通過步進(jìn)電機(jī)改變紅外熱像儀的朝向，實(shí)現(xiàn)用少量紅外熱像儀覆蓋 大范圍的目的，但是在獲得空間優(yōu)勢(shì)的同時(shí)犧牲了時(shí)間上的連續(xù)性。由于熱像儀的視場(chǎng)角 通常只有2(Γ40°，而需要覆蓋的范圍則經(jīng)常是視場(chǎng)角的很多倍，因此使用云臺(tái)輔助的熱像 儀只能間斷性地覆蓋空間中的某一塊區(qū)域，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。在此背景下，業(yè)內(nèi)強(qiáng)烈希望有一種智能化的紅外熱像在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程控制操作。本發(fā)明提供了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的幫助下，工作人員 可以在監(jiān)測(cè)室里實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)如變電站內(nèi)各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)對(duì)各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí) 分析和存儲(chǔ)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)報(bào)警，如有必要也能夠自動(dòng)控制變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。上 級(jí)單位也可以通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)進(jìn)入紅外熱像溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)方便地掌握變電站 的運(yùn)行情況。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有測(cè)溫技術(shù)和設(shè)備不能同時(shí)兼顧實(shí)時(shí)性和完整性的問題，本發(fā)明提出 了一種新的測(cè)溫方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)固定位置和朝向的紅外熱像儀，以多 視角完全覆蓋被測(cè)目標(biāo)，利用被測(cè)目標(biāo)的紅外熱輻射進(jìn)行非接觸式測(cè)溫，所測(cè)的溫度通過 視頻圖像以及被測(cè)目標(biāo)的三維模型顯示出來(lái)，適于監(jiān)控人員進(jìn)行直觀的監(jiān)測(cè)和分析。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括
測(cè)量單元，包括一個(gè)或多個(gè)紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)，其 中所述紅外熱像儀探頭的位置和朝向固定，其布置完全覆蓋所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)；
傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測(cè)量單元捕獲的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊貑卧?；以?集控單元，包括數(shù)據(jù)處理子單元和集成應(yīng)用子單元，所述數(shù)據(jù)處理子單元根據(jù)所述傳 輸單元傳來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息，所述集成應(yīng)用子單元提供 應(yīng)用以使用戶將所述溫度信息用于監(jiān)測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測(cè)方法，包括步 驟
布置一個(gè)或多個(gè)位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋被監(jiān)測(cè)目標(biāo)；
捕獲所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)；
通過網(wǎng)絡(luò)傳輸所述紅外成像數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理；
根據(jù)所述紅外成像數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息；以及
提供應(yīng)用以利用所述溫度信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于
1.完整性。通過設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的紅外熱像儀及可見光攝像機(jī)探頭的朝向和位置，測(cè)量 區(qū)域被完全覆蓋。2.不間斷性。由于紅外熱像儀及可見光攝像機(jī)探頭的朝向和位置是固定的，因此 可以對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)M小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)或測(cè)量。3.實(shí)時(shí)性。通過網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊貑卧?，立刻顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。4.非接觸。紅外熱像儀及可見光攝像機(jī)探頭遠(yuǎn)離目標(biāo)，不會(huì)影響到目標(biāo)的工作環(huán)
^Mi ο


通過結(jié)合附圖來(lái)參考下文中對(duì)具體實(shí)施例的描述，可獲得對(duì)本發(fā)明的原理、特征 和優(yōu)點(diǎn)的更好理解。附圖中相同或相應(yīng)的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)或相同的部分
圖1是根據(jù)本發(fā)明的紅外成像溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的，用于紅外成像溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可見光-紅外 雙通路探頭的工作原理示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的紅外成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集控單元的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的，利用可見光攝像機(jī)及紅外熱像儀雙通路探頭 對(duì)IlOkV變電站進(jìn)行監(jiān)測(cè)的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的紅外成像溫度監(jiān)測(cè)方法的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的紅外成像溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。如圖所 示，該系統(tǒng)包括測(cè)量單元10、網(wǎng)絡(luò)20以及集控單元30。測(cè)試單元10由分布于被監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量探頭110-1、 110-2、……110-n構(gòu)成。該測(cè)量探頭110可以是僅紅外熱像儀的單通路探頭，也可以是紅 外熱像儀和可見光攝像機(jī)的雙通路探頭。探頭中不僅包括前端探測(cè)器部分，還包括將原始 光學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娦盘?hào)的信號(hào)處理部分。下文結(jié)合圖2還將對(duì)測(cè)量探頭的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的目的，需要設(shè)置足夠數(shù)量的測(cè)量探頭以完全覆 蓋被監(jiān)測(cè)目標(biāo)。該數(shù)量通?；诒槐O(jiān)測(cè)目標(biāo)的大小、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、探頭的視場(chǎng)角和最大測(cè)量距 離等。例如，對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)30m寬20m高IOm的規(guī)則立體區(qū)域，至少需要設(shè)置6個(gè)探頭以實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)20可以是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)。可以通過網(wǎng)絡(luò)20以有線的或無(wú)線的 方式來(lái)將數(shù)據(jù)從測(cè)量前端傳到后臺(tái)服務(wù)器。在典型的有線局域網(wǎng)的情況下，紅外成像溫度 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括的傳輸單元例如由以太網(wǎng)卡、以太網(wǎng)網(wǎng)線和以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成。每個(gè)測(cè)量探 頭設(shè)備的信號(hào)處理部分可以集成以太網(wǎng)卡，其可以是10MU00M或者千兆的以太網(wǎng)卡。通過 以太網(wǎng)卡，將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)網(wǎng)線，以太網(wǎng)網(wǎng)線例如是同軸電纜、光纖、雙絞線等。在 集控單元側(cè)，以太網(wǎng)交換機(jī)接收以太網(wǎng)網(wǎng)線傳來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至集控單元的數(shù)據(jù)處 理設(shè)備供后續(xù)使用。網(wǎng)絡(luò)20還可以利用互聯(lián)網(wǎng)將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給需要獲知被檢測(cè)目標(biāo)如 變電站的運(yùn)行信息的其他接收方，供其遠(yuǎn)程使用。集控單元30例如是計(jì)算機(jī)服務(wù)器，其根據(jù)功能分為若干子單元和模塊。首先是 數(shù)據(jù)處理子單元310，其用于將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用于監(jiān)測(cè)的溫度信息，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理 等。其次是集成應(yīng)用子單元320，其用于實(shí)現(xiàn)例如顯示溫度、報(bào)警、分析、報(bào)告、視頻調(diào)用以 及系統(tǒng)調(diào)測(cè)等。下文中還將結(jié)合附圖3對(duì)集控單元的內(nèi)部構(gòu)成和各模塊功能進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō) 明。
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圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)雙通路測(cè)量探頭的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該測(cè)量探頭 110包含兩個(gè)測(cè)量通路，分別是紅外熱像儀探頭IlOa和可見光攝像機(jī)探頭110b。例如，該 測(cè)量探頭110可以采用可見光攝像機(jī)與紅外熱像儀的一體機(jī)，其包括紅外熱像儀和與其視 場(chǎng)角一致的可見光攝像機(jī)，可見光攝像機(jī)的光軸與紅外熱像儀的光軸相鄰且平行，可見光 攝像機(jī)的信號(hào)輸出端口與紅外熱像儀的信號(hào)輸出端口相連，均輸出至信號(hào)處理電路120。紅外熱像儀探頭IlOa由光學(xué)系統(tǒng)與掃描系統(tǒng)、紅外探測(cè)器等組成。被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的 紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波、聚焦到紅外探測(cè)器上，再由光學(xué)一機(jī)械掃描系統(tǒng)(目前先 進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng))將對(duì)象觀測(cè)面上各點(diǎn)的紅外輻射通量按時(shí)間順序 排列，經(jīng)過紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，經(jīng)由內(nèi)部線路傳輸至信號(hào)處理電路120。可見光攝像 機(jī)IlOb例如是傳統(tǒng)的CXD攝像機(jī)的一部分(信號(hào)處理部分集成于信號(hào)處理電路120中)，由 CCD圖像傳感器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。被監(jiān)測(cè)目標(biāo)經(jīng)過光學(xué)物鏡成像于CCD圖像傳感器的光 敏面上，產(chǎn)生電荷包強(qiáng)度分布的圖像。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路部分產(chǎn)生CCD所需的各路垂直和水平 時(shí)鐘，提供CXD轉(zhuǎn)移所需的大負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)CXD信號(hào)正確提取，產(chǎn)生信號(hào)處理電路120 所需的復(fù)合同步與復(fù)合消隱脈沖等同步信號(hào)。信號(hào)處理電路120能夠分別對(duì)紅外熱像儀探頭IlOa和可見光攝像機(jī)探頭IlOb傳 來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理。一方面，其對(duì)紅外原始信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換等處理；另一方面，其可以 對(duì)CXD原始信號(hào)進(jìn)行放大、箝位、采樣和復(fù)合處理。最后，信號(hào)處理電路120將經(jīng)過處理的 紅外信號(hào)和CCD信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊貑卧?0。此外，如前所述，測(cè)量探頭內(nèi)部的處理電路板上可以集成以太網(wǎng)控制器和收發(fā)芯 片，可以實(shí)現(xiàn)百兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。各路探頭的數(shù)據(jù)通過光纖到達(dá)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，由集 控單元的服務(wù)器讀取?？梢岳斫猓瑸榱藢?shí)現(xiàn)本發(fā)明的檢測(cè)目的，測(cè)量單元可以使用紅外熱像儀單通路探 頭。紅外熱成像儀是以被動(dòng)接收目標(biāo)自身的紅外熱輻射來(lái)成像的，無(wú)論白天黑夜，24小時(shí)均 可以處于運(yùn)行狀態(tài)而正常工作，特別是在雨、霧等惡劣的氣候條件下也能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于可 見光的波長(zhǎng)短，克服障礙的能力差，因而觀測(cè)效果差。而工作在8 14 μ m波長(zhǎng)的長(zhǎng)波紅外 熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀測(cè)目標(biāo)。因此，紅外熱像儀廣泛應(yīng) 用于邊防、海防、軍事設(shè)施安全防范、周界入侵、重要設(shè)施、森林防火、油田防盜、公安巡邏等 需要遠(yuǎn)距離夜視監(jiān)控的場(chǎng)所，可以實(shí)現(xiàn)M小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)。但是，如果使用可見光攝像機(jī)和紅外熱像儀雙通路探頭，通過可見光攝像機(jī)和紅 外熱像儀結(jié)構(gòu)上的配合，可以實(shí)現(xiàn)可見光攝像機(jī)與紅外熱像儀的同步攝影。使用者可以參 考可見光圖像來(lái)進(jìn)行紅外圖像的分析，從而在直觀、清楚的了解被拍攝物的外觀形狀的基 礎(chǔ)上，對(duì)紅外圖像進(jìn)行更準(zhǔn)確分析。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的紅外成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集控單元的示意圖。集控單元30 包括數(shù)據(jù)處理子單元310和集成應(yīng)用子單元320。其中，數(shù)據(jù)處理子單元310進(jìn)一步包括測(cè) 溫算法模塊311和數(shù)據(jù)庫(kù)312。測(cè)溫算法模塊310對(duì)來(lái)自探頭的紅外/數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行 運(yùn)算，根據(jù)集成應(yīng)用子單元給出的測(cè)溫方式設(shè)置，完成點(diǎn)測(cè)溫、兩點(diǎn)溫差測(cè)量、線測(cè)溫、區(qū)域 測(cè)溫等功能，得到被測(cè)目標(biāo)的溫度信息，供集成應(yīng)用子單元調(diào)用。數(shù)據(jù)處理子單元310的另 一個(gè)主要功能是利用數(shù)據(jù)庫(kù)312存儲(chǔ)并管理來(lái)自測(cè)溫算法模塊311的數(shù)據(jù)，并結(jié)合集成應(yīng) 用子單元320的各模塊，實(shí)現(xiàn)諸如增加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、查詢歷史數(shù)據(jù)、修改已有數(shù)據(jù)和備份重要數(shù)據(jù)等的用戶操作。集成應(yīng)用子單元320是系統(tǒng)與用戶的人機(jī)接口，主要負(fù)責(zé)對(duì)紅外成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處 理結(jié)果數(shù)據(jù)的調(diào)用、集成、整合與展示，以及把用戶設(shè)置的參數(shù)輸入進(jìn)系統(tǒng)中。集成應(yīng)用子 單元320采用工業(yè)數(shù)據(jù)集成技術(shù)與可視化分析技術(shù)，將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整理，并在三維 仿真環(huán)境中進(jìn)行顯示與應(yīng)用，輔助變電站管理人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)掌握及可視化的 分析與決策。集成應(yīng)用子單元320包括三維仿真模塊321，用于基于被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型來(lái) 呈現(xiàn)溫度信息和視頻圖像。例如，在變電站監(jiān)測(cè)的例子中，對(duì)變電站的主要設(shè)施設(shè)備基于各 種圖紙或?qū)崟r(shí)拍攝的多角度視頻圖像進(jìn)行復(fù)雜的三維建模，對(duì)于其他的非主要地物，如樹 木、路燈、綠地等進(jìn)行簡(jiǎn)單的三維建模，從而完成變電站的三維仿真建模。三維地理信息系 統(tǒng)集成影像場(chǎng)景、變電站及相應(yīng)設(shè)備的三維模型建立、三維地圖瀏覽、基于三維地理信息的 分析與查詢等功能，以三維的形式立體、真實(shí)、生動(dòng)的表現(xiàn)出變電站全貌，實(shí)現(xiàn)變電站的三 維疊加虛擬漫游。通過場(chǎng)景瀏覽、GIS分析、輔助規(guī)劃、場(chǎng)景制作、數(shù)據(jù)輸出等手段為變電站 的實(shí)時(shí)管理提供各種各樣的應(yīng)用支持。當(dāng)利用紅外熱像儀單通路探頭時(shí)，三維仿真模塊321在被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型上 呈現(xiàn)各個(gè)位置的溫度信息。當(dāng)利用紅外-可見光雙通路探頭時(shí)，三維仿真模塊321除了將溫 度信息集成到三維模型上之外，還將可見光攝像機(jī)探頭采集到的實(shí)時(shí)視頻對(duì)應(yīng)到三維模型 上每個(gè)具體表面位置。在具體顯示時(shí)，可以將由測(cè)量單元獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)得到的位置點(diǎn)溫 度信息和視頻信息，映射到三維立體模型的二維平面投影相應(yīng)位置上進(jìn)行標(biāo)注?？梢灾苯?在三維模型上以不同假顏色等來(lái)標(biāo)示溫度，也可以當(dāng)光標(biāo)等指針懸停于某位置或范圍時(shí)， 以彈出備注框的形式顯示該位置的溫度和實(shí)時(shí)視頻。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以根據(jù)需要 旋轉(zhuǎn)和縮放三維模型，以便多角度、多層次地觀看被監(jiān)測(cè)目標(biāo)。此時(shí)，當(dāng)處于某個(gè)視角來(lái)觀 看三維模型時(shí)，可以在紅外視圖和視頻視圖之間進(jìn)行切換，每個(gè)視圖由實(shí)時(shí)調(diào)用得到的多 個(gè)探頭的視頻圖像和紅外圖像拼接而成。報(bào)警模塊322事先建立被監(jiān)測(cè)目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任何位置 當(dāng)前溫度相對(duì)于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息。例如，在變電站監(jiān) 測(cè)的例子中，在變電站正常運(yùn)行的情況下，采集各設(shè)備的正常溫度參數(shù)，建立正常工作溫度 基準(zhǔn)和報(bào)警閾值。一旦監(jiān)測(cè)到任何設(shè)備的溫度達(dá)到報(bào)警閾值或者偏離該正常工作溫度基準(zhǔn) 的量達(dá)到一定量，就生成報(bào)警信息。報(bào)警模塊可以通過發(fā)出聲音、彈出對(duì)話框、發(fā)送短信息 和電子郵件等直接交互方式通知監(jiān)測(cè)人員該異常情況，并可以在監(jiān)測(cè)人員調(diào)用監(jiān)測(cè)圖像顯 示時(shí)，通過特定標(biāo)記、特定顏色、聲音或者閃爍等形式來(lái)突出顯示故障點(diǎn)位置。進(jìn)一步地，還 可以當(dāng)光標(biāo)等指針停留在故障點(diǎn)位置時(shí)，顯示當(dāng)前溫度值以及用于對(duì)比的正常溫度值。在 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還可以通過不同的特定標(biāo)記、顏色深淺、音量、閃爍頻度等來(lái)表示當(dāng)前 溫度偏離正常范圍的程度等級(jí)。其他模塊323例如在數(shù)據(jù)集成和三維建模的基礎(chǔ)上，把監(jiān)測(cè)視頻圖像展現(xiàn)給用 戶，并根據(jù)用戶的操作進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理結(jié)果的顯示，完成如下主要功能圖像顯 示、溫度分析、生成并查看報(bào)告和系統(tǒng)調(diào)測(cè)等。根據(jù)用戶的不同需求，該其他模塊可以進(jìn)行 相應(yīng)的擴(kuò)展。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的，利用可見光攝像機(jī)及紅外熱像儀雙通路探頭對(duì)1lOkV變電站進(jìn)行監(jiān)測(cè)或測(cè)量的示意圖。變電站的范圍可大致視為長(zhǎng)30m寬20m高IOm的一個(gè)區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，需要 監(jiān)測(cè)的目標(biāo)有主變電柜、避雷器、絕緣子、線夾等等。需要監(jiān)測(cè)的這些目標(biāo)都距地面1. 6m以 上。1.6m以下均為水泥基座、電線桿等不需要監(jiān)測(cè)的物體。所以實(shí)際需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域?yàn)榫?地面1. 6m處，長(zhǎng)30m寬20m高8. 4m的一個(gè)區(qū)域。紅外探頭的視場(chǎng)角為40. 5° X 31.3°。根據(jù)這些條件，總共需要6個(gè)探頭，按如 下方式放置攝像頭，即可實(shí)現(xiàn)全面覆蓋
1-2號(hào)探頭置于寬20m邊的中點(diǎn)，高度5m，水平朝向。3-6號(hào)探頭置于長(zhǎng)30m邊的三等分點(diǎn)，高度5m，水平朝向。如上所述的放置方法僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。具體實(shí)施時(shí)，還需要考慮到被監(jiān)測(cè) 目標(biāo)相互之間的遮擋效應(yīng)，因此攝像頭的位置和朝向都需要加以調(diào)整，使得目標(biāo)相互錯(cuò)開。 另外，某些目標(biāo)可能需要單獨(dú)監(jiān)測(cè)甚至重疊監(jiān)測(cè)，因此會(huì)增加攝像頭的數(shù)量。因此，這種方 案需要被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)目標(biāo)詳細(xì)的信息，包括位置、尺寸、輻射率等。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)紅外成像監(jiān)測(cè)的方法的流程圖。在步驟501處， 方法開始。在步驟502中，布置一個(gè)或多個(gè)位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋 被監(jiān)測(cè)目標(biāo)?？梢愿鶕?jù)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和表面情況，確定探頭設(shè)置的具體方案，包括 其位置、數(shù)量和朝向。除非用于很規(guī)則的表面監(jiān)測(cè)，否則這些探頭的分布通常不是均勻的。 設(shè)置原則是使他們的視場(chǎng)角之和完全覆蓋被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的總表面積?？梢酝瑫r(shí)布置一個(gè)或多 個(gè)可見光攝像機(jī)探頭，例如通過紅外/可見光雙通路探頭取代紅外熱像儀單通路探頭，其 中可見光攝像機(jī)與紅外熱像儀處于同一位置，且朝向一致。在步驟503中，捕獲所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)。通過紅外熱像儀探頭的操 作，被動(dòng)地獲得被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)。該捕獲不依賴于環(huán)境光，并且不受到風(fēng)、雨、薄 霧等環(huán)境因素的影響。在步驟504中，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸所述紅外成像數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理。如前所述，通過無(wú) 線或者有線的方式將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至集控單元的數(shù)據(jù)處理模塊。在步驟505中，根據(jù)所述紅外成像數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息。 這主要是在集控單元的數(shù)據(jù)處理子單元中完成的操作。數(shù)據(jù)處理子單元的測(cè)溫算法模塊根 據(jù)紅外成像數(shù)據(jù)生成溫度信息，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并管理這些溫度數(shù)據(jù)。最后，在步驟506中，提供應(yīng)用以利用所述溫度信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這主要是在集控單 元的集成應(yīng)用子單元中完成的操作。各應(yīng)用模塊根據(jù)各自功能的目的調(diào)用數(shù)據(jù)處理子單元 中數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要地處理，從而完成相應(yīng)的顯示、報(bào)警、調(diào)測(cè)等應(yīng)用功能。比 如，三維仿真顯示是本發(fā)明一個(gè)典型的應(yīng)用例子?？梢岳萌S仿真模塊，在被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的 三維模型上標(biāo)注從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的溫度信息。并且，在利用紅外-可見光雙通路探頭的情況 下，還可以將可見光攝像機(jī)探頭采集的可見光視頻數(shù)據(jù)集成到三維模型中。再例如，報(bào)警是 本發(fā)明另一個(gè)典型的應(yīng)用例子?？梢栽谧冸娬菊＿\(yùn)行的情況下，采集各設(shè)備或位置的正 常溫度值范圍，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)條目。確定當(dāng)溫度偏離正常范圍達(dá)到何種程度，設(shè)備會(huì)發(fā)生 故障，將該偏離量作為報(bào)警閾值。當(dāng)實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，任何位置當(dāng)前溫度相對(duì)于其事先保存的正 常溫度范圍偏離達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警。可以通過彈出對(duì)話框、電子郵件、短消息、 報(bào)警聲等方式通知監(jiān)測(cè)人員具體報(bào)警信息，也可以在監(jiān)測(cè)人員調(diào)用監(jiān)測(cè)圖像顯示如三維模型顯示時(shí)，通過特定標(biāo)記、特定顏色、聲音或者閃爍等形式來(lái)突出顯示故障點(diǎn)位置。
以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了非限制性的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解， 在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出許多其它改變和改型。應(yīng)當(dāng)理 解，本發(fā)明不限于所描述的特定實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種基于紅外成像的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量單元，包括一個(gè)或多個(gè)紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)，其 中所述紅外熱像儀探頭的位置和朝向固定，其布置完全覆蓋所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)；傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測(cè)量單元捕獲的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊貑卧?；以及集控單元，包括?shù)據(jù)處理子單元和集成應(yīng)用子單元，所述數(shù)據(jù)處理子單元根據(jù)所述傳 輸單元傳來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息，所述集成應(yīng)用子單元提供 應(yīng)用以使用戶將所述溫度信息用于監(jiān)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸單元基于有線或無(wú)線的方式傳 輸所述測(cè)量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理子單元進(jìn)一步包括測(cè)溫算 法模塊，所述測(cè)溫算法模塊將所述測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理子單元進(jìn)一步 包括數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所述測(cè)溫算法模塊生成的被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集成應(yīng)用子單元進(jìn)一步包括三維仿 真模塊，用于基于所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型呈現(xiàn)所述溫度信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量單元還包括一個(gè)或 多個(gè)可見光攝像機(jī)探頭，用于捕獲所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的可見光成像數(shù)據(jù)，所述一個(gè)或多個(gè)可 見光攝像機(jī)探頭分別與所述一個(gè)或多個(gè)紅外熱像儀探頭的位置和朝向相一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述三維仿真模塊還將所述 可見光成像數(shù)據(jù)集成到所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集成應(yīng)用子單元進(jìn)一步 包括報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊事先建立被監(jiān)測(cè)目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任 何位置當(dāng)前溫度相對(duì)于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述報(bào)警模塊以特定標(biāo)記、特定顏色、聲 音或閃爍來(lái)標(biāo)識(shí)溫度異常位置。
10.一種基于紅外成像的監(jiān)測(cè)方法，包括步驟布置一個(gè)或多個(gè)位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋被監(jiān)測(cè)目標(biāo)；捕獲所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)傳輸所述紅外成像數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理；根據(jù)所述紅外成像數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息；以及提供應(yīng)用以利用所述溫度信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括基于所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型呈現(xiàn)所述溫度f(wàn)e息。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括布置一個(gè)或多個(gè)可見光攝像機(jī)探頭， 并且捕獲所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的可見光成像數(shù)據(jù)，所述一個(gè)或多個(gè)可將攝像機(jī)探頭分別與所述 一個(gè)或多個(gè)紅外熱像儀探頭的位置和朝向相一致。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述可見光成像數(shù)據(jù)集成到所述被監(jiān)測(cè) 目標(biāo)的三維模型中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的方法，還包括事先建立被監(jiān)測(cè)目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任何位置當(dāng)前溫度相對(duì)于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值 時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，以特定標(biāo)記、特定顏色、聲音或閃爍來(lái) 標(biāo)識(shí)溫度異常位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量單元，包括一個(gè)或多個(gè)紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的紅外成像數(shù)據(jù)，其中所述紅外熱像儀探頭的位置和朝向固定，其布置完全覆蓋所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)；傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測(cè)量單元捕獲的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊貑卧?；以及集控單元，包括?shù)據(jù)處理子單元和集成應(yīng)用子單元，所述數(shù)據(jù)處理子單元根據(jù)所述傳輸單元傳來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)生成并維護(hù)所述被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的溫度信息，所述集成應(yīng)用子單元提供應(yīng)用以使用戶將所述溫度信息用于監(jiān)測(cè)。本發(fā)明還涉及一種利用該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。本發(fā)明能全方位地、實(shí)時(shí)地、不間斷地監(jiān)測(cè)目標(biāo)，適合于變電站、發(fā)電站等場(chǎng)所的在線監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01J5/00GK102147290SQ201110008518
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者方輝, 雷述宇 申請(qǐng)人:北京廣微積電科技有限公司