一种漏汽缺陷检测识别方法及系统与流程
本发明涉及高温蒸汽泄漏检测识别技术领域，更具体地，涉及一种漏汽缺陷检测识别方法及系统。
背景技术：
高温蒸汽泄漏检测一般采用红外和超声波检测方法，这些方法对单一高温蒸汽管路比较有效，能实时检测到高温蒸汽泄漏并确定高温蒸汽泄漏位置。但在实际中一些复杂的高温蒸汽管路如火电站、核电站等，其管路复杂盘错，单独采用红外或者超声波仅能检测出高温蒸汽泄漏，但不能对高温蒸汽泄漏位置进行定位，也不能对高温蒸汽泄漏位置管路的破口大小进行判断，不利于高温蒸汽泄漏事故的进一步处理。近年来，出现使用红外热成像和可见光成像相结合的方式进行蒸汽泄漏定位和破口大小判断，但都需要采集所有巡检点正常状态下的红外热图和可见光图像，作为分析对比模板。
中国专利cn107992857a提出了一种高温蒸汽泄漏自动巡检识别方法及识别系统。该专利通过建立图像库；使用机器人自动巡检，利用可见光摄像机和热像仪拍摄巡检点的实时图像；对拍摄的实时图像进行双视融合分析处理，确定异常泄漏处。该专利采用可见光和红外热成像双视融合的方法，通过分析对比该环境预先拍摄的正常态参考双视融合图像，分析出是否发生高温蒸汽泄漏。该专利提出的方法需要采集所有巡检点场景正常状态的可见光图像和处理获取红外双视融合图。
中国专利cn109854964a提出了基于双目视觉的蒸汽泄漏定位系统及方法。该专利定位方法通过红外热成像测温模块和可见光摄像头成像模块分别采集视场内的温度场数据和视场内图像数据，之后，通过将前后两帧视场内的温度场数据做比较可得到蒸汽泄漏点信息、找到蒸汽泄漏区域并显示及报警。该专利将前后两帧视场内的温度场数据做比较，将当前帧与前一帧的红外热像图中温度差值超过设定的温度阈值的坐标点判定为蒸汽泄漏点。该专利提出的方法对温度阈值准确度要求较高，从而对红外热成像硬件要求高，需现场环境较为简单稳定且无其他温度变化区域。
上述高温蒸汽泄漏检测方法存在以下缺陷：
(1)缺乏复杂场景适应能力。对较为复杂现场环境，使用图像差分对比可实现提取差别区域即疑似缺陷区域。为实现所有巡检点的检测就必须在前期进行所有巡检点正常状态下的红外热图和可见光图像采集，作为分析对比图像模板。当更换场地或者现场环境发生改变，就必须重新采集巡检点正常状态下的红外热图和可见光图像，进行图像模板更新。
(2)对图像拍摄要求高。为实现实时采集图像与正常状态图像样本进行分析对比，就需要保证实时采集图像的现场环境、相机姿态、相机参数尽可能与采集正常状态图像样本时一致，否则环境光照、相机姿态及参数改变带来的亮度变换、图像畸变等问题将严重影响对比分析结果，增加误判率。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术所述的高温蒸汽泄漏检测缺乏复杂场景适应能力的缺陷，提供一种漏汽缺陷检测识别方法及系统。
所述方法包括以下步骤：
s1：将可见光成像模块与红外热成像测温模块相对位置固定，且二者的镜面相对平行；为防止采集的可见光图像和红外热图存在过大旋转偏角，偏角范围优选为：0°～10°；可见光成像模块采集可见光图像数据，红外热成像测温模块采集红外热图数据，将可见光图像数据和红外热图数据传送至图像数据分析识别处理模块。
s2：图像数据分析识别处理模块接收可见光图像数据、红外热图数据，通过图像分析处理得到蒸汽泄漏检测识别结果；
s3：将蒸汽泄漏检测识别结果的图像和文字信息传递给显示输出模块进行显示，将蒸汽泄漏信号传递给报警模块进行报警。
优选地，s2包括以下步骤：
s21：使用多帧可见光图像通过背景建模法提取动态区域作为疑似蒸汽泄漏区域，并进行蒸汽泄漏判断和识别；
s22：根据可见光图像蒸汽泄漏判断结果，使用红外热图在对应蒸汽泄漏疑似区域进行蒸汽泄漏判断和识别。
s23:综合可见光图像和红外图像判断识别结果，确定待测区域蒸汽泄漏情况；若疑似蒸汽泄漏区域均满足可见光图像形状特征及灰度特征和红外热图温度特征，则判定该疑似蒸汽泄漏区域发生蒸汽泄漏；若疑似蒸汽泄漏区域未满足可见光图像形状特征及灰度特征和红外热图温度特征其中一项或多项，则排除该疑似蒸汽泄漏区域发生蒸汽泄漏。经过可见光图像和红外图像综合判断识别，若存在蒸汽泄露区域则判定有蒸汽泄露缺陷，输出标识好蒸汽泄露区域的处理图像，并发出有蒸汽泄露报警信号；若不存在蒸汽泄漏区域则判定无蒸汽泄漏缺陷，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号。
优选地，s21包括以下步骤：
s211：使用背景建模法，通过多帧可见光图像提取图像变化的动态区域作为疑似蒸汽泄漏区域；若无动态区域则判定无蒸汽泄漏，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号；若有动态区域则继续进行蒸汽泄露判断和识别。
s212：分析疑似蒸汽泄漏区域的形状特征，包括边缘复杂度、区域高宽比；所述边缘复杂度又称为圆形度，用运动区域的面积与其周长的比值衡量轮廓的不规则度，如下公式所示：
式中，l为区域轮廓周长，s为区域面积。
区域轮廓越复杂，边缘复杂度的取值越高；所述区域高宽比即疑似蒸汽泄漏区域最小外接矩形的宽度和高度比值。
s213：对通过形状特征判断和筛选的疑似蒸汽泄漏区域进行区域的灰度特征分析，包括模糊周长分析；在蒸汽泄漏区域，灰度特征值大于其他区域；若无疑似蒸汽泄漏区域符合灰度特征分析则判定无蒸汽泄漏，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号；若有疑似蒸汽泄漏区域符合灰度特征分析则继续进行蒸汽泄露判断和识别。
优选地，s211中背景建模使用混合高斯模型提取前景动态蒸汽区域；建立混合高斯模型图像；噪声在动态区域中表现为面积小于200像素的小面积区域，使用面积筛选去除面积过小区域实现去噪。
优选地，s213中模糊周长具体实现为：
其中m×n为图像的大小，而μx(m,n)为模糊成员函数；
模糊成员函数实现使用zadeh的标准s函数，该函数定义如下：
参数a、b和c遵循以下限制：0≤a≤255，0≤c≤255，且a≤c；
优选地，s22包括以下步骤：
s221：根据可见光图像疑似蒸汽泄漏区域筛选结果，定位红外热图中对应的可见光图像疑似蒸汽泄漏区域的图像区域；
s222：对在红外热图中定位的区域计算疑似蒸汽泄漏区域温度特征，包括温度模糊周长。
优选地，s221中所述定位的定位方法为：提取可见光图像和红外热图梯度信息，使用模板匹配方法实现图像配准，获取可见光图像和红外热图位置映射关系，即可求得红外热图中对应的可见光图像疑似蒸汽泄漏区域的位置和区域。
本发明所述系统可使用所述的漏汽缺陷检测识别方法，所述系统包括：可见光成像模块、红外热成像测温模块、参数输入模块、显示输出模块、报警模块、图像数据分析识别处理模块；
所述可见光成像模块用于采集现场可见光图像；并将可见光图像数据发送给图像数据分析识别处理模块；
所述红外热成像测温模块采集现场红外热图；并将红外热图数据发送给图像数据分析识别处理模块；
所述参数输入模块用于用户进行红外热成像测温模块及可见光成像模块参数设置、结果显示设置和报警信息设置；
所述图像数据分析识别处理模块进行可见光图像数据、红外热图数据获取和接收，通过图像分析识别处理将得到的蒸汽泄漏检测识别结果的图像、文字信息和报警信息分别传递给显示输出模块和报警模块；
所述显示输出模块进行蒸汽泄漏检测识别结果图像显示和相关信息提示；
所述报警模块根据检测识别结果向外界发出警报提示。
本发明的创新之处在于，利用蒸汽动态特性使用可见光隔帧图像进行动态区域提取疑似蒸汽泄漏区域，无需使用对比图像模板来进行疑似缺陷检测，可节省大量前期图像样本采集人力和物力；对可见光疑似区域使用多特征，包括边缘复杂度、区域高宽比、模糊周长等进行蒸汽泄漏判断，综合多特征进行疑似区域排除，提高蒸汽泄漏缺陷识别正确率；利用可见光处理获取的疑似区域通过图像配准获取位置映射关系，进行蒸汽泄漏疑似区域在红外热图中的局部图像分析，避免蒸汽泄漏量较小时周围和背景环境对红外蒸汽特征提取和识别的影响；在红外疑似蒸汽泄漏区域中，使用温度模糊周长特征对疑似区域进行判断；结合可见光疑似区域特征，进一步提高蒸汽泄漏缺陷识别正确率；使用可见光图像进行疑似蒸汽泄漏区域提取，利用蒸汽特征进行判断和排除，再在红外热图对相应疑似蒸汽泄漏区域，利用蒸汽红外特征进行判断和排除，结合可见光图像和红外图像判断结果进行蒸汽泄漏判断和识别，避免单一图像源导致部分蒸汽泄漏缺陷无法识别或识别错误率过高的情况。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
(1)节省大量前期图像样本采集人力和物力；无需进行对比正常状态下图像模板，对应的无需在前期消耗大量人力物力进行所有巡检点正常状态下的红外热图模板和可见光图像模板采集。
(2)降低图像拍照要求；无需进行图像样本对比，可降低图像拍摄要求，包括现场环境、相机姿态、相机参数等要求。
(3)提高蒸汽泄漏判断准确度和效率；利用可见光蒸汽特征和红外蒸汽特征进行蒸汽泄漏提取和判断。可快速高效进行蒸汽泄漏判断。
(4)能适用不同复杂环境的高温蒸汽泄漏检测识别。无需进行图像样本对比，基于现场实时环境提取蒸汽泄漏区域和判断。可快速完成不同复杂环境下的蒸汽泄漏检测识别。
附图说明
图1为实施例1所述漏汽缺陷检测识别方法的流程图。
图2为图像处理模块的图像处理流程图。
图3为实施例2所述漏汽缺陷检测识别系统的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种漏汽缺陷检测识别方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
s1:将可见光成像模块与红外热成像测温模块相对位置固定，且二者的镜面相对平行。可见光成像模块采集多帧可见光图像数据，红外热成像测温模块采集红外热图数据。将两者数据传送图像数据分析识别处理模块。
其中，本实施例中红外热成像测温模块为红外热像仪，可见光成像模块为可见光相机。
s2：图像数据分析识别处理模块接收可见光图像数据、红外热图数据，通过图像分析处理得到的蒸汽泄漏检测识别结果。
s3：将蒸汽泄漏检测识别结果的图像和文字信息传递给显示输出模块进行显示，将蒸汽泄漏信号传递给报警模块进行报警。
进一步的，s1所述的相对平行，容许存在一定的偏角，为防止采集的可见光图像和红外热图存在过大旋转偏角，偏角范围优选为：0°～10°。
进一步的，所述s1包括，为尽可能保证红外视场与可见光视场重合，红外图像视场应包含于可见光图像视场。
如图2所示，图像模块的图像处理流程s2具体包括：
s21：使用多帧可见光图像通过背景建模法提取动态区域作为疑似蒸汽泄漏区域，并进行蒸汽泄漏判断和识别。
所述s21包括：
s211：使用背景建模法，通过多帧可见光图像提取图像变化的动态区域作为疑似蒸汽泄漏区域。若无动态区域则判定无蒸汽泄漏，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号；若有动态区域则继续进行蒸汽泄露判断和识别。
进一步的，所述背景建模使用混合高斯模型提取前景动态蒸汽区域。建立混合高斯模型图像张数优选2～4张。噪声在动态区域中表现为面积小于200像素的小面积区域，使用面积筛选去除面积过小区域实现去噪。
进一步的，多帧图像必须为同一视场下连续且隔帧图像。
s212：分析疑似蒸汽泄漏区域的形状特征，包括边缘复杂度、区域高宽比；所述边缘复杂度又称为圆形度，用来衡量蒸汽图像轮廓的不规则度的特征量，蒸汽在空气中会随着大气的流动逐渐地向四周扩散，它的轮廓往往不规则。用运动区域的面积与其周长的比值衡量轮廓的不规则度，计算公式如下：
式中，l为区域轮廓周长，s为区域面积。区域轮廓越复杂，边缘复杂度的取值越高，蒸汽泄露区域边缘复杂度一般大于1。所述区域高宽比即疑似蒸汽泄漏区域最小外接矩形的宽度和高度比值。蒸汽泄漏往往呈扇形发散，高宽比往往较小，现场中工作人员形成的高宽比相对较大。利用区域高宽比特征可排除现场工作人员对检测的影响，工作人员形成的动态区域高宽比一般大于8，蒸汽泄漏区域高宽比一般处于2～6。
s213：对通过形状特征判断和筛选的疑似蒸汽泄漏区域进行区域的灰度特征，包括模糊周长分析；在蒸汽泄漏区域，灰度特征值大于其他区域；若无疑似蒸汽泄漏区域符合灰度特征分析则判定无蒸汽泄漏，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号；若有疑似蒸汽泄漏区域符合灰度特征分析则继续进行蒸汽泄露判断和识别。
进一步的，所述模糊周长具体实现为：
其中m×n为图像的大小，而μx(m,n)为模糊成员函数。模糊成员函数实现使用zadeh的标准s函数，该函数定义如下：
参数a、b和c遵循以下限制：0≤a≤255；0≤c≤255，且a≤c；
s22:根据可见光图像蒸汽泄漏判断结果，使用红外热图在对应蒸汽泄漏疑似区域进行蒸汽泄漏判断和识别。
所述s22包括：
s221：根据可见光图像疑似蒸汽泄漏区域筛选结果，定位红外热图中对应的可见光图像疑似蒸汽泄漏区域的图像区域；
所述定位方法包括：提取可见光图像和红外热图梯度信息，使用模板匹配方法实现图像配准，获取可见光图像和红外热图位置映射关系，即可求得红外热图中对应的可见光图像疑似蒸汽泄漏区域的位置和区域。
s222：对定位区域计算疑似蒸汽泄漏区域温度特征，包括温度模糊周长。温度模糊周长实现方式与可见光图像灰度特征的模糊周长实现方式一致，温度模糊周长处理对象是红外温度信息。在红外蒸汽泄漏区域温度模糊周长特征会大于其他区域。通过温度特征对疑似蒸汽泄漏区域进行判断。
s23:综合可见光图像和红外图像判断识别结果，确定待测区域蒸汽泄漏情况。若疑似蒸汽泄漏区域均满足可见光图像形状特征及灰度特征和红外热图温度特征，则判定该疑似蒸汽泄漏区域发生蒸汽泄漏；若疑似蒸汽泄漏区域未满足可见光图像形状特征及灰度特征和红外热图温度特征其中一项或多项，则排除该疑似蒸汽泄漏区域发生蒸汽泄漏。经过可见光图像和红外图像综合判断识别，若存在蒸汽泄露区域则判定有蒸汽泄露缺陷，输出标识好蒸汽泄露区域的处理图像，并发出有蒸汽泄露报警信号；若不存在蒸汽泄漏区域则判定无蒸汽泄漏缺陷，输出拍摄原图，并发出无蒸汽泄漏信号。
实施例2：
本实施例提供了一种漏汽缺陷检测识别系统，所述系统可使用实施例1所述方法，如图3所示，所述系统包括：可见光成像模块、红外热成像测温模块、参数输入模块、显示输出模块、报警模块、图像数据分析识别处理模块；
所述可见光成像模块用于采集现场可见光图像；并将可见光图像数据发送给图像数据分析识别处理模块；
所述红外热成像测温模块采集现场红外热图；并将红外热图数据发送给图像数据分析识别处理模块；
所述参数输入模块用于用户进行红外热成像测温模块及可见光成像模块参数设置、结果显示设置和报警信息设置；
所述图像数据分析识别处理模块进行可见光图像数据、红外热图数据获取和接收，通过图像分析识别处理将得到的蒸汽泄漏检测识别结果的图像、文字信息和报警信息分别传递给显示输出模块和报警模块；
本实施例中红外热成像测温模块为红外热像仪，可见光成像模块为可见光相机。
所述显示输出模块进行蒸汽泄漏检测识别结果图像显示和相关信息提示；
所述报警模块根据检测识别结果向外界发出警报提示。
根据检测点数数量和环境复杂程度，可根据需要使用巡检机器人、固定云台、手持双目视觉设备进行图像采集。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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