一种监测气体泄漏的全景红外成像系统

本发明涉及红外光电监测，尤其是涉及一种监测气体泄漏的全景红外成像系统。

背景技术：

1、随着国内工业的迅猛发展，各大企业在生产工作中的安全问题也变得愈发突出，特别是涉及到高压气体、有毒气体等危险性较高的工作环节，如果发生气体泄漏不仅会导致财产损失，还可能引起人员伤亡。因此各大企业高度重视气体泄漏监测，并积极采取必要的措施来确保生产过程的安全。

2、近年来，红外气体泄漏监测技术作为一种新型的工业技术以其响应速度快、温度分辨率高等优点迅速占领气密性监测领域，且能够实现实时高效且准确的泄漏点坐标检测与定位，可以满足工业生产中的气体泄漏监测要求。

3、当需要监测目标范围较大时，为了得到目标的完整红外图像就必须远离目标拍摄，一些重要的细节信息就会丢失，但如果近距离拍摄显然又将得不到监测目标的全貌。另外，气体在红外图像中有边缘模糊、半透明、中央区域纹理稀疏等特征，微弱气体泄漏时在图像中表现不明显，这增加了监测设备气体泄漏的难度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种监测气体泄漏的全景红外成像系统，通过上位机显示模块对监测区域形成人眼可视的图像，并且对泄漏气体区域采用伪色彩处理，便于操作人员观察。通过对监测区域进行多角度红外图像采集，然后将红外图像进行拼接获取监测区域的全景红外图像，扩大监测系统的监视范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种监测气体泄漏的全景红外成像系统，包括红外图像采集模块、图像处理模块、上位机显示模块和电源模块，电源模块对红外图像采集模块、图像处理模块和上位机模块供电，红外图像采集模块包括红外探测器、电动云台和云台控制模块，红外探测器安装在电动云台上，由电动云台控制模块实现电动云台水平方向360°旋转，垂直方向±35°旋转，带动红外探测器进行多角度的图像采集，得到红外图像，同时通过对电动云台的精准控制，保证红外图像序列间的重合度为15％～20％；采集的红外图像经图像处理模块进行预处理后进行图像拼接；从拼接好的图像中，提取出气体泄漏区域，对气体部分赋彩色，实现图像伪色彩处理，将处理后的图像传输到上位机显示模块；上位机显示模块将收到的伪色彩处理后的图像进行实时显示。

3、优选的，图像处理模块对红外图像进行预处理，包括以下步骤：

4、s2.1、读取原始红外图像；

5、s2.2、对原始红外图像采用低通滤波器核进行平滑处理；

6、

7、其中，(u,v)是红外图像的像素点坐标，d(u,v)为二维频谱上像素(u,v)距离中心的距离，σ是截止频率；

8、通过调节σ可以调节低通滤波器核的对红外图像的平滑效果，最终选择效果最佳的去噪图像；

9、s2.3、采用二阶导数拉普拉斯算子来锐化图像；

10、一个二元图像f(x,y)的拉普拉斯变换为：

11、

12、在x方向上有

13、在y方向上有

14、图像经过拉普拉斯变换后，得到边缘更加清晰的锐化图像，将锐化后的红外图像和锐化前经过平滑处理后的红外图像进行叠加，得到更加清晰的红外图像，具体为：

15、

16、其中，f(x，y)和g(x，y)分别为输入的图像和锐化后图像；c为-1或1；▽2f(x,y)为对输入的图像f(x,y)进行拉普拉斯变换。

17、优选的，图像处理模块对预处理后的红外图像进行图像拼接，包括以下步骤：

18、s3.1、对预处理后的图像按照采集顺序进行排序后，采用sift算法提取待拼接图像的特征点和特征描述子；

19、s3.2、根据待拼接图像的特征点和特征描述子，用暴力匹配法对待拼接图像进行特征匹配，得到特征点匹配对；

20、s3.3、用ransac算法进行迭代拟合，剔除误差大的特征点匹配对，获取特征点匹配对；

21、s3.4、采用最小二乘法获取图像的变换矩阵，利用特征点匹配对待拼接图像进行图像融合，得到完整的全景图像。

22、优选的，图像处理模块对拼接好的图像进行伪色彩处理，包括以下步骤：

23、s4.1、建立背景模型，对背景图像和拼接后的全景图像进行差分运算得到差分图像；

24、s4.2、对差分图像进行二值处理后，对差分图像进行特征提取，根据提取出的特征点，获取全景图像的气体泄漏区域；

25、s4.3、对气体泄漏部分进行伪色彩处理，增强气体部分的显示效果。

26、优选的，步骤s4.1中，对背景图像和拼接后的全景图像进行差分运算得到差分图像，包括：

27、首先，建立监测区域的背景模型，通过连续拍摄得到n帧红外图像；然后对n帧图像进行逐像素点的灰度值均值计算，用每个像素位置的灰度值均值代表此位置的灰度值，得到的均值图像作为与全景图像做差分处理的背景图像b(x,y)；最后，将每一帧拼接处理后的全景图像pk(x,y)和b(x,y)做差分运算，得到差分图像dk(x,y)：

28、dk(x,y)＝pk(x,y)-b(x,y)。

29、优选的，步骤s4.3中，对气体泄漏部分进行伪色彩处理，增强气体部分的显示效果，包括：

30、建立将灰度值映射为r、g、b三个颜色的映射函数：

31、

32、

33、

34、其中，r为红色；g为绿色；b为蓝色；f为像素点的灰度值；

35、当发生气体泄漏时，通过对红外图像中的泄漏气体区域进行识别，得到需要进行伪色彩处理的像素点，然后将泄漏气体区域的像素点的灰度值代入映射函数，得到映射为r、g、b三个颜色通道的数值，非泄漏气体区域的像素点的灰度值保持不变，完成伪色彩处理后的红外图像作为最终的显示图像。

36、因此，本发明采用上述一种监测气体泄漏的全景红外成像系统，其技术效果如下：

37、(1)本发明提出的用于监测气体泄漏的全景红外成像系统，将多幅窄视场的红外图像合成一幅宽视场红外全景图像，多幅图像信息整合到一幅图像中，便于操作人员的监测。

38、(2)本发明提出的用于监测气体泄漏的全景红外成像系统，采用高精度的电动云台与红外探测器相结合的方式获取图像，可以保证相邻图像的重合度在20％，便于后续实现图像拼接。

39、(3)本发明提出的用于监测气体泄漏的全景红外成像系统，采用有线传输作为主要传输、无线传输为辅的传输方式，不仅可以保证图像传输的实时性与准确性，还可以预防有线线路受损后，影响系统工作的情况。

40、(4)本发明提出的用于监测气体泄漏的全景红外成像系统，采用拉普拉斯算子锐化图像，增强图像的细节和边缘特征，将原始图像和拉普拉斯锐化图像叠加在一起不仅保留了图像的背景信息，还加强了图像整体的细节特征。

41、(5)本发明提出的用于监测气体泄漏的全景红外成像系统，采用对气体区域进行特征识别后伪色彩处理的办法，增强发生气体泄漏部分的显示效果，便于操作人员的观察。

42、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。