專利名稱：紅外成像溫度監(jiān)測方法和系統(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，其電磁波的波長連續(xù)覆蓋了整個電磁波譜，但 輻射能量主要集中在中心波長附近。中心波長與物體的溫度有關(guān)系，其值與物體的絕對溫 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變化輸出到顯示設(shè)備中。溫升不同，引起的電信號變化也不 同。經(jīng)過測溫算法處理后，針對不同的數(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)測溫功能 的紅外熱像儀被稱為紅外測溫儀。用紅外測溫儀測量物體的溫度受到兩方面因素的影響，一個是目標(biāo)物體的輻射 率，一個是目標(biāo)與測溫儀的距離。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)通常用一個參數(shù)輻射率(也稱發(fā)射率或灰體系數(shù))ε來標(biāo)志。 輻射率為一無單位的純數(shù)，取值范圍為(Tl。兩個大小形狀一樣的物體，即使溫度相同，距測 溫儀的距離也相同，但如果輻射率不同，則單位時間內(nèi)往外輻射的能量也不相同。反映在測 溫儀上，這兩個實際溫度相同的物體，測出的溫度是不一樣的。另一方面，同一個物體，離測 溫儀遠(yuǎn)的時候和近的時候，測出的溫度也不一定是相同的。因此，要實現(xiàn)準(zhǔn)確的測溫，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因素實際上 限制了紅外測溫儀的應(yīng)用范圍。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)向著高電壓等級、超大容量的發(fā)展，電力系統(tǒng)對安全可靠運行 提出了越來越高的要求，其發(fā)展方向是采用在線監(jiān)測及診斷技術(shù)，實時獲取設(shè)備的運行狀 態(tài)，以達(dá)到及時發(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、計算 機技術(shù)、信息處理技術(shù)的融和，特別是高電壓絕緣在線監(jiān)測技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展， 對變電站在不停電的情況下進行自動安全檢測成為可能。將在線監(jiān)測技術(shù)與紅外熱成像技術(shù)有機的結(jié)合起來，可以為高電壓設(shè)備的狀態(tài)檢 修、安全運行監(jiān)測及無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大都采用便攜式熱像儀操作檢測，對存儲的熱圖像往往 需要離線導(dǎo)入PC機進行分析診斷，因此只能實現(xiàn)間斷性的監(jiān)測分析，不能實現(xiàn)對熱分布場 的實時監(jiān)測和對熱像故障性質(zhì)的實時診斷，這往往會造成延誤而引起較大損失。另外對某 些特殊場合如無人值守變電站，若采用便攜式熱像儀，往往會帶來人工勞動強度的提升及
4診斷不及時等缺陷。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，仍無法實現(xiàn)工作方便性和控制實時性。使用云臺可以通過步進電機改變紅外熱像儀的朝向，實現(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)勢的同時犧牲了時間上的連續(xù)性。由于熱像儀的視場角 通常只有2(Γ40°，而需要覆蓋的范圍則經(jīng)常是視場角的很多倍，因此使用云臺輔助的熱像 儀只能間斷性地覆蓋空間中的某一塊區(qū)域，不能滿足實時性的要求。在此背景下，業(yè)內(nèi)強烈希望有一種智能化的紅外熱像在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(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)測系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的幫助下，工作人員 可以在監(jiān)測室里實時監(jiān)測目標(biāo)如變電站內(nèi)各個設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)對各種信息進行實時 分析和存儲，發(fā)現(xiàn)異常情況時自動報警，如有必要也能夠自動控制變電設(shè)備的運行狀態(tài)。上 級單位也可以通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)進入紅外熱像溫度監(jiān)測系統(tǒng)，及時方便地掌握變電站 的運行情況。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有測溫技術(shù)和設(shè)備不能同時兼顧實時性和完整性的問題，本發(fā)明提出 了一種新的測溫方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一個或多個固定位置和朝向的紅外熱像儀，以多 視角完全覆蓋被測目標(biāo)，利用被測目標(biāo)的紅外熱輻射進行非接觸式測溫，所測的溫度通過 視頻圖像以及被測目標(biāo)的三維模型顯示出來，適于監(jiān)控人員進行直觀的監(jiān)測和分析。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括
測量單元，包括一個或多個紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測目標(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)測目標(biāo)；
傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測量單元捕獲的測量數(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 輸單元傳來的測量數(shù)據(jù)生成并維護所述被監(jiān)測目標(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。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測方法，包括步 驟
布置一個或多個位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋被監(jiān)測目標(biāo)；
捕獲所述被監(jiān)測目標(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)生成并維護所述被監(jiān)測目標(biāo)的溫度信息；以及
提供應(yīng)用以利用所述溫度信息進行監(jiān)測。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢在于
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探頭的朝向和位置，測量 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探頭的朝向和位置是固定的，因此 可以對目標(biāo)實現(xiàn)M小時不間斷的監(jiān)測或測量。3.實時性。通過網(wǎng)絡(luò)將測量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)郊貑卧螅⒖田@示出來，實現(xiàn)在線監(jiān)測。4.非接觸。紅外熱像儀及可見光攝像機探頭遠(yuǎn)離目標(biāo)，不會影響到目標(biāo)的工作環(huán)
^Mi ο


通過結(jié)合附圖來參考下文中對具體實施例的描述，可獲得對本發(fā)明的原理、特征 和優(yōu)點的更好理解。附圖中相同或相應(yīng)的標(biāo)號表示相應(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)明的一個實施例的，用于紅外成像溫度監(jiān)測系統(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)明的一個實施例的，利用可見光攝像機及紅外熱像儀雙通路探頭 對IlOkV變電站進行監(jiān)測的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的紅外成像溫度監(jiān)測方法的示意性流程圖。
具體實施例方式參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的紅外成像溫度監(jiān)測系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。如圖所 示，該系統(tǒng)包括測量單元10、網(wǎng)絡(luò)20以及集控單元30。測試單元10由分布于被監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的一個或多個測量探頭110-1、 110-2、……110-n構(gòu)成。該測量探頭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的雙通路探頭。探頭中不僅包括前端探測器部分，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)碾娦盘柕男盘柼幚聿糠?。下文結(jié)合圖2還將對測量探頭的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行更詳細(xì)的說明。根據(jù)本發(fā)明的目的，需要設(shè)置足夠數(shù)量的測量探頭以完全覆 蓋被監(jiān)測目標(biāo)。該數(shù)量通?；诒槐O(jiān)測目標(biāo)的大小、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、探頭的視場角和最大測量距 離等。例如，對于一個長30m寬20m高IOm的規(guī)則立體區(qū)域，至少需要設(shè)置6個探頭以實現(xiàn) 本發(fā)明的實時在線監(jiān)測。網(wǎng)絡(luò)20可以是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)20以有線的或無線的 方式來將數(shù)據(jù)從測量前端傳到后臺服務(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)交換機構(gòu)成。每個測量探 頭設(shè)備的信號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)交換機接收以太網(wǎng)網(wǎng)線傳來的測量數(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)將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給需要獲知被檢測目標(biāo)如 變電站的運行信息的其他接收方，供其遠(yuǎn)程使用。集控單元30例如是計算機服務(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，其用于將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用于監(jiān)測的溫度信息，以及進行數(shù)據(jù)庫管理 等。其次是集成應(yīng)用子單元320，其用于實現(xiàn)例如顯示溫度、報警、分析、報告、視頻調(diào)用以 及系統(tǒng)調(diào)測等。下文中還將結(jié)合附圖3對集控單元的內(nèi)部構(gòu)成和各模塊功能進行更詳細(xì)說 明。
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圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個雙通路測量探頭的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該測量探頭 110包含兩個測量通路，分別是紅外熱像儀探頭IlOa和可見光攝像機探頭110b。例如，該 測量探頭110可以采用可見光攝像機與紅外熱像儀的一體機，其包括紅外熱像儀和與其視 場角一致的可見光攝像機，可見光攝像機的光軸與紅外熱像儀的光軸相鄰且平行，可見光 攝像機的信號輸出端口與紅外熱像儀的信號輸出端口相連，均輸出至信號處理電路120。紅外熱像儀探頭IlOa由光學(xué)系統(tǒng)與掃描系統(tǒng)、紅外探測器等組成。被監(jiān)測目標(biāo)的 紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波、聚焦到紅外探測器上，再由光學(xué)一機械掃描系統(tǒng)(目前先 進的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統(tǒng))將對象觀測面上各點的紅外輻射通量按時間順序 排列，經(jīng)過紅外探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，經(jīng)由內(nèi)部線路傳輸至信號處理電路120?？梢姽鈹z像 機IlOb例如是傳統(tǒng)的CXD攝像機的一部分(信號處理部分集成于信號處理電路120中)，由 CCD圖像傳感器、時鐘驅(qū)動電路構(gòu)成。被監(jiān)測目標(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)生電荷包強度分布的圖像。時鐘驅(qū)動電路部分產(chǎn)生CCD所需的各路垂直和水平 時鐘，提供CXD轉(zhuǎn)移所需的大負(fù)載電流，以實現(xiàn)CXD信號正確提取，產(chǎn)生信號處理電路120 所需的復(fù)合同步與復(fù)合消隱脈沖等同步信號。信號處理電路120能夠分別對紅外熱像儀探頭IlOa和可見光攝像機探頭IlOb傳 來的信號進行處理。一方面，其對紅外原始信號進行放大和轉(zhuǎn)換等處理；另一方面，其可以 對CXD原始信號進行放大、箝位、采樣和復(fù)合處理。最后，信號處理電路120將經(jīng)過處理的 紅外信號和CCD信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊貑卧?0。此外，如前所述，測量探頭內(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，由集 控單元的服務(wù)器讀取。可以理解，為了實現(xiàn)本發(fā)明的檢測目的，測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接收目標(biāo)自身的紅外熱輻射來成像的，無論白天黑夜，24小時均 可以處于運行狀態(tài)而正常工作，特別是在雨、霧等惡劣的氣候條件下也能進行監(jiān)測。由于可 見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差。而工作在8 14 μ m波長的長波紅外 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)控的場所，可以實現(xiàn)M小時不間斷的監(jiān)測。但是，如果使用可見光攝像機和紅外熱像儀雙通路探頭，通過可見光攝像機和紅 外熱像儀結(jié)構(gòu)上的配合，可以實現(xiàn)可見光攝像機與紅外熱像儀的同步攝影。使用者可以參 考可見光圖像來進行紅外圖像的分析，從而在直觀、清楚的了解被拍攝物的外觀形狀的基 礎(chǔ)上，對紅外圖像進行更準(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進一步包括測 溫算法模塊311和數(shù)據(jù)庫312。測溫算法模塊310對來自探頭的紅外/數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行 運算，根據(jù)集成應(yīng)用子單元給出的測溫方式設(shè)置，完成點測溫、兩點溫差測量、線測溫、區(qū)域 測溫等功能，得到被測目標(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 一個主要功能是利用數(shù)據(jù)庫312存儲并管理來自測溫算法模塊311的數(shù)據(jù)，并結(jié)合集成應(yīng) 用子單元320的各模塊，實現(xiàn)諸如增加實時數(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)與用戶的人機接口，主要負(fù)責(zé)對紅外成像監(jiān)測系統(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)進行清洗、整理，并在三維 仿真環(huán)境中進行顯示與應(yīng)用，輔助變電站管理人員對設(shè)備運行狀況的實時掌握及可視化的 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)測目標(biāo)的三維模型來 呈現(xiàn)溫度信息和視頻圖像。例如，在變電站監(jiān)測的例子中，對變電站的主要設(shè)施設(shè)備基于各 種圖紙或?qū)崟r拍攝的多角度視頻圖像進行復(fù)雜的三維建模，對于其他的非主要地物，如樹 木、路燈、綠地等進行簡單的三維建模，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、生動的表現(xiàn)出變電站全貌，實現(xiàn)變電站的三 維疊加虛擬漫游。通過場景瀏覽、GIS分析、輔助規(guī)劃、場景制作、數(shù)據(jù)輸出等手段為變電站 的實時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，三維仿真模塊321在被監(jiān)測目標(biāo)的三維模型上 呈現(xiàn)各個位置的溫度信息。當(dāng)利用紅外-可見光雙通路探頭時，三維仿真模塊321除了將溫 度信息集成到三維模型上之外，還將可見光攝像機探頭采集到的實時視頻對應(yīng)到三維模型 上每個具體表面位置。在具體顯示時，可以將由測量單元獲取的測量數(shù)據(jù)得到的位置點溫 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)位置上進行標(biāo)注。可以直接 在三維模型上以不同假顏色等來標(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， 以彈出備注框的形式顯示該位置的溫度和實時視頻。在一個優(yōu)選實施例中，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)測目標(biāo)。此時，當(dāng)處于某個視角來觀 看三維模型時，可以在紅外視圖和視頻視圖之間進行切換，每個視圖由實時調(diào)用得到的多 個探頭的視頻圖像和紅外圖像拼接而成。報警模塊322事先建立被監(jiān)測目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任何位置 當(dāng)前溫度相對于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值時產(chǎn)生報警信息。例如，在變電站監(jiān) 測的例子中，在變電站正常運行的情況下，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)和報警閾值。一旦監(jiān)測到任何設(shè)備的溫度達(dá)到報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，就生成報警信息。報警模塊可以通過發(fā)出聲音、彈出對話框、發(fā)送短信息 和電子郵件等直接交互方式通知監(jiān)測人員該異常情況，并可以在監(jiān)測人員調(diào)用監(jiān)測圖像顯 示時，通過特定標(biāo)記、特定顏色、聲音或者閃爍等形式來突出顯示故障點位置。進一步地，還 可以當(dāng)光標(biāo)等指針停留在故障點位置時，顯示當(dāng)前溫度值以及用于對比的正常溫度值。在 一個優(yōu)選實施例中，還可以通過不同的特定標(biāo)記、顏色深淺、音量、閃爍頻度等來表示當(dāng)前 溫度偏離正常范圍的程度等級。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)測視頻圖像展現(xiàn)給用 戶，并根據(jù)用戶的操作進行各種數(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、生成并查看報告和系統(tǒng)調(diào)測等。根據(jù)用戶的不同需求，該其他模塊可以進行 相應(yīng)的擴展。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的，利用可見光攝像機及紅外熱像儀雙通路探頭對1lOkV變電站進行監(jiān)測或測量的示意圖。變電站的范圍可大致視為長30m寬20m高IOm的一個區(qū)域。在這個區(qū)域內(nèi)，需要 監(jiān)測的目標(biāo)有主變電柜、避雷器、絕緣子、線夾等等。需要監(jiān)測的這些目標(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)測的物體。所以實際需要監(jiān)測的區(qū)域為距 地面1. 6m處，長30m寬20m高8. 4m的一個區(qū)域。紅外探頭的視場角為40. 5° X 31.3°。根據(jù)這些條件，總共需要6個探頭，按如 下方式放置攝像頭，即可實現(xiàn)全面覆蓋
1-2號探頭置于寬20m邊的中點，高度5m，水平朝向。3-6號探頭置于長30m邊的三等分點，高度5m，水平朝向。如上所述的放置方法僅僅是一個簡單的設(shè)計。具體實施時，還需要考慮到被監(jiān)測 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)相互錯開。 另外，某些目標(biāo)可能需要單獨監(jiān)測甚至重疊監(jiān)測，因此會增加攝像頭的數(shù)量。因此，這種方 案需要被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)監(jiān)測目標(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)明的用于實現(xiàn)紅外成像監(jiān)測的方法的流程圖。在步驟501處， 方法開始。在步驟502中，布置一個或多個位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋 被監(jiān)測目標(biāo)。可以根據(jù)被監(jiān)測目標(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，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角之和完全覆蓋被監(jiān)測目標(biāo)的總表面積。可以同時布置一個或多 個可見光攝像機探頭，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，被動地獲得被監(jiān)測目標(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 線或者有線的方式將測量數(shù)據(jù)實時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)生成并維護所述被監(jiān)測目標(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)庫存儲并管理這些溫度數(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行監(jiān)測。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)庫的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行必要地處理，從而完成相應(yīng)的顯示、報警、調(diào)測等應(yīng)用功能。比 如，三維仿真顯示是本發(fā)明一個典型的應(yīng)用例子?？梢岳萌S仿真模塊，在被監(jiān)測目標(biāo)的 三維模型上標(biāo)注從數(shù)據(jù)庫獲取的溫度信息。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，報警是 本發(fā)明另一個典型的應(yīng)用例子?？梢栽谧冸娬菊＿\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)備會發(fā)生 故障，將該偏離量作為報警閾值。當(dāng)實際監(jiān)測時，任何位置當(dāng)前溫度相對于其事先保存的正 常溫度范圍偏離達(dá)到預(yù)定閾值時，自動產(chǎn)生報警?？梢酝ㄟ^彈出對話框、電子郵件、短消息、 報警聲等方式通知監(jiān)測人員具體報警信息，也可以在監(jiān)測人員調(diào)用監(jiān)測圖像顯示如三維模型顯示時，通過特定標(biāo)記、特定顏色、聲音或者閃爍等形式來突出顯示故障點位置。
以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進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)測系統(tǒng)，包括測量單元，包括一個或多個紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測目標(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)測目標(biāo)；傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測量單元捕獲的測量數(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 輸單元傳來的測量數(shù)據(jù)生成并維護所述被監(jiān)測目標(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。
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線的方式傳 輸所述測量數(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)處理子單元進一步包括測溫算 法模塊，所述測溫算法模塊將所述測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為被監(jiān)測目標(biāo)的溫度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理子單元進一步 包括數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫存儲所述測溫算法模塊生成的被監(jiān)測目標(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)用子單元進一步包括三維仿 真模塊，用于基于所述被監(jiān)測目標(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中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量單元還包括一個或 多個可見光攝像機探頭，用于捕獲所述被監(jiān)測目標(biāo)的可見光成像數(shù)據(jù)，所述一個或多個可 見光攝像機探頭分別與所述一個或多個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)測目標(biāo)的三維模型中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述集成應(yīng)用子單元進一步 包括報警模塊，所述報警模塊事先建立被監(jiān)測目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任 何位置當(dāng)前溫度相對于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值時產(chǎn)生報警信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述報警模塊以特定標(biāo)記、特定顏色、聲 音或閃爍來標(biāo)識溫度異常位置。
10.一種基于紅外成像的監(jiān)測方法，包括步驟布置一個或多個位置和朝向固定的紅外熱像儀探頭，以完全覆蓋被監(jiān)測目標(biāo)；捕獲所述被監(jiān)測目標(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)生成并維護所述被監(jiān)測目標(biāo)的溫度信息；以及提供應(yīng)用以利用所述溫度信息進行監(jiān)測。
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)測目標(biāo)的三維模型呈現(xiàn)所述溫度fe息。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括布置一個或多個可見光攝像機探頭， 并且捕獲所述被監(jiān)測目標(biāo)的可見光成像數(shù)據(jù)，所述一個或多個可將攝像機探頭分別與所述 一個或多個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 目標(biāo)的三維模型中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項所述的方法，還包括事先建立被監(jiān)測目標(biāo)各位置的正常溫度參數(shù)范圍，并且在任何位置當(dāng)前溫度相對于其正常溫度范圍的溫差達(dá)到預(yù)定閾值 時產(chǎn)生報警信息。
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 標(biāo)識溫度異常位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外成像的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括測量單元，包括一個或多個紅外熱像儀探頭，用于捕獲被監(jiān)測目標(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)測目標(biāo)；傳輸單元，用于通過網(wǎng)絡(luò)將所述測量單元捕獲的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊貑卧灰约凹貑卧?，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)所述傳輸單元傳來的測量數(shù)據(jù)生成并維護所述被監(jiān)測目標(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。本發(fā)明還涉及一種利用該系統(tǒng)進行監(jiān)測的方法。本發(fā)明能全方位地、實時地、不間斷地監(jiān)測目標(biāo)，適合于變電站、發(fā)電站等場所的在線監(jiān)測。
文檔編號G01J5/00GK102147290SQ201110008518
公開日2011年8月10日 申請日期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 申請人:北京廣微積電科技有限公司