一種電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像配準(zhǔn)技術(shù)，尤其涉及一種電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像配準(zhǔn)就是將不同時(shí)間、不同傳感器（成像設(shè)備）或不同條件下（天候、照度、 攝像位置和角度等）獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過(guò)程，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用 于遙感數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理等領(lǐng)域。由于同一場(chǎng)景拍攝的圖像是真實(shí)的三維 世界在不同時(shí)間向成像平面的一系列投影，而圖像與圖像之間具有較大的相關(guān)性和信息冗 余，所以無(wú)論所處理的圖像是發(fā)生何種形式的變化、或是由何種傳感器獲得，總可以利用圖 像中不變的部分、共性的信息完成配準(zhǔn)，然后再根據(jù)需要處理變化的部分。
[0003] 圖像配準(zhǔn)首先是基于某一個(gè)配準(zhǔn)準(zhǔn)則的，配準(zhǔn)準(zhǔn)則是判斷兩幅圖像達(dá)到配準(zhǔn)的衡 量標(biāo)準(zhǔn)，即在什么意義下認(rèn)為達(dá)到了圖像配準(zhǔn)，所在配準(zhǔn)的關(guān)鍵是定義一個(gè)有效的配準(zhǔn)測(cè) 度函數(shù)，并尋找一個(gè)空間變換關(guān)系，使得經(jīng)過(guò)該空間變換后，兩幅圖像間的相似性達(dá)到最大 (或者差異性達(dá)到最?。?，使得兩幅圖像得到空間幾何上的一致。
[0004] 一個(gè)典型的圖像配準(zhǔn)方法的基本步驟主要包括特征檢測(cè)、特征匹配、變換模型參 數(shù)估計(jì)及圖像重采樣與變換。特征檢測(cè)指的是從圖像中提取出用來(lái)匹配的信息，這里的特 征包括圖像灰度、角點(diǎn)、邊緣、輪廓、圖像描述符等。特征匹配是指建立兩幅圖像中共有特征 之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的過(guò)程，即使用特征向量和相似性度量對(duì)特征進(jìn)行匹配。變換模型是指根據(jù) 待配準(zhǔn)圖像與參考圖像之間的幾何畸變，選擇能擬合兩幅圖像之間變化的最佳幾何變換模 型。而變換模型參數(shù)估計(jì)是應(yīng)用優(yōu)化策略求取兩幅圖像之間最佳變換參數(shù)。得到變換參數(shù) 后，需要將待配準(zhǔn)圖像做相應(yīng)變換使之與參考圖像處于同一坐標(biāo)系下。待配準(zhǔn)圖像變換后 所得像素點(diǎn)坐標(biāo)不一定為整數(shù)，應(yīng)進(jìn)行重采樣與插值處理。
[0005] 電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于戶外的高壓、高溫、高負(fù)載的工作狀態(tài)下，因此非常容易產(chǎn)生缺 陷、劣化，甚至形成事故，電氣設(shè)備的紅外熱檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備進(jìn)行不停電、定時(shí)或 實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，可以檢測(cè)出傳統(tǒng)方式檢測(cè)不到的許多潛伏性故障。紅外圖像是基于溫差的， 在溫度相同的部分不能顯示該部分的幾何形狀，很難分辨出具體的電氣設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，本發(fā)明的 方法不但可以顯示電氣設(shè)備的熱像，還可通過(guò)可見(jiàn)光圖像進(jìn)行精確定位，得到更豐富的設(shè) 備信息，取得了非?？斓呐錅?zhǔn)速度和較好的配準(zhǔn)效果，能滿足電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的需求，用 以解決目前電氣設(shè)備在溫度相同的部分不能顯示該部分的幾何形狀，很難分辨出具體的電 氣設(shè)備的問(wèn)題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：一種電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的 方法，所述圖像配準(zhǔn)的方法將紅外圖像作為待配準(zhǔn)的圖像，可見(jiàn)光圖像作為參考圖像，所述 圖像配準(zhǔn)的方法包括如下步驟：
[0008] (1)獲取電氣設(shè)備發(fā)射的紅外輻射和反射的可見(jiàn)光，通過(guò)對(duì)所述紅外輻射和可見(jiàn) 光信號(hào)的轉(zhuǎn)換和圖像采集，分別得到紅外圖像和可見(jiàn)光圖像；
[0009] (2)對(duì)所述的紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到待配準(zhǔn)圖像，同時(shí)對(duì)所述的可見(jiàn)光圖像進(jìn) 行預(yù)處理，得到參考圖像；
[0010] (3)分別計(jì)算所述待配準(zhǔn)圖像和參考圖像的候選特征點(diǎn)，構(gòu)建所述待配準(zhǔn)圖像候 選特征點(diǎn)的特征描述子和參考圖像候選特征點(diǎn)的特征描述子；
[0011] (4)根據(jù)所述待配準(zhǔn)圖像候選特征點(diǎn)的特征描述子與所述參考圖像候選特征點(diǎn)的 特征描述子之間的歐式距離，對(duì)所述待配準(zhǔn)圖像與參考圖像上的候選特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；
[0012] (5)根據(jù)匹配后的特征點(diǎn)，計(jì)算待配準(zhǔn)圖像到參考圖像的形變參數(shù)，并根據(jù)形變參 數(shù)對(duì)待配準(zhǔn)的紅外圖像進(jìn)行線性插值，得到配準(zhǔn)后的紅外圖像，然后將配準(zhǔn)后的紅外圖像 與可見(jiàn)光圖像進(jìn)行融合，最終得到處理后的圖像。
[0013] 電氣設(shè)備的紅外圖像和可見(jiàn)光圖像從不同角度反映了設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)它們進(jìn)行配 準(zhǔn)，可以提高在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述步驟（2) 中，對(duì)紅外圖像和可見(jiàn)光圖像的預(yù)處理方法為：首先，對(duì)紅外圖像進(jìn)行反色處理，同時(shí)對(duì)可 見(jiàn)光圖像進(jìn)行灰度化處理；然后，對(duì)紅外圖像和可見(jiàn)光圖像分別進(jìn)行直方圖均衡化，得到待 配準(zhǔn)圖像和參考圖像。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述步驟（3) 中，采用Hessian-Affine檢測(cè)器，分別計(jì)算出待配準(zhǔn)圖像和參考圖像的候選特征點(diǎn)，以及 每個(gè)候選特征點(diǎn)所在的橢圓形特征區(qū)域。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述的步驟（3) 中，構(gòu)建特征描述子的具體過(guò)程如下：
[0017] bl:將各所述候選特征點(diǎn)所在的橢圓形特征區(qū)域正規(guī)化為圓形區(qū)域；
[0018] b2 :初始化區(qū)域數(shù)N，方向數(shù)d和分組數(shù)k ;
[0019] b3 :對(duì)每個(gè)圓形區(qū)域，將其內(nèi)部的點(diǎn)與其內(nèi)部候選特征點(diǎn)的連線作為x軸，構(gòu)建坐 標(biāo)系，并且在所述的坐標(biāo)系下，計(jì)算圓形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)的梯度大小和方向大小，并轉(zhuǎn)為d維向 量來(lái)描述所述圓形區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)；
[0020] b4:對(duì)所述圓形區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)，按像素灰度值大小非降的方式排序，并將排序后 的像素平均分為k組；
[0021] b5 :將所述k組中每一組所有點(diǎn)的d維向量相加，并將k組的d維向量排列組合成 新的向量，來(lái)描述所述圓形區(qū)域；
[0022] b6 :將各所述候選特征點(diǎn)所在的橢圓形特征區(qū)域，擴(kuò)大0. 5倍，每次擴(kuò)大后重復(fù) bl_b5步驟，擴(kuò)大N次，并將每次擴(kuò)大后得到的向量與之前的向量組合，最終得到所述的待 配準(zhǔn)圖像和參考圖像的特征描述子。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述的步驟b3 中，所述轉(zhuǎn)為d維向量的計(jì)算方法如下：
[0024] Fg(Xi) = (flG，f2G，f3 G，......,fdG)
[0025]
[0026] 其中，f/表示第j維向量，m(XJ為所述圓形區(qū)域內(nèi)點(diǎn)&的梯度大小， a (0 (X^dir)為0 (XJ與dir;之間的角度大小，0 (XJ為所述圓形區(qū)域內(nèi)點(diǎn)Xi的方向 大小，
A表示（j-1)維向量的角度。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述步驟（4)中 對(duì)所述候選特征點(diǎn)進(jìn)行匹配的方法為：
[0028] cl:將特征描述子所表示的特征點(diǎn)的坐標(biāo)作為特征描述子的一部分，計(jì)算所述待 配準(zhǔn)圖像的特征描述子與所述參考圖像的特征描述子之間的歐式距離；
[0029] c2:根據(jù)所述待配準(zhǔn)圖像與參考圖像的特征描述子的歐式距離，采用最近鄰方法， 若待配準(zhǔn)圖像上第一特征點(diǎn)的特征描述子到參考圖像上第二特征點(diǎn)的特征描述子之間的 歐式距離最近，且參考圖像上所述第二特征點(diǎn)的特征描述子到待配準(zhǔn)圖像上所述第一特征 點(diǎn)的特征描述子的歐式距離也是最近的，則這兩個(gè)特征點(diǎn)為匹配點(diǎn)。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，所述的步驟（5) 中，采用魯棒點(diǎn)集配準(zhǔn)算法RPM-L2E排除誤匹配點(diǎn)，計(jì)算待配準(zhǔn)圖像到可見(jiàn)光圖像的形變 參數(shù)。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明所述的電氣設(shè)備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像配準(zhǔn)的方法，計(jì)算所述形變參 數(shù)的步驟如下：
[0032] dl:初始化噪聲參數(shù)〇2、形變參數(shù)矩陣C、退火速率p及迭代次