本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置，尤其是一種將紅外熱像儀與Kinect深度傳感器組合，用于修正紅外熱像儀獲得的電力設(shè)備故障點(diǎn)表面觀測(cè)溫度值的紅外測(cè)溫裝置。

背景技術(shù)：

隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外測(cè)溫儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備故障診斷領(lǐng)域。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)紅外測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，在很大程度上影響著設(shè)備故障紅外診斷的結(jié)果。紅外測(cè)溫的準(zhǔn)確性受諸多因素影響，例如設(shè)備表面的發(fā)射率、反射率、環(huán)境溫度、大氣溫度、測(cè)量距離、大氣衰減以及周?chē)邷匚矬w輻射等等。受到紅外輻射理論的限制，目標(biāo)體到觀測(cè)點(diǎn)的距離對(duì)紅外測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大，因此，在電力設(shè)備紅外檢測(cè)的過(guò)程中，往往要考慮檢測(cè)距離這一關(guān)鍵因素，并以此對(duì)測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，就有必要獲取被測(cè)設(shè)備目標(biāo)點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)的距離。

對(duì)于上述觀測(cè)距離影響紅外測(cè)溫結(jié)果準(zhǔn)確性的，目前已發(fā)展了將測(cè)距儀器與紅外測(cè)溫儀器組合的裝置或方法，例如，激光測(cè)距與紅外測(cè)溫儀器組合方法(申請(qǐng)?zhí)枺?01120577082.8)、超聲波測(cè)距與紅外測(cè)溫儀器組合方法(申請(qǐng)?zhí)枺?01210163806.3)、紅外線測(cè)距與紅外測(cè)溫儀器組合方法等。上述的方法中，測(cè)距儀器一般都采用單點(diǎn)測(cè)距的模式，這種模式雖然能夠?qū)我还收宵c(diǎn)的距離和溫度檢測(cè)取得很好的效果，但是，考慮到高壓電力設(shè)備是個(gè)大尺寸三維立體結(jié)構(gòu)，在高度、寬度及深度三個(gè)維度上均具有一定的規(guī)模，同一設(shè)備中可能存在多個(gè)分布式的故障發(fā)熱點(diǎn)，此時(shí)單點(diǎn)測(cè)距模式無(wú)法滿足同時(shí)測(cè)量多故障點(diǎn)距離的需求。特備是在利用紅外熱像檢測(cè)電力設(shè)備時(shí)，紅外熱像圖中可能存在多個(gè)故障發(fā)熱點(diǎn)，為方便起見(jiàn)往往采用設(shè)備中心點(diǎn)的單一距離作為多個(gè)故障點(diǎn)溫度修正的距離參數(shù)。由于這種方法獲取的距離參數(shù)與實(shí)際故障點(diǎn)的距離一般會(huì)存在較大的偏差，因此造成了溫度修正結(jié)果的不準(zhǔn)確。特別是變電站等現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜，受現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢測(cè)人員工作經(jīng)驗(yàn)的限制，單點(diǎn)式測(cè)距儀的測(cè)距路徑有可能被其他非目標(biāo)設(shè)備(如母線、隔離開(kāi)關(guān)、絕緣子等)的無(wú)意遮擋，發(fā)生距離誤測(cè)情況，影響了電力設(shè)備紅外檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并進(jìn)一步影響電力設(shè)備帶電檢測(cè)的深入實(shí)施，這就迫切需要一種靈活度更高、與紅外熱像儀結(jié)合更好的測(cè)距方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)目前電力設(shè)備紅外檢測(cè)中常規(guī)距離檢測(cè)方式存在的不足，提出了一種基于Kinect深度傳感器電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置，該裝置中紅外熱像儀能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的表面溫度進(jìn)行成像顯示，同時(shí)Kinect深度傳感器的成像功能能夠把其有效視野范圍內(nèi)所有目標(biāo)點(diǎn)的距離測(cè)量出來(lái)，具有多目標(biāo)點(diǎn)測(cè)距的功能，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備的多故障點(diǎn)測(cè)溫補(bǔ)償，得到更為準(zhǔn)確的目標(biāo)點(diǎn)溫度。Kinect深度傳感器還具有精度和靈活度高、與紅外熱像儀容易組合的優(yōu)點(diǎn)，能夠解決現(xiàn)有紅外測(cè)溫距離誤差較大的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于Kinect深度檢測(cè)的電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置，包括Kinect深度傳感器、紅外熱像儀、二維度云臺(tái)、固定底座、無(wú)線通訊模塊，所述Kinect深度傳感器和紅外熱像儀上下緊密貼合安裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼通過(guò)二維度云臺(tái)安裝在固定底座上，二維度云臺(tái)連接上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)控制二維度云臺(tái)上、下、左、右旋轉(zhuǎn)掃描拍攝角度，使得電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)處于深度圖像和紅外熱像視角范圍內(nèi)；所述Kinect深度傳感器測(cè)量電力設(shè)備表面任意點(diǎn)與Kinect深度傳感器之間的距離和電力設(shè)備表面任意點(diǎn)與紅外熱像儀之間的距離；紅外熱像儀用于獲取電力設(shè)備紅外熱像溫度信息，所述的電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)到Kinect深度傳感器的距離等于到紅外熱像儀的距離；所述Kinect深度傳感器和獲取到的電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)的深度數(shù)據(jù)和紅外熱像儀獲取的圖像及溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上。

所述二維度云臺(tái)安裝有水平和垂直方向調(diào)整的步進(jìn)電機(jī)，所述Kinect深度傳感器與紅外熱像儀鏡頭的方向一致并且與機(jī)殼的一面緊貼，并處于機(jī)殼殼體內(nèi)的中間位置。

所述Kinect深度傳感器為512×424像素的傳感器，所述Kinect深度傳感器1與電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)的距離通過(guò)Kinect深度傳感器拍攝的深度幀數(shù)據(jù)獲?。凰錾疃葞瑪?shù)據(jù)中每個(gè)像素占用16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中，第0～2位為索引位，第3～15位為單元像素的深度值；所述Kinect深度傳感器與電力設(shè)備表面目標(biāo)點(diǎn)之間距離由深度提取軟件通過(guò)第3～15位數(shù)據(jù)值自動(dòng)獲取該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度數(shù)據(jù)。

所述Kinect深度傳感器獲得的紅外熱像儀與電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)之間的距離，以及紅外熱像儀獲取的電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)溫度、環(huán)境溫度代入到溫度修正公式中，獲取電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)修正后的準(zhǔn)確溫度值。

所述紅外熱像儀和Kinect深度傳感器拍攝的數(shù)據(jù)幀通過(guò)Wi-Fi無(wú)線通訊方式傳送到上位機(jī)。

所述Kinect深度傳感器與紅外熱像儀之間、紅外熱像儀與機(jī)殼之間以及Kinect深度傳感器與機(jī)殼之間的接觸面上均安裝有防震墊，以保持圖像的清晰穩(wěn)定。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明解決了傳統(tǒng)電力設(shè)備紅外測(cè)溫距離補(bǔ)償不精確的問(wèn)題。利用Kinect深度傳感器測(cè)量電力設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)至Kinect之間的距離，該距離近似等于紅外熱像儀至電力設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)之間的距離。當(dāng)對(duì)體積比較大的電力設(shè)備進(jìn)行距離補(bǔ)償時(shí)，這種熱點(diǎn)至紅外熱像儀的精確補(bǔ)償方式優(yōu)勢(shì)非常明顯，這種補(bǔ)償方式的精度高、實(shí)用性更強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于Kinect深度檢測(cè)的電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖2為Kinect深度傳感器與紅外熱像儀上下平行安裝示意圖；

圖3為本發(fā)明的基于Kinect深度檢測(cè)的電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置具體應(yīng)用立體示意圖；

圖4為基于Kinect深度檢測(cè)的紅外測(cè)溫補(bǔ)償裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為基于Kinect深度檢測(cè)的紅外測(cè)溫補(bǔ)償裝置使用流程圖；

圖6為深度幀數(shù)據(jù)中單像素點(diǎn)深度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)據(jù)示意圖；

圖7為被測(cè)電源模塊電路板可見(jiàn)光拍攝圖；

圖8為被測(cè)電源模塊電路板紅外熱像拍攝圖；

圖9為被測(cè)電源模塊電路板Kinect深度傳感器拍攝圖。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明的基于Kinect深度檢測(cè)的電力設(shè)備紅外測(cè)溫裝置，包括：Kinect深度傳感器1、紅外熱像儀2、散熱口3、電源集合線股4、二維度云臺(tái)5、底座6、無(wú)線通訊模塊。

二維度云臺(tái)5上安裝有水平和垂直方向調(diào)整的步進(jìn)電機(jī)，以及一個(gè)長(zhǎng)×寬×高為35cm×30cm×15cm的長(zhǎng)方體機(jī)殼8。Kinect深度傳感器1與紅外熱像儀2鏡頭的方向一致并且與機(jī)殼30cm×15cm的一面緊貼，兩者上下貼合安裝在機(jī)殼殼體內(nèi)的中間位置。Kinect深度傳感器1與紅外熱像儀2之間、紅外熱像儀2與機(jī)殼之間以及Kinect深度傳感器1與機(jī)殼之間的接觸面上均安裝有防震墊7，以保持圖像的清晰穩(wěn)定。

電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)到Kinect深度傳感器1的距離等于到紅外熱像儀2的距離。利用Kinect深度傳感器1檢測(cè)電力設(shè)備和紅外熱像儀2之間的距離，使用紅外熱像儀2獲取電力設(shè)備紅外熱像溫度信息。通過(guò)無(wú)線通訊模塊將Kinect深度傳感器1獲取的深度數(shù)據(jù)和紅外熱像儀2獲取的圖像及溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。本發(fā)明的具體實(shí)施流程為圖5所示。

Kinect深度傳感器1為512×424像素的傳感器，Kinect深度傳感器1與電力設(shè)備表面測(cè)溫點(diǎn)的距離通過(guò)Kinect深度傳感器1拍攝的深度幀數(shù)據(jù)獲取。深度幀數(shù)據(jù)中每個(gè)像素占用16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中，第0～2位為索引位，第3～15位為單元像素的深度值。深度提取軟件通過(guò)第3～15位數(shù)據(jù)值可自動(dòng)獲取該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度數(shù)據(jù)，并認(rèn)為其為距離數(shù)據(jù)，即為Kinect深度傳感器與目標(biāo)點(diǎn)之間距離。將紅外熱像儀2與Kinect深度傳感器1拍攝的數(shù)據(jù)幀通過(guò)Wi-Fi無(wú)線通訊方式傳送到上位機(jī)。在利用Kinect深度傳感器檢測(cè)1到的距離的基礎(chǔ)上，將紅外熱像儀2獲取的目標(biāo)溫度、環(huán)境溫度帶入到上位機(jī)中溫度修正公式中進(jìn)行溫度修正計(jì)算，獲取目標(biāo)表面的準(zhǔn)確溫度值。

將Kinect深度傳感器1和紅外熱像儀2安裝在二維度云臺(tái)上，其立體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，Kinect深度傳感器1，版本為Kinect for Windows 2.0，用來(lái)測(cè)量電力設(shè)備表面任意點(diǎn)和Kinect深度傳感器1之間的距離。由于幀數(shù)據(jù)中深度數(shù)據(jù)占用13位，因此其最大測(cè)量距離可達(dá)2¹³mm＝8.192m。紅外熱像儀2，其型號(hào)和參數(shù)為IRT513-A型紅外熱像儀，工作波段為8～14μm，氧化釩探測(cè)器探測(cè)像元數(shù)為320×240，像元尺寸為38×38μm²，成像形式選擇25Hz PAL制式，熱像儀的溫度分辨率為50mK@30℃，測(cè)溫范圍為-30℃～200℃，可以對(duì)電子電路板、變電站避雷器、電壓互感器和變壓器等設(shè)備的表面進(jìn)行測(cè)溫。Kinect深度傳感器1和紅外熱像儀2上下緊密貼合安裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，如圖2所示。由于Kinect深度傳感器1和紅外熱像儀2鏡頭間距很小，電力設(shè)備表面任意點(diǎn)到Kinect深度傳感器1的距離與設(shè)備表面任意點(diǎn)到紅外熱像儀2的距離一致。Kinect深度傳感器1和紅外熱像儀2、紅外熱像儀2和機(jī)殼以及Kinect深度傳感器1和機(jī)殼之間的接觸面上都安裝有防震墊，以保持圖像的清晰穩(wěn)定。Kinect深度傳感器和1紅外熱像儀2獲取到的圖像信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感器上傳到上位機(jī)?？缮?、下、左、右旋轉(zhuǎn)掃描的二維度云臺(tái)3，用來(lái)選擇合適的拍攝角度。固定平臺(tái)4，用來(lái)固定和安放二維度云臺(tái)3。

在具體檢測(cè)過(guò)程中，將本發(fā)明提出的基于Kinect深度檢測(cè)的紅外測(cè)溫補(bǔ)償裝置固定在2m外的檢測(cè)點(diǎn)上。通過(guò)上位機(jī)控制二維度云臺(tái)3使得電力設(shè)備目標(biāo)表面測(cè)溫點(diǎn)A和電力設(shè)備表面點(diǎn)B處于深度圖像和紅外熱像視角范圍內(nèi)。如圖3所示，根據(jù)深度圖像可以確定電力設(shè)備目標(biāo)表面測(cè)溫點(diǎn)A與Kinect深度傳感器1之間的距離d1。紅外熱像儀2和Kinect深度傳感器1上下并排貼合安裝，從而保證了電力設(shè)備目標(biāo)表面測(cè)溫點(diǎn)A到Kinect深度傳感器1的距離d1與電力設(shè)備目標(biāo)表面測(cè)溫點(diǎn)A到紅外熱像儀2的距離d2一致，即d1＝d2。距離參數(shù)d1利用深度提取軟件獲取，深度幀數(shù)據(jù)中每個(gè)像素占用16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，深度幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中，第0～2位為索引位，第3～15位為單元像素的深度值。深度提取軟件通過(guò)第3～15位數(shù)據(jù)值可自動(dòng)獲取該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度數(shù)據(jù)，并認(rèn)為其為距離數(shù)據(jù)，即為Kinect深度傳感器1與目標(biāo)點(diǎn)之間距離。

現(xiàn)以電源模塊電路板核心部件溫度檢測(cè)為例作具體說(shuō)明。

圖7所示為電源模塊電路板可見(jiàn)光拍攝圖，電源模塊電路板的測(cè)溫區(qū)域C，即變壓線圈部分，其實(shí)際溫度通過(guò)接觸式熱電偶測(cè)得為32.8℃。圖8為電源模塊電路板的紅外熱像圖，所用的紅外熱像儀2測(cè)量之前，首先在0.5m左右范圍利用黑體對(duì)其進(jìn)行溫度校正，隨后利用該紅外熱像儀對(duì)電源模塊的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像測(cè)溫。圖9為Kinect深度傳感器1拍攝的電源模塊電路板三維深度圖像，Kinect深度傳感器和1紅外熱像儀2獲取到的圖像信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感器上傳到上位機(jī)。通過(guò)上位機(jī)中的紅外熱像系統(tǒng)軟件得到紅外熱像儀2測(cè)量到的目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)為T(mén)＝31.7℃，上位機(jī)中的深度提取軟件獲取的目標(biāo)點(diǎn)與Kinect深度傳感器1之間距離為d1＝2.02m(實(shí)際距離為2m)。即被測(cè)的電源模塊電路板深度識(shí)別D為2.02m。

對(duì)于溫度的修正，本發(fā)明采用了多項(xiàng)式的修正方法，修正公式為：

T₀(d)＝T(d)+βd+γd² (1)

其中，T₀(d)為紅外輻射體表面真實(shí)溫度，T(d)為紅外熱像儀的測(cè)量溫度，d為熱像儀鏡頭與目標(biāo)體的間距，β、γ分別是觀測(cè)距離一次項(xiàng)和二次項(xiàng)的系數(shù)。將β、γ作為擬合系數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到β＝0.3205，γ＝0.01103。利用公式(1)對(duì)紅外熱像儀的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，修正后的溫度為32.39℃。紅外熱像儀對(duì)目標(biāo)體的觀測(cè)溫度T＝31.7℃與實(shí)際溫度T₀(d)＝32.8℃的誤差為△T₁＝32.8-31.7＝1.1℃，而利用Kinect深度傳感器獲取的距離參數(shù)d＝2.02m帶入到修正前的紅外熱像儀觀測(cè)結(jié)果與目標(biāo)體真是溫度之間的誤差為：△T₂＝32.8-32.39＝0.41℃。經(jīng)過(guò)與設(shè)備真實(shí)溫度的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，修正后的結(jié)果較修正前更為準(zhǔn)確。

本發(fā)明的裝置將紅外測(cè)溫技術(shù)與Kinect深度測(cè)量技術(shù)有效結(jié)合，利用Kinect深度傳感器的成像功能實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)點(diǎn)距離測(cè)量，能夠?qū)t外熱像儀獲取的電力設(shè)備多故障點(diǎn)溫度進(jìn)行修正，在很大程度上解決了傳統(tǒng)電力設(shè)備紅外檢測(cè)的距離測(cè)量不準(zhǔn)確導(dǎo)致的測(cè)溫結(jié)果不準(zhǔn)確問(wèn)題。該裝置中紅外測(cè)溫儀器與Kinect深度傳感器與二維度云臺(tái)的組合，能夠?qū)τ行б曇胺秶鷥?nèi)的半球空間中的電力設(shè)備進(jìn)行大范圍掃描檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備三維空間多故障點(diǎn)溫度精確檢測(cè)，并且該裝置的技術(shù)原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠促進(jìn)電力設(shè)備帶電檢測(cè)發(fā)展，因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性能和發(fā)展前景。