用于监测开关设备的系统

技术领域

本发明涉及用于监测开关设备的系统。

背景技术

红外线(IR)热成像技术广泛应用于非接触式温度感测，并且为电气资产(诸如开关设备)的在线温度监测的永久安装提供了方便的解决方案。IR相机的热图像的温度提取支持关键热点的检测，以防止开关设备过热。

现今，独立的IR相机的应用给电气资产现有的和新的解决方案带来了以下缺点：

特别是在未知的电力资产中，出于调试和改装的目的，IR相机的正确安装相当麻烦。如果IR相机完全捕获电气资产的所有相关部件，则热图像不会提供信息。如果使用具有低空间分辨率以及低灵敏度的有成本效益的IR相机，则在开关设备的冷状态下尤其如此。在这种情况下，只有在开关设备加热后才能可靠地检测内部部件。

仅从热IR图像很难识别电气资产的单个部件和可能的其他对象(诸如遗忘的工具)。部件和对象的识别对于检测故障类型和检测哪些相受到影响至关重要。

对于开关设备，仅从热IR图像很难标识类型、拓扑和隔室。

低分辨率相机使[1]至[3]甚至更加困难。在热图像中，代表对象的边界线的测量温度的轮廓线变得不那么清晰。

有必要解决这些问题。

发明内容

因此，具有用于监测开关设备的改进系统将是有利的。

本发明的目标是通过独立权利要求的主题来解决的，其中进一步的实施例被并入从属权利要求中。应该注意的是，该系统是针对开关设备描述的，但是在可能受到过热部件的影响的其他电气系统中也可应用。

在一方面，提供了用于监测开关设备的系统，该系统包括：

-红外相机；

-视觉相机；

-处理单元；以及

-输出单元；

红外相机被配置为获取开关设备的红外图像。视觉相机被配置为获取开关设备的视觉图像。处理单元被配置为将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。视觉图像中的多个像素包括多个像素子集，其中每个子集包括至少一个像素。视觉图像中的每个像素子集被映射到红外图像中的对应像素，并且视觉图像中的每个像素子集和红外图像中的对应像素与开关设备的相同部分的图像数据相关。处理单元被配置为确定组合图像，组合图像包括被映射到红外图像中的多个像素的视觉图像中的多个像素的利用。输出单元被配置为输出组合图像。

换言之，用于开关设备的温度监测系统使用红外图像和视觉图像，其中红外图像的分辨率可以低于视觉图像，其中相机的视场重叠，因为它们对相同对象中的至少一些对象进行成像。组合图像从这两个图像提供，组合图像提供了与具有来自红外图像的温度信息的视觉图像相关联的特征识别能力。

在示例中，红外相机和视觉相机安置于同一壳体内。

在示例中，壳体被配置为被安装至开关设备或从开关设备上拆卸。

在示例中，红外相机的镜头位于视觉相机的镜头的附近。

在示例中，处理单元被配置为：利用视觉相机的视场和红外相机的视场，将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

在示例中，视觉相机的视场至少部分地与红外相机的视场重叠。

在示例中，处理单元被配置为：利用视觉相机的视线和红外相机的视线的范围，将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

这里，视线可以指代相机的视场，因此根据相机成像的空间区域获知相机的视场，可以进行像素映射。然而，视线也可以意味着相机光轴的中心线——换言之就是相机光轴指向的方向。然后，获知该信息就可以进行像素映射，其中可以使用相机规范信息(诸如成像的角度范围)。

像素映射可以涉及将视觉图像的像素分配给IR图像的像素，或者将IR图像的像素分配给视觉图像的像素，其中可以使用映射表。这种映射表可以用于给出在与IR相机图像重叠的区域中的视觉图像的每个像素的温度，并且然后普遍适用于所选类型的相机。

像素映射还可以涉及为视觉图像的像素分配表示来自热图像的温度的颜色，其中可以再次使用映射表。

在示例中，处理单元被配置为：利用视觉相机的检测器与红外相机的检测器之间的距离，将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

因此，获知视觉相机与红外相机之间的横向距离，例如它们的检测器中心之间的横向距离，然后可以确定它们的图像的重叠部分。例如，相机可以彼此偏移但是指向平行方向，但是通过了解两个相机的角度视场，就对对象的相同部分进行成像而言，可以确定视觉图像的哪些像素对应于红外图像的哪些像素。类似地，如果两个相机横向偏移但是彼此成角度，那么再次通过了解相机的角度视场，像素之间彼此相关。甚至，如果两个相机彼此偏移，其中一个稍微在另一个的前面，那么可以将横向距离和前向距离与三角测量和角度视场一起利用，以便使像素彼此相关。

在示例中，处理单元被配置为利用映射表将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

在示例中，处理单元被配置为检测开关设备的至少一部分，检测包括由处理单元利用对象识别算法来处理组合图像。

在示例中，处理单元被配置为检测不是开关设备的部分的一个或多个对象，检测包括由处理单元利用对象识别算法来处理组合图像。

在示例中，开关设备的一个或多个部分的检测包括由处理单元利用标识开关设备的至少一个特征的来自用户的输入。

在示例中，开关设备的至少一个特征包括开关设备的拓扑和/或隔室和/或相。

在示例中，处理单元被配置为将至少一个温度分配给开关设备的至少一个检测到的部分，至少一个检测到的部分包括红外图像的利用。

在示例中，红外相机的分辨率小于视觉相机的分辨率。

上述方面和示例将参考下文所述的实施例变得明显并加以说明。

附图说明

下文将参考以下附图描述示例性实施例：

图1示出了用于监测开关设备的系统的示例；

图2示出了图像映射工作流程的示例；

图3示出了图像映射工作流程的应用的示例；

图4示出了来自映射表的摘录的示例；

图5示出了组合图像数据的示例；

图6示出了a)处的热红外图像与b)处的对应的视觉图像的示例，其中在被映射到组合的红外图像和视觉图像上的视觉图像中检测到的对象使得对象的红外图像数据能够被提取；以及

图7示出了温度特征提取的示例。

具体实施方式

图1至图7涉及用于监测开关设备的系统。根据示例，该系统包括：红外相机、视觉相机、处理单元、以及输出单元。红外相机被配置为获取开关设备的红外图像。视觉相机被配置为获取开关设备的视觉图像。处理单元被配置为将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。视觉图像中的多个像素包括多个像素子集，每个子集包括至少一个像素。视觉图像中的每个像素子集被映射到红外图像中对应像素，并且视觉图像中的每个像素子集和红外图像中的对应像素与开关设备的相同部分的图像数据相关。处理单元被配置为确定组合图像，组合图像包括被映射到红外图像中的多个像素的视觉图像中的多个像素的利用。输出单元被配置为输出组合图像。

根据示例，红外相机和视觉相机安置于同一壳体内。

根据示例，壳体被配置为被安装在开关设备上或从开关设备上拆卸。

根据示例，红外相机的镜头位于视觉相机的镜头的附近。

根据示例，处理单元被配置为利用视觉相机的视场和红外相机的视场将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

根据示例，视觉相机的视场至少部分地与红外相机的视场重叠。

根据示例，处理单元被配置为利用视觉相机的视线和红外相机的视线的范围将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

根据示例，处理单元被配置为利用视觉相机的检测器与红外相机的检测器之间的距离将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

根据示例，处理单元被配置为利用映射表将视觉图像中的多个像素映射到红外图像中的多个像素。

根据示例，处理单元被配置为检测开关设备的至少一部分，检测包括由处理单元利用对象识别算法来处理组合图像。

根据示例，处理单元被配置为检测不是开关设备的部分的一个或多个对象，检测包括由处理单元利用对象识别算法来处理组合图像。

根据示例，开关设备的一个或多个部分的检测包括由处理单元利用标识开关设备的至少一个特征的来自用户的输入。

根据示例，开关设备的至少一个特征包括开关设备的拓扑和/或隔室和/或相。

根据示例，处理单元被配置为将至少一个温度分配给开关设备的至少一个检测到的部分，该至少一个检测到的部分包括红外图像的利用。

根据示例，红外相机的分辨率小于视觉相机的分辨率。

因此，开关设备或其他电气设备可以与上述系统相关联地安装。

因此，该系统是具有IR相机和视觉相机的双相机系统，该IR相机和视觉相机具有用于电气资产的温度监测的映射过程。双相机系统包括特殊设计的壳体，其中安装了IR相机和视觉相机。两个相机的镜头彼此应该保持最小的距离，以使IR图像和视觉图像的重叠最大化。考虑到该距离和两个相机的视场以及它们在校准步骤中所观察的内容，推导出映射过程以获得增强的热图像，该增强的热图像表示热量在视觉图像上的精细的重叠。增强的热图像使得部件能够在电气资产中被识别，并且可以示出这些关注区域的温度。这些关注区域的温度特征可以很容易地被提取用于状况监测，诸如最高/最低温度、平均温度以及环境温度。

继续参考附图，针对具体实施例，进一步详细描述用于监测开关设备的系统。

图1示出了其中安装有红外相机和视觉相机的双相机壳体的示例设计，其中图1示出了前视图。双相机壳体专门被设计为用于放置两个相机，并确保两个镜头彼此之间的固定最小距离/偏移。壳体的另一益处是可以在电气资产中灵活固定。图1示出了通过3D打印制造的双相机壳体的可能实现。如上所述，设计重点在于保持红外相机与视觉相机的两个镜头之间的最小距离。

图2：示出了图像映射方法的示例：在a)处示出了显示被加热的黑色矩形对象的单独的视觉图像和热图像。在b)处示出了通过在图像中间精确限定两个局部坐标系(x，y)的原点的视觉图像和热图像的重叠。在c)处示出了到公共坐标系(X，Y)的转换，从而产生作为两个图像的精细的叠加的增强的热图像。映射方法的发展提供了两个图像的精细的叠加，从而产生增强的热图像。生成映射表以将视觉图像的像素分配给IR图像的像素或者将IR图像的像素分配给视觉图像的像素。该映射表给出了在与IR相机图像重叠的区域中视觉图像的每个像素的温度，并且普遍适用于所选类型的相机。

图3：示出了通过应用图像映射方法来检测两个图像中的对应像素的说明性表示。

图4：示出了映射表的摘录。应该注意的是，视觉图像通常比热图像具有更高的分辨率。因此，视觉图像的多个像素被分配给IR图像的同一像素。

因此，图2至图4实际上表示校准步骤，其中图2概述了被开发以在视觉图像上提供热量的精细的覆盖的映射方法，其中考虑到视场和相机偏移，两个图像的局部坐标系被转换为公共坐标系。然后，图3示出了通过图4中所示的示例性映射表，视觉图像像素如何被分配给IR图像像素以及IR图像像素如何被分配给视觉图像像素的示意图。

图5示出了增强的热图像的示例，其中关注的黑色矩形对象与环境具有大约相同的温度：在a)处黑色对象未完全由热IR图像捕获，而在b)处黑色对象完全由热IR图像捕获。因此，图5概述了增强的热图像如何在调试期间可以支持将相机放置在正确的位置，使得完全捕获所有相关部件。特别地，如果电气资产没有处于操作中，则所有部件的温度都大致相同。因此，如果要监测全部部件或相的温度，则热图像不会提供任何附加信息。即使未知的电气资产的调试因此很容易处理，因为如果所有相关部件都被完全捕获，则增强的热图像会提供信息。这也是改装应用的益处。

图6示出了关注区域的限定的示例：在a)处示出了具有三个不同关注对象的增强的热图像。在b)处示出了在视觉图像(左)中捕获关注对象并且在热图像(右)中通过映射表确定对应的IR图像像素的像素的检测。

用户可以从增强的热图像中标识开关设备的类型、拓扑和隔室。备选地，对象识别算法可以用于自动标识。类型、拓扑和隔室以及部件的自动标识利用了使用图像处理方法的对象识别算法。关注区域由用户定义和/或由关键部件或相自动定义，这些关键部件或相可以是视觉图像中的任意几何2D对象，如图6中示意性所示。通过映射表推导出对应的IR像素以获得关注区域的温度信息。

图7示出了温度特征提取的示例。对三个定义的关注区域确定最大温度。备选地，可以提取另一温度特征，例如最小温度和平均温度，但是如果在视觉图像中定义了对应的区域，则还可以提取环境温度。因此，可以很容易地提取关注区域的温度特征，例如最大/最小温度、平均温度和环境温度。应该注意的是，该系统可以使用低空间分辨率的IR相机(例如32x32像素)与更高空间分辨率的视觉相机(例如具有480x640分辨率的USB相机)组合，这两者都是具有成本效益的。