用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法及系统

技术领域

本发明涉及人工智能领域，具体涉及一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法及系统。

背景技术

光伏产业由于其清洁、可持续的特性受到极大的重视。光伏产业中最重要的部分在于智能化运维，在尽量减少成本的情况下实施自动化、智能化运行和维护，从而获得最大收益。现阶段，光伏电池板缺陷检测中，支撑数据感知部分的便是各种相机、摄像头等图像获取设备。而相机常分布于太阳光充足的情况，因此易造成相机过曝等情况，对于后续的图像处理非常不便。

现阶段针对光伏电池板的图像过曝处理有一些简易办法，但暂未形成固定方法以及标准，大多使用传统的相机过曝方法判断。如对比文件CN110830789A，提出了一种过曝检测方法及一种过曝抑制方法。

该方法具有普适性，但针对光伏电池相机这一具体类型中，光伏电池板所处环境光照充足，且光伏电池板本身具有焊带，边缘、栅线的影响因素，在具体实施检测及过曝调节的过程中，该方法过曝调节精度不高，易造成误判漏判等情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明了提供一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法及系统，所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法，该方法包含以下步骤：

采集光伏电池板的样本图像；

提取样本图像的像素点亮度与第一阈值作比较，若不小于第一阈值，判定样本图像疑似过曝，否则无过曝发生；

对疑似过曝的样本图像进行预处理，得到去除纹理细节的光伏电池板图象；

对光伏电池板图像进行轮廓识别，若轮廓符合预设的斑状过曝条件，判定图像为斑状过曝，轮廓为过曝区域；

对于不符合斑状过曝条件的光伏电池板图像，利用亮度阈值对其进行阈值分割，获取二值化区域分割图，若大于亮度阈值的区域的像素点总数不小于预设面积阈值，则判定为光侵蚀型过曝，该区域为过曝区域，否则判定为无过曝产生；

对于斑状过曝或者光侵蚀型过曝的光伏电池板图像，分析过曝区域的面积系数，结合过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度，得到过曝影响度；

根据过曝种类、过曝面积系数、过曝区域的对比度、过曝影响度来调整相机参数及位姿，从而匹配最佳曝光度。

优选地，过曝区域的面积系数是根据过曝区域的像素点数及其最小外接矩形尺寸而确定的，且与二者的比值呈正相关关系。

优选地，过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度为：

其中，Box表示过曝区域的最小外接矩形面积，L

优选地，相机参数的调整通过改变光圈APT的大小以及快门STT的时间来实现，具体表现为：

其中，S表示过曝区域的面积系数，Inf表示过曝区域的影响度，f为相机焦距，α

优选地，相机位姿的调整表现为：

其中

第二方面，本发明实施例提供了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节系统，包括：

图像获取单元，用于采集光伏电池板的样本图像；

过曝判定单元，包括疑似过曝判定模块、预处理模块、斑状过曝判定模块以及光侵蚀型过曝判定模块：

疑似过曝判定模块，用于提取样本图像的像素点亮度与第一阈值作比较，若不小于第一阈值，判定样本图像疑似过曝，否则无过曝发生；

预处理模块，用于对疑似过曝的样本图像进行预处理，得到去除纹理细节的光伏电池板图象；

斑状过曝判定模块，用于对光伏电池板图像进行轮廓识别，若轮廓符合预设的斑状过曝条件，判定图像为斑状过曝，轮廓为过曝区域；

光侵蚀型过曝判定模块，用于对于不符合斑状过曝条件的光伏电池板图像，利用亮度阈值对其进行阈值分割，获取二值化区域分割图，若大于亮度阈值的区域的像素点总数不小于预设面积阈值，则判定为光侵蚀型过曝，该区域为过曝区域，否则判定为无过曝产生；

过曝调节单元，包括过曝分析模块和曝光度调节模块：

过曝分析模块，用于对于斑状过曝或者光侵蚀型过曝的光伏电池板图像，分析过曝区域的面积系数，结合过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度，得到过曝影响度；

曝光度调节模块，用于根据过曝种类、过曝面积系数、过曝区域的对比度、过曝影响度来调整相机参数及位姿，从而匹配最佳曝光度。

进一步地，过曝分析模块中，过曝区域的面积系数是根据过曝区域的像素点数及其最小外接矩形尺寸而确定的，且与二者的比值呈正相关关系。

进一步地，过曝分析模块中，过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度为：

其中，Box表示过曝区域的最小外接矩形面积，L

进一步地，曝光度调节模块中，相机参数的调整通过改变光圈APT的大小以及快门STT的时间来实现，具体表现为：

其中，S表示过曝区域的面积系数，Inf表示过曝区域的影响度，f为相机焦距，α

进一步地，曝光度调节模块中，相机位姿的调整表现为：

其中

本发明实施例至少包含以下有益效果：

本发明实施例通过对光伏电池板图像的分类检测，预测过曝种类，实现有针对性地调节曝光度；

本发明实施例通过对过曝区域的面积系数、对比度及影响度，建立过曝异常调节模型进行定性分析，从而实现根据环境的不同自适应调节相机参数及位姿，匹配最佳曝光度，提高过曝调节的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法的步骤流程图；

图2为本发明一个实施例所提供的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法的流程图；

图3为本发明一个实施例所提供的一种光伏电池板样本图像的示意图；

图4为本发明一个实施例提供的一种光伏电池板图像的亮度直方图；

图5为本发明一个实施例提供的一种过曝区域最小外接矩形的坐标示意图；

图6为本发明一个实施例提供的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

需要说明的是，本发明实施例中根据光伏检测环境对各项参数进行初始化。即确定光照强度及已知相机的各项可调参数，如光圈、快门、位姿、焦距等。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法的具体方案。

请参阅图1和图2，图1示出了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法的步骤流程图，图2示出了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法的流程图，该检测方法包括以下步骤：

步骤S100：采集光伏电池板的样本图像。

用RGB相机拍摄光伏电池板样本图像，请参阅图3，其示出了光伏电池板样本图像的示意图，样本图像中包含一个光伏电池板10，还有极小部分背景。

步骤S200：提取样本图像的像素点亮度与第一阈值作比较，若不小于第一阈值，判定样本图像疑似过曝，否则无过曝发生。

具体的，将光伏电池板样本图像转换到HSL彩色空间中，其转换方式为公知方法，在此不做限定。根据HSL彩色空间得到图像各像素点的亮度L，判断出样本图像中的亮度分布。统计亮度超过第一阈值80％的像素点个数占总像素点数的百分比W

本发明实施例中，第一阈值根据经验设定，光伏电池板平面度良好，若发生过曝，过曝区域可视为一个连通域。过曝类型主要分为两种，一种是斑状过曝，过曝区域在图像内部，另一种是光侵蚀型过曝，过曝区域与图像边缘连接。没有发生过曝的图像无需进行过曝调节。

步骤S300：对疑似过曝的样本图像进行预处理，得到去除纹理细节的光伏电池板图像。

利用形态学算子对疑似过曝的样本图像进行闭运算，去除样本图像中光伏电池板的细栅线，算子包括x方向

步骤S400：对所述光伏电池板图像进行轮廓识别，若所述轮廓符合预设的斑状过曝条件，判定所述图像为斑状过曝，所述轮廓为过曝区域。

用Canny算子对光伏电池板图像进行梯度检测，一组Canny算子包含扩张的两个5×5大小Sobel算子。分别提取x与y方向的边缘，x方向的梯度变化采用

调用程序API接口对梯度分布图进行轮廓识别，并对轮廓求最小外接矩形，若最小外接矩形中，存在长宽比小于斜率阈值且像素点周长和大于周长阈值的轮廓，则可视为有斑状过曝产生，以该轮廓内区域作为过曝区域，否则进入步骤S500光侵蚀过曝的判定。

本发明实施例中，斜率阈值可以设置为5，周长阈值可以设置为100。

步骤S500：对于不符合斑状过曝条件的光伏电池板图像，利用亮度阈值对其进行阈值分割，获取二值化区域分割图，若大于亮度阈值的区域的像素点总数不小于预设面积阈值，则判定为光侵蚀型过曝，该区域为过曝区域，否则判定为无过曝产生。

光伏电池板图像中较亮的直线，如焊带、栅线等已经被去除，对光伏电池板图像的像素进行亮度提取，绘制出如图4所示的亮度直方图，请参阅图4，在亮度直方图中，n

根据所得到的亮度阈值l

步骤S300、步骤S400为图像发生过曝的判定步骤，能够针对光伏电池板图像进行分类检测，预测过曝种类。相对于传统的过曝检测方法更具有针对性，能够更精确的发现相机所拍摄画面的过曝状况。

确定相机采集到的图像发生过曝异常后，为了能够获取高质量的拍摄图像，则需要对该图像进行过曝调节，匹配最佳曝光度。

步骤S600：对于斑状过曝或者光侵蚀型过曝的光伏电池板图像，分析其过曝区域的面积系数，结合过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度，得到过曝影响度。

本发明实施例中列举的影响过曝程度的参数有两个，一是过曝区域的面积系数，二是过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度。

请参阅图5，其示出了过曝区域最小外接矩形的坐标示意图，在光伏电池板图像坐标系中，以像素个数为单位长度，最小外接矩形用(x

其中，k

接下来分析影响过曝程度的另一因素，即过曝区域与光伏电池板图像的对比度。

根据二值化后的过曝区域分割图，确定图像中过曝区域与光伏电池板图像的HSL参数，再根据过曝区域的最小外接矩形与光伏电池板图像像素比值得到过曝区域与光伏电池板图像的对比度。该对比度反映了过曝程度，对比度越高，在实际光伏电池板的缺陷检测中，图像过曝区域遮挡光伏电池板缺陷概率越大，检测结果准确率越低，后续过曝调节力度越大。

过曝区域与光伏电池板图像的对比度为：

其中，L

对过曝区域的面积系数及过曝区域与光伏电池板图像的对比度进行综合分析，列出过曝分析影响函数，用过曝影响度Inf表示，其公式为：

步骤S700：根据所述过曝种类、过曝面积系数、过曝区域的对比度、过曝影响度来调整相机参数及位姿，从而匹配最佳曝光度。

构建过曝异常调节模型，对于发生过曝异常的光伏电池板图像，将步骤S400至步骤S600所分析得到的过曝种类、过曝面积系数、过曝区域的对比度、过曝影响度等参数一起代入过曝异常调节模型中，曝光度与相机参数、位姿的关系叙述如下：

相机主要有三个光学参数影响图像曝光度，分别是光圈APT，快门STT以及感光度。光圈过大、快门时间过长以及感光度过大均有可能造成过曝，本发明实施例主要讨论相机光圈、快门及相机位姿对过曝程度的影响。

因此根据对应关系，得到如下过曝异常调整的定性分析：

若发生光腐蚀型过曝，将镜头向过曝区域外接矩形中心点的相反方向移动，通过调整相机位姿实现；若发生光斑型过曝，则将镜头向过曝区域外接矩形中心点方向移动；

发生过曝现象时，根据过曝面积系数确定光圈大小及快门时间，过曝面积系数越大，相应的光圈越小，快门时间越短；

发生过曝现象时，根据过曝区域的对比度及影响度来调整，过曝对比度越高，影响度越大，则相应的光圈越小、快门时间越短。

将上述定性分析总结为公式过曝异常调节模型的函数表达：

其中

根据上述函数，可以得到相机参数与过曝参数之间的映射关系，将不同情况下的参数进行列举，并设定曝光度为定值，避免出现过曝现象，可得到映射关系表格。将不同的值代入过曝异常调节模型中，可以拟合出α

实际光伏检测中利用过曝异常调节模型，可以根据环境的不同自适应调节相机参数及位姿来匹配最佳曝光度，减少过曝情况的发生和影响。

综上所述，本发明提供了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节方法，该方法包括利用形态学算子对图像进行闭运算，结合霍夫变换，消除了光伏电池板图像的边缘、焊带及纹理等噪声对检测结果的影响，提高过曝检测的精度；通过对光伏电池板图像的分类检测，预测过曝种类，实现有针对性地调节曝光度，再结合过曝区域的面积系数、对比度及影响度，建立过曝异常调节模型进行定性分析，从而实现根据环境的不同自适应调节相机参数及位姿，匹配最佳曝光度，提高过曝调节的精度。

基于与上述方法实施例相同的发明构思，本发明另一个实施例提供了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节系统。

请参阅图6，其示出了本发明另一个实施例所提供的一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节系统的结构示意图，该系统包括图像获取单元、过曝判定单元以及过曝调节单元。

具体的，图像获取单元，用于采集光伏电池板的样本图像；

过曝判定单元，包括疑似过曝判定模块、预处理模块、斑状过曝判定模块以及光侵蚀型过曝判定模块：

疑似过曝判定模块，用于提取样本图像的像素点亮度与第一阈值作比较，若不小于第一阈值，判定样本图像疑似过曝，否则无过曝发生；

预处理模块，用于对疑似过曝的样本图像进行预处理，得到去除纹理细节的光伏电池板图象；

斑状过曝判定模块，用于对光伏电池板图像进行轮廓识别，若轮廓符合预设的斑状过曝条件，判定图像为斑状过曝，轮廓为过曝区域；

光侵蚀型过曝判定模块，用于对于不符合斑状过曝条件的光伏电池板图像，利用亮度阈值对其进行阈值分割，获取二值化区域分割图，若大于亮度阈值的区域的像素点总数不小于预设面积阈值，则判定为光侵蚀型过曝，该区域为过曝区域，否则判定为无过曝产生；

过曝调节单元，包括过曝分析模块和曝光度调节模块：

过曝分析模块，用于对于斑状过曝或者光侵蚀型过曝的光伏电池板图像，分析过曝区域的面积系数，结合过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度，得到过曝影响度；

曝光度调节模块，用于根据过曝种类、过曝面积系数、过曝区域的对比度、过曝影响度来调整相机参数及位姿，从而匹配最佳曝光度。

进一步地，过曝分析模块中，过曝区域的面积系数是根据过曝区域的像素点数及其最小外接矩形尺寸而确定的，且与二者的比值呈正相关关系。

进一步地，过曝分析模块中，过曝区域与光伏电池板图像之间的对比度为：

其中，Box表示过曝区域的最小外接矩形面积，L

进一步地，曝光度调节模块中，相机参数的调整通过改变光圈APT的大小以及快门STT的时间来实现，具体表现为：

其中，S表示过曝区域的面积系数，Inf表示过曝区域的影响度，f为相机焦距，α

进一步地，曝光度调节模块中，相机位姿的调整表现为：

其中

综上，本发明提供了一种用于光伏电池板图像采集的相机过曝异常调节系统，该系统包括利用图像预处理模块消除了光伏电池板图像的边缘、焊带及纹理等噪声对检测结果的影响，提高过曝检测的精度；通过斑状过曝判定模块以及光侵蚀型过曝判定模块预测过曝种类，结合过曝分析模块进行定性分析，从而实现根据环境的不同自适应调节相机参数及位姿，匹配最佳曝光度，提高过曝调节的精度。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。