一种油气泄漏全景红外扫描成像的图像处理方法及装置

技术领域

本发明属于图像测量技术领域，特别涉及一种油气泄漏全景红外扫描成像的图像处理方法及装置。

背景技术

FTIR光谱被动遥测技术绝大多数使用的是单元型非成像探测器，进行遥测时只能对指向视场内的污染情况进行点探测。这种设备在使用时由光源发出的红外光经准直为平行红外光束进入干涉系统，经干涉仪调整得出干涉图，然后输送进入计算机，由计算机进行傅立叶变换的快速计算，得出标准红外吸收光谱图，因而在进行遥测是只能对指定方向的视场内的污染情况进行定点检测，在污染源常态监测及突发性气体污染事故快速探测中，无法全面有效的对检测设备的周向360°环境中的污染扩散信息进行获取。单纯依靠单元型非成像FTIR光谱仪无法有效获取分布信息，难以适应今后的需求。

为了满足石油化工等厂区对污染气体大范围区域检测的需要，特别设计了一种自适应全景扫描图像处理和标定方法、装置及系统。可以对扫描区域进行360°全角度图像拼接，并对场景进行角度标定，满足全场景扫描和大范围检测的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明第一方面公开了一种油气泄漏全景红外扫描成像的图像处理方法，所述方法包括：

输入不同畸变的标准图形，对标准图形进行标定，输出标定结果；

根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理，输出校正图像信息；

根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，输出无畸变全景图像。

优选的，所述对标准图形进行标定，包括以下步骤：

输入预定数量的不同畸变的标准图形；

对所述标准图形的固定角点进行角点检测；

对所述固定角点进行标记，并进行精确化处理，得到所述标准图形的理想坐标。

优选的，所述根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理，包括以下步骤：

根据标准图形的所述理想坐标对所述原始图像信息的实际坐标进行标定，得到校正矩阵；

输入校正矩阵对所述原始图像信息进行畸变校正，得到校正图像信息。

优选的，所述根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，包括以下步骤：

将校正图像信息进行灰度化处理，输出灰度图像；

将所述灰度图像进行直方图变换，输出变换结果。

优选的，所述根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，还包括：

根据所述变换结果寻找多个校正图像信息的特征点，输出多个所述校正图像信息的特征向量；

将需要拼接的校正图像信息进行特征向量匹配，提取满足需求的特征点；

将多个所述校正图像信息中提取的特征点进行匹配，输出无畸变全景图像。

优选的，所述根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，还包括：

根据输出的所述无畸变全景图像对图像位置进行角度标定和标记，输出全景范围内所观测物体的角度位置。

第二方面公开了一种油气泄漏全景红外扫描成像图像处理装置，所述装置包括图形处理模块，所述图形处理模块包括：

标定单元，用于输入不同畸变的标准图形，对标准图形进行标定，输出标定结果；

校正单元，用于根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理，输出校正图像信息；

拼接单元，用于根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，输出无畸变全景图像。

优选的，标定单元中执行所述输入不同畸变的标准图形，对标准图形进行标定的具体步骤如下：

输入预定数量的不同畸变的标准图形；

对所述标准图形的固定角点进行角点检测；

对所述固定角点进行标记，并进行精确化处理，得到所述标准图形的理想坐标。

优选的，校正单元中执行所述根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理的具体步骤如下：

根据所述标准图形的所述理想坐标对所述原始图像信息的实际坐标进行标定，得到校正矩阵；

输入校正矩阵对所述原始图像信息进行畸变校正，得到校正图像信息。

优选的，拼接单元中执行所述根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理的具体步骤如下：

将校正图像信息进行灰度化处理，输出灰度图像；

将所述灰度图像进行直方图变换，输出变换结果。

优选的，拼接单元中执行拼接处理的具体步骤还包括：

根据所述变换结果寻找多个校正图像信息的特征点，输出多个所述校正图像信息的特征向量；

将需要拼接的校正图像信息进行特征向量匹配，提取满足需求的特征点；

将多个所述校正的图像信息中提取的特征点进行匹配，输出无畸变全景图像。

优选的，拼接单元执行拼接处理的具体步骤还包括：

根据输出的所述无畸变全景图像对图像位置进行角度标定和标记，输出全景范围内所观测物体的角度位置。

优选的，所述校正单元根据标准图形的理想坐标对所述图像的实际坐标进行标定，输出的校正矩阵可以在校正步骤中重复使用。

本发明将高分辨率的单张图片经过无畸变校正拼接成整张图片后，通过图像处理模块中的高精度云台对图片进行定位并标记；通过该装置能够实时对周向360°环境进行测量，不受周围环境、温度等因素影响，可以方便的显示周边环境中的污染气体扩散情况，快速进行全场景扫描以及大范围检测，及时了解污染气体的泄漏情况，进而对应做出快速响应，保护周边环境及操作人员的安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的结构流程图；

图2示出了根据本发明实施例的标准图形示意图；

图3示出了根据本发明实施例的经过校正的单张图片对比图；

图4示出了根据本发明实施例的校正后的全景图像；

图5示出了根据本发明实施例的未校正全景图像。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供一种油气泄漏全景红外扫描成像的图像处理方法，所述方法包括：首先图像采集模块获取多个原始图像信息，并将所述原始图像信息通过网络传输模块传输至图像处理模块，所述图像处理模块包括工控机或计算机，其次在图像采集模块的标定单元中输入预定数量的不同畸变类型的标准图形，对标准图形进行标定，输出标定结果，然后根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理，输出校正图像信息，最后根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，输出无畸变全景图像。

在本实施例中，工作人员根据使用需求对所述标定单元从图像处理模块获取多个原始图像信息的过程进行设定，标定单元间隔一段时间提取一个或多个原始图像信息，并对该原始图像信息内容执行标定操作。

其中，图像采集模块可以根据需求在标定之前获取若干张高分辨率的不同畸变的图形，畸变图形包括不同位置、不同角度以及不同姿态的图形，通过网络传输的方式输送给图像处理模块。

在本发明的一个实施例中，所述标定操作包括以下步骤：首先输入预定数量的不同畸变的标准图形，请参阅图2所示，对所述标准图形的固定角点进行角点检测，其中，图示虚线表示标准线，弧线表示标准图形中的径向和切向畸变，至于标准图形中的其他畸变类型，由于其他畸变类型在扫描成像过程中表征不显著，因此在此不做考虑，在本实施例中，径向和切向畸变属于工业特种相机的内部参数，可以通过获取工业特种相机内参和外参矩阵面对工业特种相机进行标准化校正，进一步的，对所述固定角点进行标记，并进行精确化处理，得到所述标准图形的理想坐标。

其中，所述精确化处理过程包括工业特种相机的径向畸变和切向畸变计算过程，当然，精确化处理还包括后续对矩阵进行旋转和平移，从而获得校正矩阵的过程。

在本发明的一个实施例中，标定操作中，可以对应提取所述标准图形的固定角点信息，有必要说明的是，也可以通过实时输入标准图形的方式对标准图形的固定角点信息进行提取，当然，这里的固定角点信息专指标定板中的内角点，将该内角点的畸变坐标值保存下来，通过内角点坐标和标准坐标对相机的内参系数和外参系数进行标定。

在本发明的一个实施例中，所述校正处理操作包括以下步骤：首先根据所述标准图形的所述理想坐标对所述原始图像信息的实际坐标进行标定，得到校正矩阵，然后输入校正矩阵对所述原始图像信息进行畸变校正，得到校正图像信息。

其中，参考图3所示，校正处理操作的校正单元提取存储在本地的图像处理装置中的理想坐标，根据理想坐标对待标定的原始图像信息进行实际坐标标定，从而得到校正矩阵，在校正单元中输入校正矩阵对原始图像信息进行畸变校正，进而得到校正图像信息。

在本发明的一个实施例中，所述拼接处理操作包括以下步骤：将校正图像信息进行灰度化处理，输出灰度图像；将所述灰度图像进行直方图变换，输出变换结果。

在一些实施例中，拼接单元接收校正图像信息，并将所述校正图像信息首先进行灰度化处理，从而得到灰度图像，然后对灰度图像进行直方图变换，以提高灰度图像的对比度，通过对灰度图像的对比度增强解决由于图像的灰度级范围较小造成的对比度较低的问题，可以将输出的图像的灰度级放大到指定的程度，使得图像中的细节看起来更加清晰，方便图像进行后续识别提取操作。

所述拼接处理操作还包括：首先寻找多个原始图像信息的特征点，根据特征点输出多个数字图像的特征向量，其次将需要拼接的图像进行特征向量匹配，提取满足需求的特征点，最后将提取的特征点与原始图像信息进行匹配，输出无畸变全景图像。

其中，特征点包括两幅校正图像信息之间通过旋转、拉伸、缩放平移等多种操作后，仍保持其特征不变的点，例如边缘若干像素组成的区域等。满足特征点的点包括筛选特征点中的误匹配点的过程，对若干特征点进行优化位置关系，去除错误的特征点，从而得到优化后的校正图像信息；进而通过匹配提取的特征点与原始图像信息，输出无畸变全景图像。

在一些实施例中，参考图4所示，拼接处理操作中，通过对校正后的图像做图像预处理，提取单张图像的特征点，从而获取对应的特征向量，重复对多个待拼接的图像进行获取特征向量的操作，然后通过单应性举证获得特征结果集，在拼接单元中预设置特征提取点匹配系数，最后进行特征点匹配并输出拼接图。

在本发明的一个实施例中，所述拼接处理操作还包括：根据输出的所述无畸变全景图像对图像位置进行角度标定和标记。

在一些实施例中，参考图4和图5，对输出的所述无畸变全景图像对图像位置进行角度标定和标记，从而可以与原图像进行比对，在应用时，可以方便的显示周边环境中的污染气体扩散情况，方便进行全场景扫描以及大范围检测，及时了解污染气体的泄漏情况，进而对应做出快速响应，保护周边环境及操作人员的安全。

本实施例提供一种油气泄漏全景红外扫描成像的图像处理和标定装置，所述装置包括：标定单元、校正单元和拼接单元，所述标定单元用于输入不同畸变的标准图形，对标准图形进行标定，输出标定结果，所述校正单元用于根据标定结果对多个原始图像信息进行校正处理，输出校正图像信息，所述拼接单元用于根据校正图像信息对上述多个原始图像信息进行拼接处理，输出无畸变全景图像。

在本实施例中，图像采集模块可以为用于观测采集图像或视频数据的探头，所述探头设置在工业特种相机上，通过工业特种相机对探头采集的图像或者视频数据进行处理，如果采集的数据为图像数据，工业特种相机将其转化为JPG/BMP格式的图像，并将图像传输到标定单元进行标定操作；如果采集的数据为视频数据，工业特种相机可以根据标定对视频数据进行间隔提取，每间隔一段时间提取一张图像，并将其转化为JPG/BMP格式的图像传输给标定单元。所述标定单元、校正单元以及拼接单元集成在工控机或者计算机中，通过工控机或者计算机对探头采集的图像进行图像处理和标定。

请参阅图1所示，图像采集模块收集的所述原始图像信息包括图像或视频信息。具体的，其中图像或视频信息由安装在工业特种相机前端的探头进行采集，图像或视频信息的格式可以为常用的图像或视频信息格式，具体的格式类型与所述探头的类型相对应，采集的数据传输至工业特种相机进行数据转化，将其转换成能够被所述工控机或计算机直接识别的格式，从而方便进行信息的读取和处理。

在本发明的一个实施例中，校正单元根据标准图形的理想坐标对所述图像的实际坐标进行标定，输出的校正矩阵可以在校正步骤中重复使用。在根据标准图形理想坐标对图像进行标定操作中，只需一次将标准图形的理想坐标计算的到即可，获取理想坐标数据，并将理想坐标数据存储在本地的图像处理和标定装置中，后续重复进行标定操作可以进行直接调用，避免在标定操作中需要多次重复操作，提高图形处理和标定装置的标定操作的运算速度。

在本实施中，所述图像处理装置集成安装在防爆箱内，对所述图像处理装置进行安全防护。整个装置中，关键设备和原件都安装在防爆箱内，能够满足恶劣环境下的工况要求；另外，通过该装置能够实时对周向360°环境进行测量，不受周围环境、温度等因素影响。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。