張傳江 劉險峰 陳幫干 李堅 曹金芳

摘?要：針對無人機(jī)巡檢圖像采集單一、效果差的問題，設(shè)計了可見光和紅外圖像同時采集、就地融合的無人機(jī)巡檢圖像采集融合系統(tǒng)。系統(tǒng)采用計算機(jī)三級控制方案，設(shè)備級采用DSP實(shí)現(xiàn)可見光和紅外圖像的同時采集和壓縮，控制級采用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的預(yù)處理和融合，管理級實(shí)現(xiàn)融合圖像的分析和辨識。設(shè)計的將RGB圖像映射到Y(jié)UV空間進(jìn)行融合的算法，有效地解決了紅外圖像和可見光圖像的融合問題，較好的提高了無人機(jī)巡檢圖像采集效果。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)巡檢;圖像融合;紅外圖像;可見光圖像

隨著長距離、大跨度、高海拔的架空高壓電網(wǎng)建設(shè)，使得傳統(tǒng)線路巡檢方法難以滿足發(fā)展的需要。利用無人機(jī)對架空輸電線路進(jìn)行巡檢作業(yè)，具有效率高、成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有無人機(jī)巡檢系統(tǒng)功能單一，不能同時采集針對鳥害、破損巡檢可見光圖像采集和針對設(shè)備異常發(fā)熱的紅外熱圖像，采集后的圖像不能實(shí)時傳輸給工控機(jī)進(jìn)行破損、故障分析，大大限制了無人機(jī)對架空輸電線路巡檢的應(yīng)用范圍。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本文設(shè)計一種基于RK3399的無人機(jī)巡檢圖像采集處理系統(tǒng)，采用DSP控制器TMS320C5402實(shí)現(xiàn)對可見光圖像和紅外熱圖像的同時采集，采用嵌入式系統(tǒng)RK3399實(shí)現(xiàn)對可見光圖像和紅外熱圖像的圖像融合和數(shù)據(jù)處理，對鳥害、破損、發(fā)熱故障等進(jìn)行實(shí)時分析。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

依據(jù)集中管理、就地控制的設(shè)計思路，設(shè)計了如上圖所示的基于工控機(jī)、RK3399和TMS 320C5402的三級紅外和可見光圖像采集融合方案。系統(tǒng)設(shè)備級采用TMS 320C5402進(jìn)行可見光和紅外圖像的同時采集，控制級采用RK3399嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行圖像的預(yù)處理和融合，設(shè)備級與控制級之間采用I2C進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制級與管理級之間采用Zigbee無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的離線存儲并提高嵌入式系統(tǒng)的處理速度，面向RK3399嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展了4G DDR3內(nèi)存，64G TF存儲卡。

2 圖像采集融合流程

無人機(jī)巡檢圖像采集融合系統(tǒng)的工作流程如下：（1）圖像采集系統(tǒng)通過可見光攝像頭和紅外攝像頭實(shí)現(xiàn)對可見光圖像和紅外熱圖像的同時采集;（2）圖像采集系統(tǒng)對采集的可見光圖像和紅外圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮;（3）圖像采集系統(tǒng)通過I2C模塊將壓縮后的圖像傳輸給圖像處理系統(tǒng);（4）圖像處理系統(tǒng)通過I2C接收圖像采集系統(tǒng)采集的可見光和紅外圖像;（5）圖像處理系統(tǒng)對采集的可見光和紅外圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和圖像融合;（6）圖像處理系統(tǒng)通過Zigbee將融合后的圖像傳輸給工控機(jī);（7）工控機(jī)通過Zigbee通訊模塊接收圖像處理系統(tǒng)融合后的圖像;（8）工控機(jī)對融合圖像進(jìn)行故障分析和辨識。

3 可見光和紅外圖像融合算法

RGB模型是目前常用的一種彩色信息表達(dá)方式，它使用紅、綠、藍(lán)三原色的亮度來定量表示顏色。但是在RGB模型框架下，不便于進(jìn)行可見光和紅外圖像的融合。因此，需要將RGB模型轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間。YUV顏色空間中，Y為亮度信號，U和V分別為藍(lán)色、紅色與亮度的色差信號。

最后，對逆變換后的圖像進(jìn)行重構(gòu)，即可獲得融合可見光和紅外圖像后的彩色融合圖像。

4 結(jié)論

采用管理級、控制級和設(shè)備級的三級控制方案，有效的實(shí)現(xiàn)了可見光圖像和紅外圖像的采集。將RGB圖像映射到Y(jié)UV空間進(jìn)行圖像融合的算法，有效的解決了可見光和紅外圖像融合的問題，既保留了紅外的內(nèi)容信息，又保留了可見光圖像的細(xì)節(jié)紋理。設(shè)計的無人機(jī)巡檢圖像采集融合系統(tǒng)，可靠的完成了架空線路的圖像采集融合任務(wù)，為電力的安全輸送提供了保障。

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