無人機巡檢圖像采集融合系統研究

張傳江 劉險峰 陳幫干 李堅 曹金芳

摘?要：針對無人機巡檢圖像采集單一、效果差的問題，設計了可見光和紅外圖像同時采集、就地融合的無人機巡檢圖像采集融合系統。系統采用計算機三級控制方案，設備級采用DSP實現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實現圖像的預處理和融合，管理級實現融合圖像的分析和辨識。設計的將RGB圖像映射到YUV空間進行融合的算法，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巡檢圖像采集效果。

關鍵詞：無人機巡檢;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建設，使得傳統線路巡檢方法難以滿足發展的需要。利用無人機對架空輸電線路進行巡檢作業，具有效率高、成本低、效果好等優點。然而現有無人機巡檢系統功能單一，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備異常發熱的紅外熱圖像，采集后的圖像不能實時傳輸給工控機進行破損、故障分析，大大限制了無人機對架空輸電線路巡檢的應用范圍。

鑒于現有技術的上述缺陷，本文設計一種基于RK3399的無人機巡檢圖像采集處理系統，采用DSP控制器TMS320C5402實現對可見光圖像和紅外熱圖像的同時采集，采用嵌入式系統RK3399實現對可見光圖像和紅外熱圖像的圖像融合和數據處理，對鳥害、破損、發熱故障等進行實時分析。

1 系統方案設計

依據集中管理、就地控制的設計思路，設計了如上圖所示的基于工控機、RK3399和TMS 320C5402的三級紅外和可見光圖像采集融合方案。系統設備級采用TMS 320C5402進行可見光和紅外圖像的同時采集，控制級采用RK3399嵌入式系統進行圖像的預處理和融合，設備級與控制級之間采用I2C進行數據通訊，控制級與管理級之間采用Zigbee無線通信進行數據傳輸。為了實現數據的離線存儲并提高嵌入式系統的處理速度，面向RK3399嵌入式系統擴展了4G DDR3內存，64G TF存儲卡。

2 圖像采集融合流程

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

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方式，它使用紅、綠、藍三原色的亮度來定量表示顏色。但是在RGB模型框架下，不便于進行可見光和紅外圖像的融合。因此，需要將RGB模型轉換為YUV顏色空間。YUV顏色空間中，Y為亮度信號，U和V分別為藍色、紅色與亮度的色差信號。

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

4 結論

采用管理級、控制級和設備級的三級控制方案，有效的實現了可見光圖像和紅外圖像的采集。將RGB圖像映射到YUV空間進行圖像融合的算法，有效的解決了可見光和紅外圖像融合的問題，既保留了紅外的內容信息，又保留了可見光圖像的細節紋理。設計的無人機巡檢圖像采集融合系統，可靠的完成了架空線路的圖像采集融合任務，為電力的安全輸送提供了保障。

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