无人机巡检图像采集融合系统研究

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　　摘 要：针对无人机巡检图像采集单一、效果差的问题，设计了可见光和红外图像同时采集、就地融合的无人机巡检图像采集融合系统。系统采用计算机三级控制方案，设备级采用DSP实现可见光和红外图像的同时采集和压缩，控制级采用嵌入式系统实现图像的预处理和融合，管理级实现融合图像的分析和辨识。设计的将RGB图像映射到YUV空间进行融合的算法，有效地解决了红外图像和可见光图像的融合问题，较好的提高了无人机巡检图像采集效果。
　　关键词：无人机巡检;图像融合;红外图像;可见光图像
　　随着长距离、大跨度、高海拔的架空高压电网建设，使得传统线路巡检方法难以满足发展的需要。利用无人机对架空输电线路进行巡检作业，具有效率高、成本低、效果好等优点。然而现有无人机巡检系统功能单一，不能同时采集针对鸟害、破损巡检可见光图像采集和针对设备异常发热的红外热图像，采集后的图像不能实时传输给工控机进行破损、故障分析，大大限制了无人机对架空输电线路巡檢的应用范围。
　　鉴于现有技术的上述缺陷，本文设计一种基于RK3399的无人机巡检图像采集处理系统，采用DSP控制器TMS320C5402实现对可见光图像和红外热图像的同时采集，采用嵌入式系统RK3399实现对可见光图像和红外热图像的图像融合和数据处理，对鸟害、破损、发热故障等进行实时分析。
　　1 系统方案设计
　　依据集中管理、就地控制的设计思路，设计了如上图所示的基于工控机、RK3399和TMS 320C5402的三级红外和可见光图像采集融合方案。系统设备级采用TMS 320C5402进行可见光和红外图像的同时采集，控制级采用RK3399嵌入式系统进行图像的预处理和融合，设备级与控制级之间采用I2C进行数据通讯，控制级与管理级之间采用Zigbee无线通信进行数据传输。为了实现数据的离线存储并提高嵌入式系统的处理速度，面向RK3399嵌入式系统扩展了4G DDR3内存，64G TF存储卡。
　　2 图像采集融合流程
　　无人机巡检图像采集融合系统的工作流程如下：（1）图像采集系统通过可见光摄像头和红外摄像头实现对可见光图像和红外热图像的同时采集;（2）图像采集系统对采集的可见光图像和红外图像进行数据压缩;（3）图像采集系统通过I2C模块将压缩后的图像传输给图像处理系统;（4）图像处理系统通过I2C接收图像采集系统采集的可见光和红外图像;（5）图像处理系统对采集的可见光和红外图像进行配准和图像融合;（6）图像处理系统通过Zigbee将融合后的图像传输给工控机;（7）工控机通过Zigbee通讯模块接收图像处理系统融合后的图像;（8）工控机对融合图像进行故障分析和辨识。
　　3 可见光和红外图像融合算法
　　RGB模型是目前常用的一种彩色信息表达方式，它使用红、绿、蓝三原色的亮度来定量表示颜色。但是在RGB模型框架下，不便于进行可见光和红外图像的融合。因此，需要将RGB模型转换为YUV颜色空间。YUV颜色空间中，Y为亮度信号，U和V分别为蓝色、红色与亮度的色差信号。
　　最后，对逆变换后的图像进行重构，即可获得融合可见光和红外图像后的彩色融合图像。
　　4 结论
　　采用管理级、控制级和设备级的三级控制方案，有效的实现了可见光图像和红外图像的采集。将RGB图像映射到YUV空间进行图像融合的算法，有效的解决了可见光和红外图像融合的问题，既保留了红外的内容信息，又保留了可见光图像的细节纹理。设计的无人机巡检图像采集融合系统，可靠的完成了架空线路的图像采集融合任务，为电力的安全输送提供了保障。
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