一种基于目标检测的变电站气体泄漏检测方法与流程

本发明涉及目标检测，尤其涉及一种基于目标检测的变电站气体泄漏检测方法。

背景技术：

1、现有变电站气体泄漏的红外检测方法主要依赖单帧红外图像的空间域灰度特征，通过对比泄漏区域与背景的热辐射差异进行识别。然而，在泄漏浓度较低或环境温度较高的场景下，泄漏气体在红外图像中的灰度对比度急剧下降，传统基于灰度阈值或边缘检测的方法难以提取有效泄漏信号，导致漏检率显著升高。当泄漏气体与背景温度趋于一致时，泄漏区域在图像中呈现模糊甚至反向的弱特征，现有方法缺乏针对该极端场景的自适应增强机制，无法保证检测的稳定性和可靠性。

2、现有基于时序帧差或光流场的运动检测方法虽能利用气体扩散的动态信息，但其通常假设泄漏羽流具有连续、平稳的运动特性，通过简单的帧间能量累积或差分阈值进行判定。实际上，气体泄漏产生的湍流涡动具有强烈的间歇性和非高斯分布特征，其能量在时空域呈现稀疏、突发的尖峰形态，而背景热纹漂移或设备振动等干扰往往具有更平稳的统计特性。现有方法未能有效区分泄漏湍流与背景干扰的统计差异性，仅采用常规的时域滤波或能量累积策略，极易将环境噪声误判为泄漏或将微弱湍流信号抑制，检测精度难以满足变电站复杂工况的运维要求。因此如何提升变电站气体泄漏检测的准确性和鲁棒性，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于目标检测的变电站气体泄漏检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于目标检测的变电站气体泄漏检测方法，包括：

3、s1、对变电站气体的红外图像序列进行帧差累积，得到所述红外图像序列的微动能量场；

4、s2、对所述微动能量场进行湍流析出，得到所述微动能量场的湍流涡动分量；

5、s3、对所述湍流涡动分量进行相保映射，得到所述湍流涡动分量的扩散迹线；

6、s4、基于所述扩散迹线，对所述红外图像序列的首帧灰图进行边界裁剪，得到所述首帧灰图的候选区域图；

7、s5、对所述候选区域图进行形态量取，得到所述候选区域图的轮廓参数；

8、s6、对所述轮廓参数进行等级量化，得到所述变电站气体的泄漏结果。

9、在一个优选的实施方式中，所述对变电站气体的红外图像序列进行帧差累积，得到所述红外图像序列的微动能量场，具体包括：

10、获得所述红外图像序列的帧间差图；

11、对所述帧间差图进行范数取模，得到所述帧间差图的模量残差；

12、基于所述模量残差，对所述红外图像序列的时域序列进行时域积分，得到所述模量残差的积分能量；

13、对所述积分能量进行逐点重组，得到所述红外图像序列的微动能量场。

14、在一个优选的实施方式中，所述基于所述模量残差，对所述模量残差进行时域积分，得到所述模量残差的积分能量，具体包括：

15、对所述模量残差进行指数赋权，得到所述模量残差的加权残差；

16、基于所述加权残差，对所述红外图像序列的时域序列进行区域积分，得到所述加权残差的窗内累加和；

17、对所述窗内累加和进行幅值标定，得到所述窗内累加和的标定量；

18、基于所述标定量，对所述红外图像序列的时域序列进行高斯平滑，得到所述模量残差的积分能量。

19、在一个优选的实施方式中，所述对所述微动能量场进行湍流析出，得到所述微动能量场的湍流涡动分量，具体包括：

20、对所述微动能量场进行分块划窗，得到所述微动能量场的局部时窗块；

21、对所述局部时窗块进行能量波动解构，得到所述局部时窗块的波动分量；

22、对所述波动分量进行稀疏判别，得到所述波动分量的间歇性特征；

23、对所述波动分量进行多尺度分解，得到所述波动分量的标度指数；

24、基于所述间歇性特征和所述标度指数，对所述微动能量场进行涡动分离，得到所述微动能量场的湍流涡动分量。

25、在一个优选的实施方式中，所述对所述局部时窗块进行能量波动解构，得到所述局部时窗块的波动分量，具体包括：

26、将所述局部时窗块内的能量比值作为所述局部时窗块的能量概率；

27、对所述能量概率进行熵值积分，得到所述局部时窗块的能量熵值；

28、对所述局部时窗块内的能量值进行斜率解构，得到所述局部时窗块的梯度模场；

29、依据所述能量熵值和所述梯度模场，对所述局部时窗块的能量分布进行间歇性因子求解，得到所述局部时窗块的间歇性因子，其中，所述间歇性因子计算公式为：

30、；

31、式中，为所述间歇性因子，为像素索引，为所述能量概率中第个像素的能量占比，为自然对数运算，为自然常数，为所述梯度模场中第个像素的梯度模，为所述局部时窗块内能量值的标准差，为所述局部时窗块的像素总数；

32、将所述局部时窗块内每个像素点的原始能量值乘以所述间歇性因子，得到所述局部时窗块的波动分量。

33、在一个优选的实施方式中，所述对所述湍流涡动分量进行相保映射，得到所述湍流涡动分量的扩散迹线，具体包括：

34、对所述湍流涡动分量进行相位谱抽离，得到所述湍流涡动分量的原始相位角；

35、对所述原始相位角进行相位展平，得到所述原始相位角的连续相位场；

36、基于所述连续相位场，对所述湍流涡动分量的振幅分布进行相位保持反投，得到所述湍流涡动分量的空间映射图；

37、对所述空间映射图进行极值追踪，得到所述空间映射图的扩散迹线。

38、在一个优选的实施方式中，所述对所述空间映射图进行极值追踪，得到所述空间映射图的扩散迹线，具体包括：

39、对所述空间映射图进行方向滤除，得到所述空间映射图的主流向分量；

40、基于所述主流向分量，对所述空间映射图的空白间隙进行桥接填补，得到所述空间映射图的连续主流迹；

41、对所述连续主流迹进行曲率拟合，得到所述空间映射图的扩散迹线。

42、在一个优选的实施方式中，所述基于所述扩散迹线，对所述红外图像序列的首帧灰图进行边界裁剪，得到所述首帧灰图的候选区域图，具体包括：

43、对所述扩散迹线进行外框拟合，得到所述扩散迹线的包围框；

44、对所述首帧灰图进行线性压缩，得到所述首帧灰图的规约灰图；

45、基于所述包围框，对所述规约灰图的框内像素进行区域固持，得到所述规约灰图的保留区；

46、对所述保留区的框外像素进行外域消隐，得到所述首帧灰图的候选区域图。

47、在一个优选的实施方式中，所述对所述候选区域图进行形态量取，得到所述候选区域图的轮廓参数，具体包括：

48、对所述候选区域图进行灰度门限分割，得到所述候选区域图的前景二值图；

49、对所述前景二值图进行边缘追迹，得到所述前景二值图的边缘像素串；

50、基于所述边缘像素串，对所述前景二值图的外缘进行边界量测，得到所述边缘像素串的轮廓几何量；

51、对所述轮廓几何量进行参数聚合，得到所述候选区域图的轮廓参数。

52、在一个优选的实施方式中，所述对所述轮廓参数进行等级量化，得到所述变电站气体的泄漏结果，具体包括：

53、获取所述轮廓参数的最大值和最小值；

54、基于所述最大值和所述最小值，对所述轮廓参数进行极差归一化，得到所述轮廓参数的规约值；

55、基于所述规约值，对所述轮廓参数的量级区间进行匹配划分，得到所述规约值的隶属等级；

56、对所述隶属等级进行程度映射，得到所述变电站气体的泄漏结果。

57、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

58、1.本发明通过从红外图像序列中提取微动能量场并分离湍流涡动分量，能够有效捕捉泄漏气体扩散过程中产生的间歇性能量波动。基于相位保持映射构建扩散迹线，可在低对比度场景下准确还原泄漏气体沿设备表面的连续扩散路径，显著增强了对微弱泄漏信号的感知能力，提高了泄漏检测的空间定位精度。

59、2.本发明采用间歇性因子对湍流能量进行量化解析，结合多尺度分解获取的标度指数，实现了对泄漏湍流与背景热纹干扰的精细区分。通过对候选区域图的形态量取和轮廓参数的等级量化，能够输出定量的泄漏程度结果，有效避免了传统方法在复杂环境下的误检与漏检，提升了检测结果的可靠性和工程适用性。