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CN201610049498.X 一种适用于接触网的红外图像压缩方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适用于接触网的红外图像压缩方法及系统。

背景技术

铁路接触网为铁路列车(机车和动车)提供可靠的不间断的电能,通过供电线和受电弓(简称弓网)向列车传输电能;供电线的导高值和拉出值是接触网运行监控的重要参数,通常的计算方法是先拍摄受电弓和供电线接触部位的图像,再通过图像分析计算出导高值和拉出值;利用热红外成像设备拍摄弓网图像,不受昼夜光线环境限制,通过调焦,能精确地获取弓网部位的红外温度数据。

弓网红外图像实际是温度数据矩阵,像素值是对应像素点的温度值;因为温度数据可能有负值,特别是在冬季,而计算机用于显示的图像的像素值为正值,所以直接获取的红外图像无法直接显示;因为温度数据可能存在较大的取值范围,例如拍到太阳时,温度值范围可能为20摄氏度到300摄氏度,而此时弓网部位温度值可能为20摄氏度到40摄氏度,当温度数据矩阵转换成灰度图像后,弓网部位的像素值较小位于零值附近,弓网部位显示趋于黑色,不易看清。另外为了获取较高的精度,计算机中存储温度值的变量类型一般为16位字宽,而灰度图像的像素值的变量类型为8位字宽,如果直接存储16位字宽的红外图像,后期载入和读取数据后,需要重新把16位字宽的红外图像转换成8位字宽的灰度图像,从而降低了图像处理的速度和效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种适用于接触网的红外图像压缩方法及系统,对红外相机采集到的红外温度图像流中每一帧红外温度图像进行压缩处理,减小了红外温度图像流存储所需空间。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种适用于接触网的红外图像压缩方法,包括以下步骤:

S1.从红外相机中获取红外温度图像流;

S2.按照红外相机拍摄的时间先后顺序依次取出红外温度图像流中的每一帧红外温度图像;

S3.判断当前帧红外温度图像是否为红外温度图像流的第一帧图像:

(1)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的第一帧图像,跳转至步骤S4;

(2)如果当前帧红外温度图像不是红外温度图像流的第一帧图像,跳转至步骤S5;

S4.创建空白的红外视频压缩文件和对应空白的索引文件,并在索引文件中写入文件头;

S5.将当前帧红外温度图像进行压缩处理,得到当前帧的压缩图像帧,并将压缩图像帧以追加模式写入红外视频压缩文件中;同时为当前帧的压缩图像帧生成对应的帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中;

S6.判断当前帧红外温度图像是否为红外温度图像流的最后一帧图像:

(1)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的最后一帧图像,本次压缩结束;

(2)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的最后一帧图像,跳转至步骤S3,对下一帧红外温度图像进行步骤S3~S6的操作。

所述的步骤S4包括以下子步骤:

S41.创建空白的红外视频压缩文件和对应空白的索引文件;

S42.在索引文件中写入文件头,写入的文件头中包括红外视频压缩文件的图像宽度信息和图像高度信息。

所述的步骤S5包括以下子步骤:

S51.获取当前帧红外温度图像的红外温度数据;

S52.对当前帧红外温度图像统计温度数据并生成温度直方图;

S53.将当前帧红外温度图像转换为红外灰度图像;

S54.对红外灰度图像进行高温和低温补偿,再提升常温带对比度,得到灰度补偿图像;

S55.形成当前帧红外温度图像的压缩图像帧,将压缩图像帧以追加模式写入红外视频压缩文件中;

在红外视频压缩文件中压缩图像帧的帧序号从0开始计数,第1帧的帧序号为0,第2帧的帧序号1,第i帧的帧序号为i-1,i为大于0小于总帧数的整数。

所述的压缩图像帧中包括从前往后依次包括:压缩得到的JPEG图像、默认矩形框左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值、默认矩形框最高温度点坐标和红外灰度对应的温度值数组。

S56.为当前帧的压缩图像帧生成对应的帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中。

所述的帧信息从前往后依次包括压缩图像帧的数据大小信息、压缩图像帧在压缩视频文件中的起始位置信息、压缩图像帧拍摄的时间戳信息。

图像压缩完毕后,能够根据帧序号查找对应的时间戳信息,或者找到该帧序号在压缩视频文件中对应的压缩图像,同理,通过已知的时间戳信息,也能够求得对应的帧序号。

所述的步骤S52包括以下子步骤:

S521.统计当前帧红外温度图像的像素点总数n、最高温度maxT、最低温度minT、高温点数目highc和低温点数目lowc;

S522.定义当前帧红外温度图像为图像A,设图像A的高度为h,图像A的宽度为w,以图像A的左上角作为原点,建立像素坐标系,像素坐标系的行坐标i从上往下依次增大,像素坐标系的列坐标j从左往右依次增大,定义A(i,j)为像素点(i,j)处的温度值,其中0≤i≤h-1,0≤j≤w-1;

S523.创建温度直方图TA,并将温度直方图TA的横轴分为256个单元,单元标号x为整数,且0≤x≤255,温度直方图x单元的单元高度H(x)等于满足以下条件的像素点个数:

x=A(i,j)-minTmaxT-minT*255;

S524.把温度直方图横轴分为1%低温带、98%常温带和1%高温带,求取低温带和常温带的临界点lowx,求取常温带和高温带的临界点highx。

所述的步骤S53包括:求图像A中每一个像素点对应的灰度值,得到红外灰度图像GA:像素点(i,j)对应的灰度值GA(i,j),等于像素点(i,j)的温度值A(i,j)在温度直方图中对应的单元标号。

所述的步骤S54包括:根据图像GA中每一个像素点(i,j)的像素值GA(i,j)与lowx,highx的关系,求得对应的灰度补偿值GAS(i,j),得到灰度补偿图像GAS:

(1)如果GA(i,j)小于lowx,GAS(i,j)取0;

(2)如果GA(i,j)大于highx,GAS(i,j)取255;

(3)如果GA(i,j)位于lowx和highx之间:

GAS(i,j)=GA(i,j)-lowxhighx-lowx*255

所述的步骤S55包括以下子步骤:

S551.将灰度补偿图像压缩成JPEG图像,并保存灰度补偿图像中灰度值对应的温度值数组;

S552.在JPEG图像中使用默认矩形框对JPEG图像进行标记;

S553.保存默认矩形框的左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值和默认矩形框最高温度点坐标;

S554.当前帧的JPEG图像与默认矩形框左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值、默认矩形框最高温度点坐标和红外灰度对应的温度值数组形成当前帧的压缩图像帧。

进一步地,灰度补偿图像压缩成JPEG图像的过程中,图像的高度和宽度并没有发生变化,相应的像素坐标系也没有发生变化,默认矩形框左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值和默认矩形框最高温度点坐标都是基于灰度补偿图像中的像素坐标系。

进一步地,默认矩形框,是指人为的设定默认矩形标记区域,即将所得JPEG图像的一部分特定区域按照人为设定进行标记。

一种适用于接触网的红外图像压缩系统,包括数据获取模块和数据处理模块;所述的数据处理模块包括红外视频压缩文件创建单元、索引文件创建单元、压缩处理单元和帧信息生成单元:

所述的数据获取模块用于从红外相机中获取红外温度图像流;

所述的红外视频压缩文件创建单元用于创建空白的红外视频压缩文件;

所述的索引文件创建单元用于创建空白的索引文件;

所述的压缩处理单元用于对红外温度图像流中的每一帧红外温度图像进行处理,得到当前帧红外温度图像的压缩图像帧,并将压缩图像帧以追加模式写入视频压缩文件中;

所述的帧信息生成单元用于为当前帧红外温度图像的压缩图像帧生成帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中。

本发明的有益效果是:(1)对红外相机采集到的红外温度图像流中每一帧红外温度图像进行压缩处理,减小了红外温度图像流存储所需空间。

(2)为每一帧红外温度图像压缩处理得到的压缩图像帧生成对应的索引信息,为后续图像处理、分析与识别奠定了基础。

(3)解决红外温度数据带有极高温度值和极低温度值造成的部分图像区域不清晰的问题。

(4)解决红外温度数据带有负值而无法直接用于计算机显示的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图;

图2为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示,一种适用于接触网的红外图像压缩方法,包括以下步骤:

S1.从红外相机中获取红外温度图像流;

S2.按照红外相机拍摄的时间先后顺序依次取出红外温度图像流中的每一帧红外温度图像;

S3.判断当前帧红外温度图像是否为红外温度图像流的第一帧图像:

(1)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的第一帧图像,跳转至步骤S4;

(2)如果当前帧红外温度图像不是红外温度图像流的第一帧图像,跳转至步骤S5;

S4.创建空白的红外视频压缩文件和对应空白的索引文件,并在索引文件中写入文件头;

S5.将当前帧红外温度图像进行压缩处理,得到当前帧的压缩图像帧,并将压缩图像帧以追加模式写入红外视频压缩文件中;同时为当前帧的压缩图像帧生成对应的帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中;

S6.判断当前帧红外温度图像是否为红外温度图像流的最后一帧图像:

(1)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的最后一帧图像,本次压缩结束;

(2)如果当前帧红外温度图像是红外温度图像流的最后一帧图像,跳转至步骤S3,对下一帧红外温度图像进行步骤S3~S6的操作。

所述的步骤S4包括以下子步骤:

S41.创建空白的红外视频压缩文件和对应空白的索引文件;

S42.在索引文件中写入文件头,写入的文件头中包括红外视频压缩文件的图像宽度信息和图像高度信息。

所述的步骤S5包括以下子步骤:

S51.获取当前帧红外温度图像的红外温度数据;

S52.对当前帧红外温度图像统计温度数据并生成温度直方图;

S53.将当前帧红外温度图像转换为红外灰度图像;

S54.对红外灰度图像进行高温和低温补偿,再提升常温带对比度,得到灰度补偿图像;

S55.形成当前帧红外温度图像的压缩图像帧,将压缩图像帧以追加模式写入红外视频压缩文件中;

所述的压缩图像帧中包括从前往后依次包括:压缩得到的JPEG图像、16字节默认矩形框左上右下坐标、4字节默认矩形框最高温度点温度值、8字节默认矩形框最高温度点坐标和512字节256级红外灰度对应的温度值数组。

S56.为当前帧的压缩图像帧生成对应的帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中。

所述的帧信息从前往后依次包括压缩图像帧的数据大小信息、压缩图像帧在压缩视频文件中的起始位置信息、压缩图像帧拍摄的时间戳信息。

压缩完毕后,能够根据帧序号查找对应的时间戳信息,或者找到该帧序号在压缩视频文件中对应的压缩图像,同理,通过已知的时间戳信息,也能够求得对应的帧序号

所述的步骤S52包括以下子步骤:

S521.统计当前帧红外温度图像的像素点总数n、最高温度maxT、最低温度minT、高温点数目highc和低温点数目lowc;

S522.定义当前帧红外温度图像为图像A,设图像A的高度为h,图像A的宽度为w,以图像A的左上角作为原点,建立像素坐标系,像素坐标系的行坐标i从上往下依次增大,像素坐标系的列坐标j从左往右依次增大,定义A(i,j)为像素点(i,j)处的温度值,其中0≤i≤h-1,0≤j≤w-1;

S523.创建温度直方图TA,并将温度直方图TA的横轴分为256个单元,单元标号x为整数,且0≤x≤255,温度直方图x单元的单元高度H(x)等于满足以下条件的像素点个数:

x=A(i,j)-minTmaxT-minT*255;

进一步地,步骤S523中,首先是统计红外温度图像A中不同的温度值,以及每个温度值对应的像素点个数;

然后,是将不同的温度值用相应的单元标号x来表示:

x=A(i,j)-minmaxT-minT*255,0≤x≤255;

每个温度值对应的像素点个数即为相应单元标号对应的像素点个数,也就是步骤S523所说的单元高度H(x)。

S524.把温度直方图横轴分为低温带、常温带和高温带,求取低温带和常温带的临界点lowx,求取常温带和高温带的临界点highx。

所述的步骤S53包括:求图像A中每一个像素点对应的灰度值,得到红外灰度图像GA:像素点(i,j)对应的灰度值GA(i,j),等于像素点(i,j)的温度值A(i,j)在温度直方图中对应的单元标号。

所述的步骤S54包括:根据图像GA中每一个像素点(i,j)的像素值GA(i,j)与lowx,highx的关系,求得对应的灰度补偿值GAS(i,j),得到灰度补偿图像GAS:

(1)如果GA(i,j)小于lowx,GAS(i,j)取0;

(2)如果GA(i,j)大于highx,GAS(i,j)取255;

(3)如果GA(i,j)位于lowx和highx之间:

GAS(i,j)=GA(i,j)-lowxhighx-lowx*255

所述的步骤S55包括以下子步骤:

S551.将灰度补偿图像压缩成JPEG图像,并保存灰度补偿图像中灰度值对应的温度值数组;

S552.在JPEG图像中使用默认矩形框对JPEG图像进行标记;

S553.保存默认矩形框的左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值和默认矩形框最高温度点坐标;

S554.当前帧的JPEG图像与默认矩形框左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值、默认矩形框最高温度点坐标和红外灰度对应的温度值数组形成当前帧的压缩图像帧。

进一步地,灰度补偿图像压缩成JPEG图像的过程中,图像的高度和宽度并没有发生变化,相应的像素坐标系也没有发生变化,默认矩形框左上右下坐标、默认矩形框最高温度点温度值和默认矩形框最高温度点坐标都是基于灰度补偿图像中的像素坐标系。

进一步地,默认矩形框,是指人为的设定默认矩形标记区域,即将所得JPEG图像的一部分特定区域按照人为设定进行标记。

如图2所示,一种适用于接触网的红外图像压缩系统,包括数据获取模块和数据处理模块;所述的数据处理模块包括红外视频压缩文件创建单元、索引文件创建单元、压缩处理单元和帧信息生成单元:

所述的数据获取模块用于从红外相机中获取红外温度图像流;

所述的红外视频压缩文件创建单元用于创建空白的红外视频压缩文件;

所述的索引文件创建单元用于创建空白的索引文件;

所述的压缩处理单元用于对红外温度图像流中的每一帧红外温度图像进行处理,得到当前帧红外温度图像的压缩图像帧,并将压缩图像帧以追加模式写入视频压缩文件中;

所述的帧信息生成单元用于为当前帧红外温度图像的压缩图像帧生成帧信息,并将生成的帧信息以追加模式写入索引文件中。

实质上,接触网在进行红外图像采集的过程中,往往还在同步进行高清图像的采集,由于红外相机和高清相机的物理特性帧率可能不同,每秒拍摄的帧数可能不同,在后续处理过程中,常常需要查找同一时刻的红外图像和高清图像,这时,根据红外图像的帧序号找到其时间戳,在根据该时间戳查找到同一时刻的高清图像,从而实现红外、高清图像的同步。

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