面向管道巡线的便携式红外热成像仪的设计

摘要

管道输送在水、油、气的运输中起到至关重要的作用，因此管道运输过程中的安全检测尤为重要。埋地管道由于腐蚀、老化或人为破坏等原因，经常发生泄漏。一旦发生泄漏报警，就需要工作人员进行现场排查和维修，但由于埋地管道的泄漏点都在地下，肉眼不易发现，从而给漏点的查找和确认带来了很大麻烦，既降低工作效率，又增加了环境污染和资源浪费的风险。本文设计了一种面向热油输送管道巡线的便携式红外热成像仪，有助于管道巡线工人方便快捷的查找泄漏位置，降低风险和损失。
　　本文分析比较了基于板载BT656接口、STM32F407开发板和CVBS转USB模组三种便携式红外热成像仪设计方案的优劣特性，确定了基于CVBS转USB模组的红外热成像仪的系统结构，基于AM4379 ARM处理器和TC388热成像机芯构建了便携式红外热成像仪硬件平台。在嵌入Linux操作系统环境下，完成了UVC图像采集驱动程序设计，基于Qt编程环境编写了红外图像采集程序，实现了红外图像经CVBS转USB模组采集、在ARM处理器中处理存储的功能。
　　提出了一种基于SVDD（支持向量数据描述）的以逼近管道轮廓矩形面积比和边界间距均方差为特征量的埋地热油管道漏点定位的方法。通过直方图均衡化、图像二值化和边缘提取等图像处理方法，提取埋地管道红外图像的边界;用矩形逼近管道轮廓，得到可包含管道轮廓最小矩形和管道轮廓可包含最大矩形的矩形面积比，并计算两条边界像素点间距离的方差，以上述两个参数为特征量，进行SVDD建模，实现辨别管道泄漏的发生。
　　搭建了红外热成像埋地管道泄漏检测实验验证平台，完成了埋地热油管道泄漏检测的模拟实验和正常管道误报率的测试实验。实验结果表明:对不同埋深管道，通过红外图像的采集处理，可以有效提取埋地管道轮廓;对于同一埋深管道，根据正常埋地管道热成像的矩形面积比和边界间距均方差这两个特征量，可以有效实现管道泄漏检测。
　　本文设计的面向热油输送管道巡线的便携式红外热成像仪，为埋地热油输送管道泄漏点的准确定位提供了一种省时省力的技术手段。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 红外热成像技术的发展

1．2．2 国内外研究应用现状

1．3 本课题主要的研究内容

第二章 红外热成像仪设计方案的分析比较与选择

2．1 基于板载BT656接口的方案

2．2 基于STM32f407数采板的方案

2．3 基于CVBS转USB模组的方案

2．4 方案分析与选择

2．5 本章小结

第三章 红外热成像仪硬件平台的搭建

3．1 红外热成像原理分析

3．1．1 红外辐射原理

3．1．2 红外热成像系统组成

3．2 红外热成像仪硬件平台搭建

3．2．1 红外热成像摄像头

3．2．2 CVBS转USB模组

3．2．3 ARM处理器

3．3 本章小结

第四章 红外热成像仪软件设计

4．1．2 ARM-Linux系统搭建

4．2 驱动程序设计

4．2．1 设备驱动和软硬件、操作系统的关系

4．2．2 UVC驱动程序设计

4．3 红外热成像仪应用程序设计

4．4 红外热图像处理方法研究及实现

4．4．1 红外图像预处理方法概述

4．4．2 图像处理方法

4．4．3 管道漏点判别方法

4．5 本章小结

第五章 实验验证与结果分析

5．1 实验系统的搭建

5．2 实验方案及结果分析

5．2．1 埋地管道轮廓提取实验

5．2．2 埋地管道误报率测试实验

5．2．3 埋地管道漏点检测实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究成果与结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介