[发明专利]基于视频和温度传感器信息融合的温度场测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及多传感器信息融合技术领域，特别涉及基于视频和温度传感器信息融合的温度场测量装置。 

背景技术

近年来，温度场的计算广泛应用于科学研究和工程应用之中。热源作为影响监测区域温度分布的主导因素，其强度、位置、数量等信息直接影响到了温度场构计算的准确性。对于包含移动热源的应用场景，实时判断移动热源的上述信息是准确计算温度场的必要条件。温度场计算技术已有的应用与研究现状如下所述： 

一种方案是直接利用温度传感器获取有限测量点处的温度信息，通过分析计算直接得到监测区域的温度场，如专利CN102539017。由于空气的导热系数及对流换热系数均很小，故对于包含移动热源的应用场景，热源周围空气温度在短时间内的温升也不显著，因而基于此类方法温度传感器无法动态监测出因热源移动而导致的温度变化，故无法准确计算出温度场。 

另一种方案是利用电荷耦合元件（CDD）图像传感器获取监测区域的图像，通过比色测温法等方法计算得到监测区域的动态温度场，如专利CN101476942。由于此方法仅对高温热源具有良好的温度场计算精度，因而其应用也受限为焊接等高温监测场景，无法应用到包含行人等低温热源的场景中。 

采用红外热像仪获取监测区域的温度场也是温度场计算方法之 一，如专利CN200986743。此类方法能够应用于包含移动热源的场景中动态计算温度场，但由于红外热像仪价格昂贵，故该方法过高的应用成本使其应用范围性对受限。 

发明内容

本发明要克服现有技术在包含移动热源的场景中测量精度有限以及应用成本过高等方面的局限性，提供一种基于视频和温度传感器信息融合的温度场测量装置及方法。。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种基于基于视频和温度传感器信息融合的温度场测量装置，该装置包括：视频传感器、视频数据分析单元、温度传感器网络、温度数据分析单元及温度场分析计算单元， 

所述视频传感器，用于动态采集监测区域原始图像信息， 

所述视频数据分析单元，用于分析视频传感器采集的原始图像信息，通过特征提取、特征匹配实现对热源的动态检测，从而在视频帧中判断出热源位置， 

所述温度传感器网络，用于动态采集监测区域不同位置的温度信息，并通过网络传输予以信息汇聚， 

所述温度数据分析单元，用于对温度传感器网络所采集的原始数据进行分析、处理，并将其按采样时间、采样位置进行格式化传输， 

所述温度场分析计算单元，用于融合视频数据采集分析单元及温度数据采集分析单元的输出信息并进行温度场计算。 

所述的视频数据分析单元中，对移动热源的动态位置检测方式 是： 

对样本视频帧提取HOG特征，其中包含热源的视频帧作为正类训练样本，不包含热源的视频帧作为负类训练样本， 

采用上述训练样本对线性SVM分类器（惩罚系数C=0.01）进行训练，得到热源检测模型， 

采用上述热源检测模型对监控视频帧进行多尺度热源检测，得到热源在视频帧中的坐标， 

进行坐标变换得到热源在检测区域中的实际坐标； 

上述温度场分析计算单元中，对热源温度的动态计算采用以下步骤完成： 

热源与周围空气之间的热对流符合牛顿冷却定律： 

dQdt=-Ah(Theat-Tenv)---(1)]]>

其中，Q为热流率，W；T_env和T_heat分别表示空气温度和热源温度，°C；h为对流换热系数，W/(m²·°C)；A为热源导热面积，m²； 

假设在任意时刻热源自身不存在温差，则由公式(1)可得：