摘 要：针对目前较多无人值守变电站采用多摄像头分离处理，存在的成像细节模糊、可扩展性差、传输延时长等问题，文中提出一种基于图像融合与H.265 的无人值守电力巡检系统设计方案。系统前端设备采用双目摄像头采集可见光与红外图像，通过图像融合算法对可见光与红外图片进行融合处理，解决了可见光干扰能力弱和红外图像模糊的问题。此外，文中系统支持有线/无线两种部署方式，用云端存储来缓解本地存储的压力，且采用H.265 编码方式以降低网络延时。最后，对系统的图像融合效果、系统延时以及视频质量进行测试。结果表明，文中系统所输出的融合图像对比度强、细节保留完整，相比于H.264 编码技术，延时降低了9%～10%。

  0   引 言  

随着人民生活水平的提高，用电规模日益增长，电力系统规模也在急剧扩大，变电站数量猛增。变电站是电网建设的关键连接点，在电力运输、电压转换与电能分配中起着重要的作用，直接影响人们的生活[1]。为保证变电站安全、稳定的运行，对变电站内设备进行定时定点的巡检是变电站日常管理工作的核心环节。目前电力公司主要采取传统的人工巡检方式，即巡检人员到现场对电力设备进行检查和记录。但由于变电系统设备种类多，因而对巡视人员有较高的要求，巡视人员的业务水平、责任意识和精神状态都会影响巡检质量[2]。目前人工巡检存在数据主观性强、受天气影响大、数据管理分散等问题，无法满足准确、实时、高频的巡检需求[3]。据中国电力科学院统计，每年因漏检、误检造成的损失大约20 亿元。随着智能电网的提出[4]，如何利用现有技术来保证电网安全、可靠和高效运行是研究的最终目标。在电力系统中，通常采用图像或视频的方式对电力设备进行实时监测，监控摄像机包括可见光摄像机和红外热成像摄像机。可见光图像在分辨率和细节纹理等方面有较大的优势，在传统的电力巡检工作中起着重要的作用[5]。但可见光成像必须要求有光源，因此可见光摄像头在电力设备监控时应用受限。而红外热成像因其成像特性不受光照、烟雾等条件的制约，成为了检测电力设备状态的理想手段[6]。

钟明等人设计了一种基于红外热成像的自动巡检系统，能够定期对元器件进行检测[7]；薛伟提出一种基于红外成像的故障诊断方法，在一定程度上可为电力设备检测提供有效参考[8]；林玉涵结合红外热成像技术和模糊状态理论提出了一种电力廊道温度预测方法，可在一定程度上预测电力廊道的温度变化[9]；张强等人为满足系统部署的灵活性和可扩展性，提出一种基于WiFi 的智能巡检系统，该系统能够通过无线进行远程控制和数据传输[10]；杨凤霞基于红外热成像技术提出一种无人配电所智能巡检系统，该系统能够对固定区域进行实时监测[11]。但上述方案大多采用可见光摄像头与红外摄像头分离处理，不易于维护人员第一时间定位可疑故障点；数据传输一般采用有线方式，可扩展性差；设备数据信息存储于本地，维护成本高、存储压力大；同时由于受到网络带宽的限制，存在视频分辨率不高、时延长等问题，从而影响推广和普遍应用。针对上述问题，本文提出一种基于图像融合与H.265 的无人值守电力巡检系统设计方案。该系统使用图像融合技术将可见光与红外图像进行融合，既保持了可见光图像中的大量细节信息，又保留了红外图像的重要目标信息[12]，能够增强目标的可识别性。本文采用有线/无线两种数据传输方式，配置方便，扩展性强；利用云端对设备状态信息提供存储服务，减轻了海量数据的存储压力；基于H.265 编码标准对所输出的高分辨率视频流进行压缩处理，并通过WiFi 无线网络发送至云端，从而解决了网络传输视频分辨率低、时延长等问题。

  1 相关技术介绍  

1.1 图像融合技术

可见光分辨率高、视场大、颜色及特征信息丰富，但抗干扰能力较弱，成像质量受到光照、天气等因素的制约。红外光谱不受光照、烟雾等条件的制约，但成像分辨率低、对比度差、需要增强显示[13]。对于以上两种发展较为成熟的视觉传感器，融合可见光图像和红外图像能够结合两者的优点[14]，更易于发现和识别目标。图1为可见光与红外图像融合流程图，算法流程如下：

图1 可见光与红外图像融合流程

1）对可见光和红外图像进行预处理，包括颜色空间转换、形态学处理等；

2）对多元图像进行时间和空间的配准是图像融合过程中最关键的环节，包括基于灰度、特征、变换域的方法；

3）对图像特征进行提取；

4）进行特征级图像融合，对图像中形状、颜色、轮廓、大小、相似区域等特征进行提取并融合；

5）输出融合后的图像。

1.2 H.265 编码技术

新一代视频编码标准H.265 与之前的H.264 版本相比，视频流的码流减少了50%左右[15]，且图像质量基本不变，所需的网络带宽降为之前的1 2，在提高压缩效率的同时，适当地提高了编码的复杂度，其编码过程如图2 所示。与原有的H.264 标准相比，H.265 编码技术在变换、量化、熵编码等混合编码结构的基础上，对编码分割结构、多角度帧内预测技术、运动估计预测技术、DCT 变换、自适应环路滤波等方面做出了较大的改进，以达到提高压缩效率和错误恢复能力、减少实时的时延及信道获取和随机接入的时间、降低复杂度，并在有限带宽下传输更高质量的网络高清视频的目的[16]。