[發明專利]一種基于粒子濾波的輸電線跟蹤方法和裝置以及無人機

在審

• 申請號: 201510619657.0
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN105354818A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 林靖宇;孫實超;高鵬宇;覃俏云;黃志鵠
• 申請（專利權）人: 廣西大學;廣西電網有限責任公司梧州供電局
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/40
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李珊

技術領域

本申請涉及無人機跟蹤輸電線技術領域，尤其是一種基于粒子濾波的輸電線跟蹤方法和裝置以及無人機。

背景技術

當今，無人機的應用越來越廣泛，其便捷、機動性強、成本低等特點使其在推廣中有著極大的優勢，因此，無人機在電力線巡檢中也得到了應用。隨著經濟的發展，高壓輸電線的分布逐漸遠離城市以及公路主干道，而分布于地形復雜的野外。現有的輸電線巡檢方式主要有人工巡檢、直升機巡檢和無人機巡檢，用無人機巡檢比人工巡檢和直升機巡檢成本更低，效率更高。

無人機的自動導航通常采用GPS導航或采用視覺方法對無人機進行導航。采用后者進行導航的，可以使得無人機時刻保持合理的飛行狀態，并使無人機可以對輸電線進行準確拍攝。現有的輸電線檢測方法有將彩色圖像轉換為灰度圖像，然后利用hessian變換、邊緣檢測、高斯濾波等方法對圖像進行線加強處理，最后利用hough變換、radon變換等線檢測方法進行線檢測。此類方法，不僅丟失了圖像原有的彩色信息，并且不能對輸電線進行跟蹤，沒有利用到視頻中連續的圖像幀，使得輸電線的跟蹤容易受到背景的干擾。如圖1所示，在對目標輸電線100的跟蹤過程中，可能會遇到其他干擾輸電線200，由于沒有利用到視頻中連續的圖像幀，容易受到干擾輸電線200的影響，甚至造成跟蹤丟失。

發明內容

本申請提供一種基于粒子濾波的輸電線跟蹤方法和裝置以及無人機，解決現有技術中輸電線的跟蹤容易受到背景影響、抗干擾能力低的問題。

根據本申請的第一方面，本申請提供一種基于粒子濾波的輸電線跟蹤方法，包括以下步驟：

設定粒子集合為，其中表示視頻第幀，i表示當前幀的第i個粒子，表示粒子總數，、為直線的參數，表示直線的寬度；設定目標狀態模型為，其中為目標在時刻的狀態向量，是轉換矩陣，為矩陣常數，為系統噪聲；

采集視頻中的第一幀圖像，識別第一幀圖像中的目標輸電線，計算目標輸電線預設區域的顏色直方圖；

初始化粒子，計算粒子預設區域的顏色直方圖，計算粒子權值和粒子集加權和，根據粒子集加權和確定當前觀測幀圖像中的目標狀態；

對粒子集進行重采樣，采集視頻中第一幀圖像下一幀的第二幀圖像，更新粒子集，計算第二幀圖像中粒子預設區域的顏色直方圖和目標輸電線預設區域的顏色直方圖；

對第二幀圖像中粒子預設區域的顏色直方圖和第一幀圖像中目標輸電線預設區域的顏色直方圖進行歸一化處理，計算粒子權值和粒子集加權和，根據粒子集加權和確定當前觀測幀圖像中的目標狀態。

根據本申請的第二方面，本申請提供一種基于粒子濾波的輸電線跟蹤裝置，包括：

第一模塊，用于設定粒子集合為，其中表示視頻第幀，i表示當前幀的第i個粒子，表示粒子總數，、為直線的參數，表示直線的寬度；設定目標狀態模型為，其中為目標在時刻的狀態向量，是轉換矩陣，為矩陣常數，為系統噪聲；

第二模塊，用于采集視頻中的第一幀圖像，識別第一幀圖像中的目標輸電線，計算目標輸電線預設區域的顏色直方圖；

第三模塊，用于初始化粒子，計算粒子預設區域的顏色直方圖，計算粒子權值和粒子集加權和，根據粒子集加權和確定當前觀測幀圖像中的目標狀態；

第四模塊，用于對粒子集進行重采樣，采集視頻中位于第一幀圖像下一幀的第二幀圖像，更新粒子集，計算第二幀圖像中粒子預設區域的顏色直方圖和目標輸電線預設區域的顏色直方圖；

第五模塊，用于對第二幀圖像中粒子預設區域的顏色直方圖和第一幀圖像中目標輸電線預設區域的顏色直方圖進行歸一化處理，計算粒子權值和粒子集加權和，根據粒子集加權和確定當前觀測幀圖像中的目標狀態。

根據本申請的第三方面，本申請提供一種無人機，包括設置在無人機上的攝像裝置以及與攝像裝置相連的處理器，攝像裝置用于實時拍攝輸電線路視頻，處理器包括：

第一模塊，用于設定粒子集合為，其中表示視頻第幀，i表示當前幀的第i個粒子，表示粒子總數，、為直線的參數，表示直線的寬度；設定目標狀態模型為，其中為目標在時刻的狀態向量，是轉換矩陣，為矩陣常數，為系統噪聲；

第二模塊，用于采集視頻中的第一幀圖像，識別第一幀圖像中的目標輸電線，計算目標輸電線預設區域的顏色直方圖；

第三模塊，用于初始化粒子，計算粒子預設區域的顏色直方圖，計算粒子權值和粒子集加權和，根據粒子集加權和確定當前觀測幀圖像中的目標狀態；