[發明專利]一種輸電線路缺陷位置的視覺計算方法

在審

• 申請號: 201610125693.6
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN107154035A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 王慧剛;宋屹峰;李裴明;王洪光;趙彥平;姜勇;王峰;孫鵬;張勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所;國網山西省電力公司檢修分公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06F17/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 徐麗

技術領域

本發明屬于數字圖像識別領域，具體涉及一種輸電線路缺陷位置的視覺計算方法。

背景技術

我國220kV及以上輸電線路作為跨區、跨省、省內骨干電網，需要定期巡視維護。目前，這項工作主要由通過人工方式進行。由輸電線路工人通過望遠鏡在地面對線路進行觀察，必要時工人還要登塔走線以實現對線路的近距離檢測，當發現輸電線路故障時，輸電線路工人會采用滑車、走線、騎線等方式接近作業目標點，完成維護作業。

人工巡檢與維護存在勞動強度大、準確性低、維護成本高等缺點，隨著自動化技術的不斷發展，機器人被逐漸開發研究用于替代人工完成巡檢與維護工作。

輸電線路的缺陷與金具檢測是進行機器人化巡檢與維護的重要關鍵技術，目前國內外已經有針對斷股、防振錘等方面的研究[譚磊,王耀南,沈春生等.輸電線路除冰機器人障礙視覺檢測識別算法.儀器儀表學報,2011,32(11):2564-2571.]。目前對于輸電線目標定位的研究主要集中在線路定位[王聰,孫煒.高壓輸電線路除冰機器人抓線運動控制[J].機械工程學報,2011,47(9):8-15.]，但是如何快速準確的對缺陷進行定位，相應的研究并不多。

發明內容

為了便于機器人在發現線路缺陷后開展對應的維護作業，提高線路巡檢與維護的治療，本發明要解決的技術問題是提供一種輸電線路缺陷位置的視覺計算方法，用于對輸電線缺陷進行自主定位。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種輸電線路缺陷位置的視覺計算方法，包括以下步驟：

線路缺陷的識別：檢測電力巡檢與維護機器人獲得的圖像中是否存在缺陷， 如果存在缺陷，給出缺陷在圖像坐標系中的位置(u_p，v_p)；

缺陷到光心直線表達的計算：利用世界坐標系與圖像坐標間的關系，根據缺陷在圖像坐標系中的位置(u_p，v_p)反解出缺陷到相機光心直線l₁在世界坐標系中的表達；

輸電線路直線表達的計算：根據機器人與線路間的位置約束，建立線路與相機之間的相對位置關系，獲取輸電線路l₂在世界坐標系的直線表達；

缺陷位置的計算：輸電線路缺陷同時位于光心直線l₁與輸電線路l₂上，利用坐標變換得到兩直線在世界坐標系的表達，聯立直線方程，獲取直線交點的位置，即得到缺陷位置。

所述世界坐標系與圖像坐標間的關系為：

其中，u₀與v₀分別為人為設定的圖像坐標系原點坐標，a_x與a_y為圖像坐標系軸上的尺度因子，以上四個參數均為相機的內部參數，s為一比例因子，是由世界坐標系到圖像坐標系的變換矩陣，[X_wY_wZ_w]^T是成像點在世界坐標系中的坐標，M是世界坐標系到圖像坐標系的變換矩陣。

所述缺陷到相機光心直線l₁的表達：

其中，[X_wY_wZ_w]^T是成像點在世界坐標系中的坐標，為任意實數，為世界坐標系中O_CP方向矢量，為世界坐標系中O_CP上一點。

所述機器人與線路間的位置約束，包括：

機器人驅動輪位于輸電線路上方；

相機安裝在機器人驅動輪下方垂直距離H處；

在穩定狀態下，相機的光心在世界坐標系的x方向坐標為0。

所述輸電線路直線表達的計算，包括以下步驟：

計算輸電線路l₂在相機坐標系O_CXYZ中的方程：

X_C＝0

其中，β_C為相機仰角參數；H為機器人臂長參數，均為已知參數；[X_CY_CZ_C^]T是輸電線路l₂上點在相機坐標系中的表達；

利用相機坐標系與世界坐標系的轉換關系，獲得輸電線路P′P在世界坐標系的直線表達：