[發明專利]一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢無人機和巡檢方法

有效

• 申請號: 201911393629.6
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111038721B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 陸凡;包洪兵;謝振華;俞志強;管彩文
• 申請（專利權）人: 無錫風電設計研究院有限公司
• 主分類號: B64U20/87
• 分類號: B64U20/87;B64U10/13;F03D17/00;H04N23/695;H04N23/69;B64U101/30
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 朱曉林

1.一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢無人機，其特征在于：包括安裝在無人機本體上的機載電腦、光學變倍云臺相機和廣角相機，所述機載電腦包括飛行控制單元、圖像數據處理單元和光學變倍云臺相機控制單元；所述廣角相機用于拍攝風力機的空間圖像，所述圖像數據處理單元根據廣角相機拍攝的風力機的空間圖像計算出每個風力機葉片的巡檢起始位置；所述光學變倍云臺相機用于拍攝每個風力機葉片的圖像，所述圖像數據處理單元對光學變倍云臺相機拍攝的風力機葉片的圖像進行計算處理，并通過光學變倍云臺相機控制單元調節光學變倍云臺相機的變倍、俯仰角度和偏航角度；所述圖像數據處理單元通過飛行控制單元控制巡檢無人機飛往每個風力機葉片的巡檢起始位置。

2.根據權利要求1所述的基于圖像識別的風力機葉片巡檢無人機，其特征在于：所述巡檢無人機為多旋翼無人機。

3.根據權利要求1所述的基于圖像識別的風力機葉片巡檢無人機，其特征在于：所述圖像數據處理單元還信號連接地面控制平臺，所述地面控制平臺用于在出現突發情況時切換巡檢無人機為手動控制。

4.一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢方法，應用如權利要求1-3任一項所述的基于圖像識別的風力機葉片巡檢無人機，其特征在于，包括以下步驟：

S1:所述巡檢無人機從風力機風輪正前方起飛，廣角相機對風力機進行拍攝，圖像數據處理單元根據廣角相機傳輸的圖像數據計算出每個風力機葉片的巡檢起始位置，接著飛行控制單元控制巡檢無人機飛向任一風力機葉片的巡檢起始位置懸停；

S2：所述光學變倍云臺相機控制單元控制光學變倍云臺相機捕捉正巡檢風力機葉片的表面葉根；

S3：捕捉完成后，圖像數據處理單元根據光學變倍云臺相機拍攝的圖像數據計算正巡檢風力機葉片的徑向方向，然后通過光學變倍云臺相機控制單元控制光學變倍云臺相機變倍放大直至正巡檢風力機葉片的弦長在圖像中較飽滿、且居中，巡檢無人機依舊保持懸停，光學變倍云臺相機控制單元控制光學變倍云臺相機沿正巡檢風力機葉片的徑向方向掃掠，掃掠過程中，圖像數據處理單元對光學變倍云臺相機傳送的圖像數據進行處理，得到正巡檢風力機葉片的弦長變化規律，然后光學變倍云臺相機控制單元根據正巡檢風力機葉片的弦長變化規律調整光學變倍云臺相機的變倍，確保正巡檢風力機葉片在圖像中的比例及居中位置；

S4:光學變倍云臺相機控制單元控制光學變倍云臺相機掃掠至正巡檢風力機葉片的葉尖時，該風力機葉片巡檢完成；

S5：飛行控制單元控制巡檢無人機飛往其余的待巡檢風力機葉片，對每個待巡檢風力機葉片都進行步驟S2、S3和S4,直至對所有風力機葉片完成巡檢。

5.根據權利要求4所述的一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢方法，其特征在于：步驟S1中，每個巡檢起始位置距離與待巡檢風力機葉片的距離大于50m，且均不在風輪平面內。

6.根據權利要求4所述的一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢方法，其特征在于：步驟S3中，圖像數據處理單元對光學變倍云臺相機傳送的圖像數據處理的流程如下：

S30：圖像數據處理單元將原圖像數據插值縮減至100*100，然后將圖像數據二值黑白化，所述二值黑白化是指葉片區的像素為1，非葉片區的像素為0；

S31：圖像數據處理單元根據二值黑白化后的圖像數據先計算正巡檢風力機葉片的兩側輪廓線，進而得到正巡檢風力機葉片的徑向方向，接著計算正巡檢風力機葉片區面積占整個圖像的占比，最后計算圖像數據中正巡檢風力機葉片的形心位置；

S32：圖像數據處理單元根據步驟S31中得到的徑向方向解耦出光學變倍云臺相機的俯仰和偏航角度，根據步驟S31中得到的形心位置調整圖像數據的徑向垂直方向、并解耦出對應的光學變倍云臺相機的俯仰和偏航角度；光學變倍云臺相機控制單元根據解耦出的俯仰和偏航角度控制光學變倍云臺相機沿徑向方向掃掠，根據步驟S31中得到的占比對光學變倍云臺相機進行變倍。

7.根據權利要求6所述的一種基于圖像識別的風力機葉片巡檢方法，其特征在于：所述圖像數據處理單元、光學變倍云臺相機控制單元和光學變倍云臺相機構成閉環控制，圖像數據處理單元對光學變倍云臺相機拍攝的正巡檢風力機葉片的圖像數據處理后，通過光學變倍云臺相機控制單元實時調節光學變倍云臺相機變倍、俯仰角度和偏航角度，圖像數據控制單元通過光學變倍云臺相機控制單元調節光學變倍云臺相機的變倍時需確保正巡檢風力機葉片區面積占整個圖像的占比達到50％。