[发明专利]一种基于粒子滤波的输电线跟踪方法和装置以及无人机

说明书

技术领域

本申请涉及无人机跟踪输电线技术领域，尤其是一种基于粒子滤波的输电线跟踪方法和装置以及无人机。

背景技术

当今，无人机的应用越来越广泛，其便捷、机动性强、成本低等特点使其在推广中有着极大的优势，因此，无人机在电力线巡检中也得到了应用。随着经济的发展，高压输电线的分布逐渐远离城市以及公路主干道，而分布于地形复杂的野外。现有的输电线巡检方式主要有人工巡检、直升机巡检和无人机巡检，用无人机巡检比人工巡检和直升机巡检成本更低，效率更高。

无人机的自动导航通常采用GPS导航或采用视觉方法对无人机进行导航。采用后者进行导航的，可以使得无人机时刻保持合理的飞行状态，并使无人机可以对输电线进行准确拍摄。现有的输电线检测方法有将彩色图像转换为灰度图像，然后利用hessian变换、边缘检测、高斯滤波等方法对图像进行线加强处理，最后利用hough变换、radon变换等线检测方法进行线检测。此类方法，不仅丢失了图像原有的彩色信息，并且不能对输电线进行跟踪，没有利用到视频中连续的图像帧，使得输电线的跟踪容易受到背景的干扰。如图1所示，在对目标输电线100的跟踪过程中，可能会遇到其他干扰输电线200，由于没有利用到视频中连续的图像帧，容易受到干扰输电线200的影响，甚至造成跟踪丢失。

发明内容

本申请提供一种基于粒子滤波的输电线跟踪方法和装置以及无人机，解决现有技术中输电线的跟踪容易受到背景影响、抗干扰能力低的问题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于粒子滤波的输电线跟踪方法，包括以下步骤：

设定粒子集合为，其中表示视频第帧，i表示当前帧的第i个粒子，表示粒子总数，、为直线的参数，表示直线的宽度；设定目标状态模型为，其中为目标在时刻的状态向量，是转换矩阵，为矩阵常数，为系统噪声；

采集视频中的第一帧图像，识别第一帧图像中的目标输电线，计算目标输电线预设区域的颜色直方图；

初始化粒子，计算粒子预设区域的颜色直方图，计算粒子权值和粒子集加权和，根据粒子集加权和确定当前观测帧图像中的目标状态；

对粒子集进行重采样，采集视频中第一帧图像下一帧的第二帧图像，更新粒子集，计算第二帧图像中粒子预设区域的颜色直方图和目标输电线预设区域的颜色直方图；

对第二帧图像中粒子预设区域的颜色直方图和第一帧图像中目标输电线预设区域的颜色直方图进行归一化处理，计算粒子权值和粒子集加权和，根据粒子集加权和确定当前观测帧图像中的目标状态。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于粒子滤波的输电线跟踪装置，包括：

第一模块，用于设定粒子集合为，其中表示视频第帧，i表示当前帧的第i个粒子，表示粒子总数，、为直线的参数，表示直线的宽度；设定目标状态模型为，其中为目标在时刻的状态向量，是转换矩阵，为矩阵常数，为系统噪声；

第二模块，用于采集视频中的第一帧图像，识别第一帧图像中的目标输电线，计算目标输电线预设区域的颜色直方图；

第三模块，用于初始化粒子，计算粒子预设区域的颜色直方图，计算粒子权值和粒子集加权和，根据粒子集加权和确定当前观测帧图像中的目标状态；

第四模块，用于对粒子集进行重采样，采集视频中位于第一帧图像下一帧的第二帧图像，更新粒子集，计算第二帧图像中粒子预设区域的颜色直方图和目标输电线预设区域的颜色直方图；

第五模块，用于对第二帧图像中粒子预设区域的颜色直方图和第一帧图像中目标输电线预设区域的颜色直方图进行归一化处理，计算粒子权值和粒子集加权和，根据粒子集加权和确定当前观测帧图像中的目标状态。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种无人机，包括设置在无人机上的摄像装置以及与摄像装置相连的处理器，摄像装置用于实时拍摄输电线路视频，处理器包括：

第一模块，用于设定粒子集合为，其中表示视频第帧，i表示当前帧的第i个粒子，表示粒子总数，、为直线的参数，表示直线的宽度；设定目标状态模型为，其中为目标在时刻的状态向量，是转换矩阵，为矩阵常数，为系统噪声；

第二模块，用于采集视频中的第一帧图像，识别第一帧图像中的目标输电线，计算目标输电线预设区域的颜色直方图；

第三模块，用于初始化粒子，计算粒子预设区域的颜色直方图，计算粒子权值和粒子集加权和，根据粒子集加权和确定当前观测帧图像中的目标状态；