[发明专利]一种输电线路缺陷位置的视觉计算方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像识别领域，具体涉及一种输电线路缺陷位置的视觉计算方法。

背景技术

我国220kV及以上输电线路作为跨区、跨省、省内骨干电网，需要定期巡视维护。目前，这项工作主要由通过人工方式进行。由输电线路工人通过望远镜在地面对线路进行观察，必要时工人还要登塔走线以实现对线路的近距离检测，当发现输电线路故障时，输电线路工人会采用滑车、走线、骑线等方式接近作业目标点，完成维护作业。

人工巡检与维护存在劳动强度大、准确性低、维护成本高等缺点，随着自动化技术的不断发展，机器人被逐渐开发研究用于替代人工完成巡检与维护工作。

输电线路的缺陷与金具检测是进行机器人化巡检与维护的重要关键技术，目前国内外已经有针对断股、防振锤等方面的研究[谭磊,王耀南,沈春生等.输电线路除冰机器人障碍视觉检测识别算法.仪器仪表学报,2011,32(11):2564-2571.]。目前对于输电线目标定位的研究主要集中在线路定位[王聪,孙炜.高压输电线路除冰机器人抓线运动控制[J].机械工程学报,2011,47(9):8-15.]，但是如何快速准确的对缺陷进行定位，相应的研究并不多。

发明内容

为了便于机器人在发现线路缺陷后开展对应的维护作业，提高线路巡检与维护的治疗，本发明要解决的技术问题是提供一种输电线路缺陷位置的视觉计算方法，用于对输电线缺陷进行自主定位。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种输电线路缺陷位置的视觉计算方法，包括以下步骤：

线路缺陷的识别：检测电力巡检与维护机器人获得的图像中是否存在缺陷， 如果存在缺陷，给出缺陷在图像坐标系中的位置(u_p，v_p)；

缺陷到光心直线表达的计算：利用世界坐标系与图像坐标间的关系，根据缺陷在图像坐标系中的位置(u_p，v_p)反解出缺陷到相机光心直线l₁在世界坐标系中的表达；

输电线路直线表达的计算：根据机器人与线路间的位置约束，建立线路与相机之间的相对位置关系，获取输电线路l₂在世界坐标系的直线表达；

缺陷位置的计算：输电线路缺陷同时位于光心直线l₁与输电线路l₂上，利用坐标变换得到两直线在世界坐标系的表达，联立直线方程，获取直线交点的位置，即得到缺陷位置。

所述世界坐标系与图像坐标间的关系为：

其中，u₀与v₀分别为人为设定的图像坐标系原点坐标，a_x与a_y为图像坐标系轴上的尺度因子，以上四个参数均为相机的内部参数，s为一比例因子，是由世界坐标系到图像坐标系的变换矩阵，[X_wY_wZ_w]^T是成像点在世界坐标系中的坐标，M是世界坐标系到图像坐标系的变换矩阵。

所述缺陷到相机光心直线l₁的表达：

其中，[X_wY_wZ_w]^T是成像点在世界坐标系中的坐标，为任意实数，为世界坐标系中O_CP方向矢量，为世界坐标系中O_CP上一点。

所述机器人与线路间的位置约束，包括：

机器人驱动轮位于输电线路上方；

相机安装在机器人驱动轮下方垂直距离H处；

在稳定状态下，相机的光心在世界坐标系的x方向坐标为0。

所述输电线路直线表达的计算，包括以下步骤：

计算输电线路l₂在相机坐标系O_CXYZ中的方程：

X_C＝0

其中，β_C为相机仰角参数；H为机器人臂长参数，均为已知参数；[X_CY_CZ_C^]T是输电线路l₂上点在相机坐标系中的表达；

利用相机坐标系与世界坐标系的转换关系，获得输电线路P′P在世界坐标系的直线表达：