面向电力杆塔的飞行机器人局部视点优选方法

来源 :华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yongzhujushi
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利用无人飞行机器人对架空输电线路进行自动巡检具有巡检效率高、成本低、安全系数高等优点,将成为未来输电线路巡检的主要趋势。在飞行机器人对输电线路进行巡检的过程中,主要是通过分析安装在飞行机器人上的图像采集设备拍摄的设备图像来判断设备的运行状态及故障信息,同时还可利用这些图像进行视觉控制和导航。因此,合理规划摄像机拍摄视点对架空电力线巡检具有重要意义。本文旨在研究当飞行机器人对电力杆塔进行自动巡检时,在给定的巡检目标设备周围如何调整摄像机的视点,使其能够拍摄高质量的设备图像以利于后续图像的处理及设备故障的判断,即在给定的目标周围寻找最优视点。本文构建视点规划模型,依据架空输电线路巡检的相关要求,制定了面向电力杆塔的局部目标设备的视点优选方案,在给定的目标周围寻找最优视点以利于高质量图像的拍摄。本文视点优选的方案主要包括选择合适的目标模型输入数据、产生候选视点区域、制定最优视点判定标准及寻优四个部分。在选择目标输入模型部分,由于模型数据需要方便计算及展示,因此选取了三维CAD模型并导出进行处理后作为输入数据;在候选视点的产生的部分,本文结合电力线巡检的相关规定及飞行机器人的可操作性,利用合成法在目标周围合成了候选视点区域;制定最优视点的评价标准是本文的研究重点及难点,是寻找最优视点的依据,本文根据飞行机器人巡检时对拍摄图像质量的需求及相关目标特征检测的约束条件,从目标的可见性、覆盖信息量、观察质量及在图像中的位置几个方面来制定视点评价标准,并相应提出了Visibility因子、Quality因子、Distance因子来保证采集到目标图像的可见性覆盖信息量和观察质量,结合三个因子本文制定了最优视点判定函数,采用摄像机中心指向目标中心的方法确保目标在图像的中间位置;在寻优方式上本文采用离散寻优和连续寻优(遗传算法寻优)两种方式进行了视点优选。本文使用Matlab作为算法的实现工具,根据本文的最优视点标准编写了目标函数,并依据该标准按照本文的优选方案实现了对给定目标的视点优选。本文对优选结果进行了实验验证,将在所选出的最优视点拍摄的图像与随机抽取的其他视点拍摄的图像从目标区域的覆盖信息量和观看质量等方面进行了对比,对比结果验证了本文方案的有效性;同时,本文将离散寻优与连续寻优两种方式的寻优精度进行了对比,得出连续寻优方式精度更高。
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