專利名稱：面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機(jī)視覺和模式識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展，中心城區(qū)的電網(wǎng)呈現(xiàn)出高負(fù)荷密度、持續(xù)高增長的特點。這就要求采用高電壓、大容量的輸變電設(shè)備來保障電カ通道的輸送容量，提高電力通道資源利用率。因此采用高電壓、大截面電纜隧道鋪設(shè)方式成為必然選擇。然而在隧道內(nèi)因電纜接頭和電纜體絕緣損壞而引發(fā)的火災(zāi)時有發(fā)生，電カ公司要定期指派員エ對電纜線進(jìn)行巡檢，以便及時發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷，安排必要的維護(hù)和修復(fù)，從而確保隧道內(nèi)環(huán)境的安全性以及供電的可靠性。然而這種傳統(tǒng)的人工巡檢方式不僅存在勞動強(qiáng)度大的問題，而且還存在著安全性隱患。為了改善這ー狀況，本發(fā)明采用了單臂懸掛式的隧道機(jī)器人代替人工進(jìn)行巡檢工作。 電纜隧道機(jī)器人是應(yīng)用于隧道環(huán)境下的特種機(jī)器人。隨著電カエ業(yè)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在國內(nèi)已有ー些研制成功的隧道巡檢機(jī)器人，但是，目前尚無高效準(zhǔn)確跟蹤隧道電纜的算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用視頻中提取出的連續(xù)幀圖像對應(yīng)特征點估計視覺傳感器的空間運動，判定輸配電線纜相對視覺傳感器的位置變化，實現(xiàn)輸配電線纜的檢測，預(yù)防隧道內(nèi)火災(zāi)等災(zāi)難性現(xiàn)象的發(fā)生，確保供電的可靠性以及隧道環(huán)境的安全性。面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法包括以下步驟I)將隧道機(jī)器人在隧道執(zhí)行任務(wù)時所采集到的第I幀圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖；將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；檢測模板圖用于后續(xù)三維立體投影于待檢測圖像，實現(xiàn)電纜區(qū)域的準(zhǔn)確劃分；分析接ロ指分析線纜區(qū)域電纜各類故障指標(biāo)的算法接ロ ；2)在基準(zhǔn)圖設(shè)定以后，隧道機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時再次采集到的η幀圖像為第I待檢測圖像至第η待檢測圖像；依次針對第I待檢測圖像至第η待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程；所述特征匹配過程為提取第i待檢測圖像和檢測模板圖中對應(yīng)的特征點，i取I至n，利用計算機(jī)立體視覺算法實現(xiàn)對應(yīng)的特征點的特征匹配；所述投影過程為利用計算機(jī)立體視覺算法得到的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，將檢測模板圖分別投影到第I待檢測圖像至第η待檢測圖像，第I待檢測圖像至第η待檢測圖像均被劃分出線纜區(qū)域，此時能夠?qū)崿F(xiàn)對輸配電線纜的檢測；3)更新檢測模板圖和基準(zhǔn)圖對第j待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程時，視覺傳感器累積平移量超過計算機(jī)立體視覺算法設(shè)定的閾值，將第j-Ι待檢測圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖，將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；然后執(zhí)行步驟2)。在計算機(jī)立體視覺算法中采用計算旋轉(zhuǎn)平移矩陣的方式。本發(fā)明的有益效果為I)機(jī)器人自動巡檢代替人工勞動，克服了人工效率低、勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境危險等弊處。2)劃分輸配電線纜區(qū)域、建立劃分后電纜區(qū)域的分析接ロ為將線纜區(qū)域從待檢測圖像中迅速劃分出來，實現(xiàn)隧道線纜準(zhǔn)確檢測奠定了重要基礎(chǔ)。3)在進(jìn)行更新輸配電線纜檢測模板圖和基準(zhǔn)圖的過程中，更新模板圖的時間間隔不僅可以由計算機(jī)程序自動設(shè)定，而且還可以根據(jù)現(xiàn)實場景需求進(jìn)行人為干預(yù)設(shè)定，大大提升了人性化設(shè)計水平，增強(qiáng)了模板對線纜走勢的自適應(yīng)變化，提高了在復(fù)雜環(huán)境下作業(yè) 對亮度變化的適應(yīng)能力，最終可更加精確的實現(xiàn)線纜定位巡檢。4)更新輸配電線纜檢測模板圖和基準(zhǔn)圖的方案的提出，克服了在連續(xù)幀圖像進(jìn)行匹配過程中，由于視覺傳感器累積平移量過大導(dǎo)致圖像尺寸變換過大，無法滿足算法所要求的至少特征點數(shù)目而產(chǎn)生的誤匹配現(xiàn)象。


圖I為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過視覺傳感器能夠在巡檢圖像或視頻中自動標(biāo)識出電纜線路的位置，下面通過具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。如圖I所示，面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法包括以下步驟I)將隧道機(jī)器人在隧道執(zhí)行任務(wù)時所采集到的第I幀圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖；將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；檢測模板圖用于后續(xù)三維立體投影于待檢測圖像，實現(xiàn)電纜區(qū)域的準(zhǔn)確劃分；分析接ロ指分析線纜區(qū)域電纜各類故障指標(biāo)的算法接ロ ；2)在基準(zhǔn)圖設(shè)定以后，隧道機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時再次采集到的η幀圖像為第I待檢測圖像至第η待檢測圖像；依次針對第I待檢測圖像至第η待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程；所述特征匹配過程為提取第i待檢測圖像和檢測模板圖中對應(yīng)的特征點，i取I至n，利用計算機(jī)立體視覺算法實現(xiàn)對應(yīng)的特征點的特征匹配；所述投影過程為利用計算機(jī)立體視覺算法得到的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，將檢測模板圖分別投影到第I待檢測圖像至第η待檢測圖像，第I待檢測圖像至第η待檢測圖像均被劃分出線纜區(qū)域，此時能夠?qū)崿F(xiàn)對輸配電線纜的檢測；3)更新檢測模板圖和基準(zhǔn)圖以計算視覺傳感器空間運動的累積平移量為準(zhǔn)則判定何時需要更新檢測模板圖，調(diào)整檢測模板圖更新時間，即對第j待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程時，視覺傳感器累積平移量超過計算機(jī)立體視覺算法設(shè)定的閾值，將第j-Ι待檢測圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖，將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；然后執(zhí)行步驟2)。該過程的實現(xiàn)不僅可通過計算機(jī)程序來設(shè)定，而且還可以根據(jù)具體情況人為進(jìn)行干預(yù)，更改更新模板的時間間隔。上述過程的目的在于適應(yīng)隧道內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下亮度變化的要求，提高特征匹配算法的精度。在計算機(jī)立體視覺算法中采用計算旋轉(zhuǎn)平移矩陣的方式。下面是本發(fā)明的一個實施例首先采用視覺傳感器獲取隧道實地場景的視頻信息，將視頻流轉(zhuǎn)化為連續(xù)幀圖像，例如設(shè)定視覺傳感器采集到的第一幀圖為基準(zhǔn)圖，對第一幀圖進(jìn)行初始化操作，包括劃分線纜區(qū)域和為線纜區(qū)域分別建立分析接ロ，設(shè)定完成上述操作后的第一幀圖為檢測模板圖；然后利用特征匹配算法和計算機(jī)視覺算法，提取第二幀(第三幀、第四幀……)待檢測圖和第一幀模板圖對應(yīng)的特征點，通過旋轉(zhuǎn)平移矩陣完成第一幀模板圖與第二幀(第三幀、 第四幀……)待檢測圖之間的特征點匹配，最后再將第一幀模板圖投影到待檢測的第二幀(第三幀、第四幀……)圖像上，從第二幀(第三幀、第四幀……)圖像中將線纜區(qū)域劃分出來。在上述過程的實施中，若視覺傳感器累積平移量超過算法的限定閾值，程序自動執(zhí)行更新模板的功能，重新設(shè)定模板圖進(jìn)行特征點的匹配檢測電纜線。還繼續(xù)上述實例，當(dāng)程序顯示第六幀圖尺寸變化過大時，程序自動執(zhí)行模板更新的功能，這時重新設(shè)定第五幀圖為基準(zhǔn)圖，對第五幀圖進(jìn)行初始化操作，建立第五幀模板圖，再進(jìn)行第五幀模板圖與第六幀(第七幀、第八幀)待檢測圖的特征點匹配，竟而將第五幀模板圖投影到待檢測的第六幀(第七幀、第八幀……)圖像上，從第六幀(第七幀、第八幀)圖像中將線纜區(qū)域劃分出來，如此循環(huán)。
權(quán)利要求
1.面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將隧道機(jī)器人在隧道執(zhí)行任務(wù)時所采集到的第I幀圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖；將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；檢測模板圖用于后續(xù)三維立體投影于待檢測圖像，實現(xiàn)電纜區(qū)域的準(zhǔn)確劃分；分析接ロ指分析線纜區(qū)域電纜各類故障指標(biāo)的算法接ロ； 2)在基準(zhǔn)圖設(shè)定以后，隧道機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時再次采集到的η幀圖像為第I待檢測圖像至第η待檢測圖像； 依次針對第I待檢測圖像至第η待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程； 所述特征匹配過程為提取第i待檢測圖像和檢測模板圖中對應(yīng)的特征點，i取I至n，利用計算機(jī)立體視覺算法實現(xiàn)對應(yīng)的特征點的特征匹配； 所述投影過程為利用計算機(jī)立體視覺算法得到的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，將檢測模板圖分別投影到第I待檢測圖像至第η待檢測圖像，第I待檢測圖像至第η待檢測圖像均被劃分出線纜區(qū)域，此時能夠?qū)崿F(xiàn)對輸配電線纜的檢測； 3)更新檢測模板圖和基準(zhǔn)圖對第j待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程時，視覺傳感器累積平 移量超過計算機(jī)立體視覺算法設(shè)定的閾值，將第j-ι待檢測圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖，將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接ロ ；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；然后執(zhí)行步驟2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法，其特征在于，在計算機(jī)立體視覺算法中采用計算旋轉(zhuǎn)平移矩陣的方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于計算機(jī)視覺和模式識別技術(shù)領(lǐng)域的面向隧道巡檢的輸配電線纜檢測方法。它包括以下步驟1)將隧道機(jī)器人在隧道執(zhí)行任務(wù)時所采集到的第1幀圖像設(shè)定為基準(zhǔn)圖；將該基準(zhǔn)圖上劃分為多個線纜區(qū)域，并為劃分好的每個線纜區(qū)域建立分析接口；經(jīng)劃分后的基準(zhǔn)圖為檢測模板圖；2)在基準(zhǔn)圖設(shè)定以后，隧道機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時再次采集到的n幀圖像為第1待檢測圖像至第n待檢測圖像；依次針對第1待檢測圖像至第n待檢測圖像進(jìn)行特征匹配過程和投影過程；3)更新檢測模板圖和基準(zhǔn)圖本發(fā)明的有益效果為實現(xiàn)了視頻中輸配電線纜的自動檢測，為自動處理海量的隧道巡檢視頻以及自動分析線纜缺陷奠定了重要基礎(chǔ)。
文檔編號H02G1/00GK102866158SQ20121025834
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者柳長安, 孫哲, 吳華, 楊國田, 劉春陽 申請人:華北電力大學(xué)