一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，根据开关站室内铺设的导航标识，机器人沿导航线自主运动，当检测到停靠标识后，机器人停靠在待检测开关柜前；根据双目视觉系统采集的目标的形状特征完成目标定位，然后基于特征点匹配和视差原理完成图像中相关点的三维坐标计算；控制机械臂运动，使机器人机械臂末端携带局放检测设备到达目标点位置，利用机械臂末端上设置的单目相机拍摄的图像计算目标区域的像素偏差，根据目标的坐标位置偏差进行机械臂位置校正；对开关柜进行不同方式的局部放电检测。本发明专利技术采用双目视觉系统与单目视觉系统结合的目标定位方法，实现局放检测目标的精确定位，减少单一视觉系统定位造成的误差。

Automatic detection method for partial discharge of switch cabinet based on multi vision system

The invention discloses a method for automatic detection of partial discharge switch cabinet based on vision system based on switching station laying indoor navigation mark, the robot along the guide route independent movement, when the detected stop identification, robot docked in the switch cabinet to be detected before; according to the shape features of binocular vision system acquisition target positioning then, the feature points matching and the parallax principle complete three-dimensional coordinate of image point calculation based on; manipulator robot manipulator, the terminal carrying PD detection equipment to reach the target position, the pixel deviation target area image is calculated using monocular camera manipulator is arranged on the shooting, arm position correction according to the coordinate position deviation of target; partial discharge detection of switch cabinet in different ways. The invention adopts the target positioning method combined with the binocular vision system and the monocular vision system to realize the accurate positioning of the local detection target and reduce the error caused by the positioning of the single vision system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法
本专利技术涉及一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法。
技术介绍
随着科技进步和两个一流建设的不断发展，以“信息化、数字化、自动化、互动化”为特征的智能电网建设逐渐深入，变电站智能巡检机器人列入《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》，变电站智能巡检机器人进入了推广应用阶段。2013年进行例行巡视、表计抄录并自动存储对比分析、恶劣天气巡视、红外精确测温、后台自动存档分析等功能，有效地提升了变电站巡检效率和效益，减轻了基层班组一线员工的工作负担。随着变电站巡检机器人持续深化应用，对机器人的应用又提出了一些更高的要求，主要表现在以下三方面：第一，变电站智能巡检机器人功能受到了限制，机器人只能在室外执行巡检任务，而且功能局限于红外测温仪和可见光摄像机的检测，针对室内电气柜及开关柜设备的局放检测只能依靠人工巡检，还无法在机器人巡检中实现；第二，现有变电站内的巡检机器人导航方式主要依靠磁导航和激光导航，这两种导航方式成本高，灵活性不足，对检测环境也有一定的要求；第三，智能机器人携带机械臂进行作业，大多基于双目视觉的伺服系统指导机械臂工作。基于双目视觉伺服的机械臂系统由于受到设备定位精度、控制精度、机械误差的影响，导致最终机械臂末端停靠位置与实际检测位置产生误差，影响机械臂进行作业的质量。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，本专利技术通过单目视觉设备及铺设导航标志的方法实现了智能机器人在开关柜站内的自主运动，通过停靠标识的识别令机器人停靠在开关柜的正前方，利用双目视觉系统完成检测目标三维信息的计算，然后通过控制系统控制机械臂携带局放检测设备到达检测位置，再通过机械臂末端的单目视觉系统完成目标位置的精确定位，最后指导机械臂完成相关局放检测工作。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，包括以下步骤：(1)根据开关站室内铺设的导航标识，机器人沿导航线自主运动，当检测到停靠标识后，机器人停靠在待检测开关柜前；(2)根据双目视觉系统采集的目标的形状特征完成目标定位，然后基于特征点匹配和视差原理完成图像中相关点的三维坐标计算；(3)控制机械臂运动，使机器人机械臂末端携带局放检测设备到达目标点位置，利用机械臂末端上设置的单目相机拍摄的图像计算目标区域的像素偏差，根据目标的坐标位置偏差进行机械臂位置校正；(4)不断调整机器人机械臂末端位置，对开关柜进行不同方式的局部放电检测。所述步骤(1)中，导航线铺设在开关柜一侧，与开关柜柜面平行，在开关柜前设置有停靠标识。所述步骤(1)中，机器人进行导航的具体步骤包括：(1-1)对进行导航的单目摄像机进行标定，确定其内参与外参，对图像进行校正，通过在地平面上放置的标定板图像，获得地平面上棋盘格图像上四个顶点的坐标，同构坐标转换，获得地平面到图像平面间的投影变换矩阵；(1-2)根据投影变换矩阵将视觉导航摄像头拍摄的图像进行透视变换，得到导航图像的鸟瞰图，将鸟瞰图由RGB颜色模型转变为HSV颜色模型，将HSV颜色模型下的图像各通道分离；(1-3)对分离得到的色调通道进行阈值分割，对得到的纯度通道进行连通区域检测，确定导航线区域，根据导航线区域中线确定机器人的偏移距离和偏向角，对机器人进行导航。优选的，所述步骤(1-1)中，具体方法为：基于张正友平面标定法利用黑白格标定板进行单目摄像机标定，得到该相机的内参和外参，根据标定的参数对图像进行校正，然后通过在地平面上放置的标定板图像，获得地平面上棋盘格图像上四个顶点的坐标，同时，在图像平面上提取角点，并获得与地平面上四个点对应的角点在图像空间中的坐标值，通过四个坐标点间的对应关系，获得地平面到图像平面间的投影变换矩阵。所述步骤(1-2)中，具体方法为：并将HSV颜色模型下的图像各通道分离，分别得到图像I的色调通道、纯度通道和明度通道。所述步骤(1-2)中，将图像色调通道进行阈值分割，得到分割后的图像，对其进行连通区域检测，并计算检测到各连通区域的面积、长轴、短轴和/或连通区域偏向角θ信息，若这些参数信息满足预设值，则判断该连通区域为导航线候选区域，在候选区域中选择连通区域面积最大的一个作为导航线区域，该连通区域的中线作为导航线中线，计算该直线与图像下边缘的交点坐标，则导航线相对于机器人的偏移距离，该连通区域的偏向角θ即为导航线偏角。所述步骤(1-2)中，根据得到的偏移距离和导航向偏角，计算机器人左右轮的差速，得到机器人左右轮的速度。所述步骤(1-3)中，将分离后的图像纯度通道和图像明度通道相减，得到做差后的图像I_DIV，根据导航向偏角对图像I_DIV进行偏角角度的翻转计算，继而进行阈值分割，检测连通区域，确定停靠标识区域。所述步骤(2)中，具体步骤包括：(2-1)对左右两摄像机进行标定，分别得到两个摄像机的内、外参数，再通过同一世界坐标中的一组定标点建立两个摄像机之间的位置关系，同时建立了两个相机图像坐标与世界坐标的映射关系；(2-2)根据标定结果对左右两幅图像进行图像校正，然后采用基于亮度的自适应的色彩饱和度调整方法对左右两幅图像进行图像增强操作，得到增强后的左右两幅图像；(2-3)将左右两幅图像分离成R、G、B三个通道的图像，分别做差后进行阈值分割，利用Hough算法进行直线检测，保留满足设定条件的矩形框；(2-4)对增强后的左右两幅图像根据矩形框顶点坐标信息进行剪裁，得到数字标识框区域，进行匹配，得到同一物点在左右两幅图像中对应的像点图像坐标；(2-5)确定基准相机，确定数字标示矩形框中心点在基准相机图像坐标系下的坐标，继而得到世界坐标系下的三维坐标；(2-6)根据得到的矩形框顶点坐标信息，在阈值分割后的图像中剪裁出数字标示框区域的二值图，利用印刷体数字识别算法对此图像中的数字进行识别，得到当前开关柜的标号。所述步骤(2-3)中，具体方法为：在二值图像中利用Hough算法进行直线检测，保留倾角近似为0°和90°的直线线段，保留有效线段，4条线段即为矩形的4条边，该矩形即为开关柜中需要定位的数字标识框。其中近似为本领域技术人员理解的相近角度，一般在[-10°,10°]。所述步骤(2-4)中，具体方法为：根据得到的矩形框顶点坐标信息，对增强后的左右两幅图像进行剪裁得到数字标识框区域，并将此区域作为感兴趣区域进行Harris角点检测，然后对两幅图像提取出的角点采用不相似测度和相似测度来匹配角点，然后采用随机采样一致方法进行精确匹配，得到同一物点在左右两幅图像中对应的像点图像坐标。所述步骤(3)中，机械臂末端携带三种不同局放检测设备对开关柜进行不同方式的局部放电检测，分别为地电波检测、特高频检测、超声波检测。所述步骤(3)中，具体步骤包括：(3-1)通过机械臂坐标系与世界坐标系之间的转化，确定数字标示矩形框中心点在机械臂坐标系下的坐标；(3-2)根据开关柜柜号及柜面各目标区域对数字标示矩形框中心点的相对位置先验信息，计算地电波检测中心位置的三维坐标，通过机械臂控制系统使得机械臂末端携带检测仪器到达该中心位置，完成地电波局放检测任务；(3-3)使机械臂末端携带检测仪器到达特高频检测区域的中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：包括以下步骤：(1)根据开关站室内铺设的导航标识，机器人沿导航线自主运动，当检测到停靠标识后，机器人停靠在待检测开关柜前；(2)根据双目视觉系统采集的目标的形状特征完成目标定位，然后基于特征点匹配和视差原理完成图像中相关点的三维坐标计算；(3)控制机械臂运动，使机器人机械臂末端携带局放检测设备到达目标点位置，利用机械臂末端上设置的单目相机拍摄的图像计算目标区域的像素偏差，根据目标的坐标位置偏差进行机械臂位置校正；(4)不断调整机器人机械臂末端位置，对开关柜进行不同方式的局部放电检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：包括以下步骤：(1)根据开关站室内铺设的导航标识，机器人沿导航线自主运动，当检测到停靠标识后，机器人停靠在待检测开关柜前；(2)根据双目视觉系统采集的目标的形状特征完成目标定位，然后基于特征点匹配和视差原理完成图像中相关点的三维坐标计算；(3)控制机械臂运动，使机器人机械臂末端携带局放检测设备到达目标点位置，利用机械臂末端上设置的单目相机拍摄的图像计算目标区域的像素偏差，根据目标的坐标位置偏差进行机械臂位置校正；(4)不断调整机器人机械臂末端位置，对开关柜进行不同方式的局部放电检测。2.如权利要求1所述的一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，机器人进行导航的具体步骤包括：(1-1)对进行导航的单目摄像机进行标定，确定其内参与外参，对图像进行校正，通过在地平面上放置的标定板图像，获得地平面上棋盘格图像上四个顶点的坐标，同构坐标转换，获得地平面到图像平面间的投影变换矩阵；(1-2)根据投影变换矩阵将视觉导航摄像头拍摄的图像进行透视变换，得到导航图像的鸟瞰图，将鸟瞰图由RGB颜色模型转变为HSV颜色模型，将HSV颜色模型下的图像各通道分离；(1-3)对分离得到的色调通道进行阈值分割，对得到的纯度通道进行连通区域检测，确定导航线区域，根据导航线区域中线确定机器人的偏移距离和偏向角，对机器人进行导航。3.如权利要求2所述的一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：所述步骤(1-1)中，具体方法为：基于张正友平面标定法利用黑白格标定板进行单目摄像机标定，得到该相机的内参和外参，根据标定的参数对图像进行校正，然后通过在地平面上放置的标定板图像，获得地平面上棋盘格图像上四个顶点的坐标，同时，在图像平面上提取角点，并获得与地平面上四个点对应的角点在图像空间中的坐标值，通过四个坐标点间的对应关系，获得地平面到图像平面间的投影变换矩阵。4.如权利要求2所述的一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：所述步骤(1-2)中，将图像色调通道进行阈值分割，得到分割后的图像，对其进行连通区域检测，并计算检测到各连通区域的面积、长轴、短轴和/或连通区域偏向角θ信息，若这些参数信息满足预设值，则判断该连通区域为导航线候选区域，在候选区域中选择连通区域面积最大的一个作为导航线区域，该连通区域的中线作为导航线中线，计算该直线与图像下边缘的交点坐标，则导航线相对于机器人的偏移距离，该连通区域的偏向角θ即为导航线偏角。5.如权利要求2所述的一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：所述步骤(1-3)中，将分离后的图像纯度通道和图像明度通道相减，得到做差后的图像I_DIV，根据导航向偏角对图像I_DIV进行偏角角度的翻转计算，继而进行阈值分割，检测连通区域，确定停靠标识区域。6.如权利要求1所述的一种基于多视觉系统的开关柜局部放电自动检测方法，其特征是：所述步骤(2)中，具体步骤包括：(2-1)对左右两摄像机进行标定，分别得到两个摄像机的内、外参数，再通过同一世界坐标中的一组定标点建立两个摄像机之间的位置关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，王海鹏，栾贻青，慕世友，李超英，傅孟潮，李勇，吴观斌，许乃媛，李建祥，郝永鑫，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，山东鲁能智能技术有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37