具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统及方法，包括安装在室内巡检机器人云台箱体中的摄像机和至少一个光源，所述摄像机及光源的前方均固定有方向可调的偏振镜；光源偏振方向调整单元，用于调节光源偏振镜的方向，当使用单光源或双光源方案时，使得光的振动面与入射面平行。摄像机偏振方向调整单元，用于调节摄像机上偏振镜的方向，当使用单光源或双光源方案时，使摄像机上偏振镜的偏振方向和光源偏振镜的偏振方向垂直，过滤掉光源在玻璃上的反射光。有效消除设备的阴影。虽然两个光源倾斜照到屏柜设备上，但由于两个光源对称放置，不存在照射暗区，可有效消除阴影。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变电站设备图像采集领域，具体涉及具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统及方法。
技术介绍
目前，对变电站设备图像采集时，采用室内轨道机器人采集屏柜设备图像，避免了人工的现场采集，安全可靠，但是在变电站室内巡检机器人采集屏柜设备图像时存在屏柜玻璃反光的现象。本领域中的相关现有技术中，中国第201510290300.2号专利介绍了一种具有自适应偏振镜调节的巡检机器人图像处理系统及方法，在摄像机前方设置偏振镜，降低景物表面的反光。摄像机的光轴垂直穿过偏振镜的中心，并且偏振镜可以以可见光相机的光轴为中心轴旋转，根据计算的表计反射光线的偏振极性方向，来调节偏振镜放置角度。但是只有当自然光的入射角是布儒斯特角时，反射光是完全偏振光，如果入射光角度不合适，消除反光不能达到好的效果。中国第201310312020.8号专利控制拟被拍照物体到光源和相机连线的夹角为两倍的布儒斯特角，在相机镜头的前方设置一个垂直相机光轴的偏振片，通过旋转偏振片，分时拍摄多幅具有不同偏振角度的偏振图像，对偏振图像划定像素点窗口，将窗口内像素点灰度值与阈值进行比较，选取灰度值大于阈值的像素点个数最小的窗口内像素点融合成像。此方法虽然使得入射角为布儒斯特角，但是只能使得光源正照的地方拍摄清晰。如果拍摄的目标面积很大，不会使得所有地方都拍摄清晰。中国第201410014250.0号专利介绍了一种带薄膜的信封用光源照射取像时消除曝光点的方法，当窗口信移动到读图像区域时，用于读图像的扫描相机的光源经过双层偏振，第一层偏振将光源的发散光，变成有方向的偏振光，降低了发散光照在窗口信塑料膜表面产生反射光的概率，同时弱化了光的强度，第二层偏振通过调整偏振的角度，过滤掉经过第一层偏振后仍存在的亮点的叠加光，进入相机的图像就还原了窗口的清晰信息，从而消除了拍照时的反光亮点，准确识别整封窗口信的完整信息。但是如果被拍摄物体有凸出的部分，就会造成阴影，影响目标的识别。室内轨道机器人巡检屏柜设备的现场图如图1(a)-图1(b)所示，侧视图如图2(a)-图2(b)所示。当使用摄像机对屏柜内设备进行图像采集时，玻璃的反射光会在采集的设备图像中形成大的光斑，影响屏柜内电力设备工作状态的识别，如图3所示，原理图如图4所示。因此需要采用必要的措施减少玻璃反射光。目前室内轨道机器人进行采集屏柜设备图像主要存在以下几方面问题：1.如果只在相机前方加偏振镜，要求光源的入射角必须是布儒斯特角，才能达到最好的消除反光的效果。2.如果使用增透膜来增加玻璃的透射率以减少反光，镀膜的玻璃是光学玻璃，而不是普通的工业玻璃，而且镀膜玻璃尺寸有限制，不能太大，并且增透膜只是减少反光，并不能消除。变电站室内屏柜设备数量繁多，贴膜工作增加了人力、财力成本投入。3.如果在相机镜头和物体之间增加相机衰减片降低反光造成的亮斑，会导致图像整体变暗，细节不能分辨。因此，需要对室内轨道机器人进行采集屏柜设备图像做进一步的改进。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统及方法，本专利技术的目的是：解决室内智能巡检机器人图像采集时玻璃反光的问题，改善采集图像的质量，提高屏柜内电力设备状态的识别率。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，包括安装在室内巡检机器人云台箱体中的摄像机和至少一个光源，所述摄像机及光源的前方均固定有方向可调的偏振镜；光源偏振方向调整单元，用于调节光源偏振镜的方向，当使用单光源或双光源时，使得光的振动面与入射面平行，即偏振镜的偏振方向和偏振镜到摄像机的连线在一条直线上；当使用其他光源方案时，按照设定偏振镜的偏振方向设置方法调节光源偏振镜方向；摄像机偏振方向调整单元，用于调节摄像机上偏振镜的方向；当使用单光源或双光源时，使摄像机上偏振镜的偏振方向和光源偏振镜的偏振方向垂直，过滤掉光源在玻璃上的反射光；当使用其他光源方案时，按照设定偏振镜的偏振方向设置方法调节偏振镜的方向。进一步的，所述光源的数量为一个时，所述光源放置在以摄像机为圆心的圆上，摄像机的光轴方向朝正前方，光源入射方向和摄像机光轴方向有一定的夹角，该夹角使得摄像机拍摄到光源正照的地方。进一步的，所述光源入射方向和摄像机光轴共面，且两者的夹角为arctan(D/L)其中L是光源到摄像机的距离，D是摄像机到屏柜玻璃的距离。进一步的，所述光源的数量为两个时，两个光源和摄像机放在三仓的云台中，两个光源和摄像机的前方均固定有方向可调的偏振镜，所述摄像机对称的两侧各放置一个光源，适用于含有凸出的屏柜设备。进一步的，所述两个光源放置在以摄像机为中心的对称位置上，偏振镜的偏振方向和偏振镜到摄像机的连线在一条直线上。特别地，所述两个光源放置在摄像机左右两侧，光源偏振镜的偏振方向则为水平。特别地，所述两个光源放置在摄像机上下两侧，光源偏振镜的偏振方向则为竖直。本专利技术还公开了具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集方法，包括将摄像机和光源安装在室内巡检机器人的云台箱体中，摄像机的光轴方向朝正前方，调整光源入射方向和摄像机光轴方向的夹角使得摄像机拍摄到光源正照的地方；在摄像机前方固定一个方向可调节偏振镜，在光源上固定一个方向可调节偏振镜；调节光源偏振镜的方向，使得光的振动面与入射面平行，也就是偏振镜的偏振方向和偏振镜到摄像机的连线在一条直线上；调节摄像机上偏振镜的方向，使其与光源偏振镜的方向正交；打开光源进行图像采集。进一步的，在安装偏振镜之前还需要确定每个偏振镜的偏振方向，并做出标记，以便后续方便进行方向的调整。特别地，如果在摄像机左右两侧分别放置一个光源，光源偏振镜的偏振方向则为水平；如果在摄像机上下两侧分别放置一个光源，光源偏振镜的偏振方向则为竖直。特别地，调节摄像机上偏振镜的方向时，如果光源放置在摄像机左右两侧，摄像机上的偏振镜的偏振方向为竖直；如果光源放置在摄像机上下两侧，摄像机上的偏振镜的偏振方向为水平。进一步的，光源方案不仅限于单光源和双光源，当采用其他光源方案时，光源前面的偏振镜的偏振方向设置方法：光源入射光的振动面和反射光的振动面的关系为tanα,=-tanαcos(i-γ)cos(i+γ)]]>其中i为偏振光的入射角，γ为偏振光的折射角，α为入射光的振动面与入射面的夹角，α'为反射光的振动面与入射面的夹角；当光源的位置确定后，入射方向照射到摄像机要采集的图像区域，i、γ和入射面便已知，当摄像机前面的偏振镜的偏振方向确定后，其正交方向就是反射光的振动方向，α'也已知，便可以求出α。如果一个光源和摄像机的连线与水平方向的夹角是θ，摄像机前方的偏振镜的偏振方向设置为水平，当光源反射光的振动方向为竖直，即反射光的振动面和入射面的夹角为90°-θ时，消除反射光，因此可以得出入射光的振动面和入射面的夹角为由于入射面也已知，便可确定光源前面偏振镜的偏振方向，i为偏振光的入射角，γ为偏振光的折射角。进一步的，上述具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集方法也适用于当云台平移或者旋转时的情况，仍然按照设置好的光源位置和偏振镜的方向工作。本专利技术的有益效果：(1)削弱玻璃反光：变电站室内屏柜设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，包括安装在室内巡检机器人云台箱体中的摄像机和至少一个光源，所述摄像机及光源的前方均固定有方向可调的偏振镜；光源偏振方向调整单元，用于调节光源偏振镜的方向，当使用单光源或双光源时，使得光的振动面与入射面平行，即偏振镜的偏振方向和偏振镜到摄像机的连线在一条直线上；当使用其他光源方案时，按照设定的偏振镜偏振方向设置方法调节光源偏振镜方向；摄像机偏振方向调整单元，用于调节摄像机上偏振镜的方向；当使用单光源或双光源时，使摄像机上偏振镜的偏振方向和光源偏振镜的偏振方向垂直，过滤掉光源在玻璃上的反射光；当使用其他光源方案时，按照设定的偏振镜偏振方向设置方法调节偏振镜的方向。

【技术特征摘要】
1.具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，包括安装在室内巡检机器人云台箱体中的摄像机和至少一个光源，所述摄像机及光源的前方均固定有方向可调的偏振镜；光源偏振方向调整单元，用于调节光源偏振镜的方向，当使用单光源或双光源时，使得光的振动面与入射面平行，即偏振镜的偏振方向和偏振镜到摄像机的连线在一条直线上；当使用其他光源方案时，按照设定的偏振镜偏振方向设置方法调节光源偏振镜方向；摄像机偏振方向调整单元，用于调节摄像机上偏振镜的方向；当使用单光源或双光源时，使摄像机上偏振镜的偏振方向和光源偏振镜的偏振方向垂直，过滤掉光源在玻璃上的反射光；当使用其他光源方案时，按照设定的偏振镜偏振方向设置方法调节偏振镜的方向。2.如权利要求1所述的具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，所述光源的数量为一个时，所述光源放置在以摄像机为圆心的圆上，摄像机的光轴方向朝正前方，光源入射方向和摄像机光轴方向有一定的夹角，该夹角使得摄像机拍摄到光源正照的地方。3.如权利要求2所述的具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，所述光源入射方向和摄像机光轴共面，且两者的夹角为arctan(D/L)其中L是光源到摄像机的距离，D是摄像机到屏柜玻璃的距离。4.如权利要求1所述的具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，所述光源的数量为两个时，两个光源和摄像机放在三仓的云台中，两个光源和摄像机的前方均固定有方向可调的偏振镜，所述摄像机对称的两侧各放置一个光源，适用于含有凸出的屏柜设备。5.如权利要求1所述的具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集系统，其特征是，所述两个光源放置在摄像机左右两侧，光源偏振镜的偏振方向则为水平；或所述两个光源放置在摄像机上下两侧，光源偏振镜的方向则为竖直。6.具有偏振镜的变电站室内巡检机器人图像采集方法，其特征是，包括将摄像机和光源安装在室内巡检机器人的云台箱体中，摄像机的光轴方向朝正前方，调整光源入射方向和摄像机光轴方...

【专利技术属性】
技术研发人员：房桦，高发钦，张传友，邵光亭，付崇光，张斌，韩磊，
申请(专利权)人：山东鲁能智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37