智能巡线光电吊舱制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能巡线光电吊舱。包括光电吊舱主体、电子箱及显示操作单元；光电吊舱主体包括稳定平台、光学负载及导航位姿测量单元；电子箱内设有伺服控制系统、时序控制单元及信息采集处理单元；光学负载固定于稳定平台上，光学负载包括搜索相机、详察相机、快速反射镜及快速反射镜控制系统；搜索相机用于控制视场范围并识别目标特征区域，将特征区域中心点坐标传递给快速反射镜控制系统；快速反射镜控制系统按照特征区域中心点坐标信息控制快速反射镜按照规划路径做二维快速摆扫运动，将特征区域图像反射至详察相机进行特征区域快速遍历拍照。解决了直升机悬停时间长，巡检效率低，巡检员工作量大，易疲劳、漏检的问题。

Optoelectronic pod with intelligent patrol line

The utility model relates to an intelligent photoelectric pod for line inspection. It includes the main body, the electronic box and the display operation unit of the optoelectronic pod, the main body of the photoelectric cabin includes the stable platform, the optical load and the navigation position and attitude measurement unit, and the electronic box is equipped with a servo control system, a timing control unit and an information collection and processing unit, the optical load is fixed on the stable platform, and the optical load includes the search camera. The camera, the fast reflector and the fast reflector control system are detailed. The search camera is used to control the field range and identify the target feature area. The center point coordinates of the characteristic region are transferred to the fast reflector control system. The fast reflector control system controls the fast reflector according to the center point coordinate information of the characteristic region. The two dimensional fast swinging motion is drawn along the path to reflect the image of the feature area to the detailed camera to rapidly traverse the feature area. It solves the problems of long hovering time, low inspection efficiency, heavy workload, easy fatigue and missed detection.

【技术实现步骤摘要】
智能巡线光电吊舱
本技术属于电力线巡检
，涉及一种用于快速获取电力线杆塔特征图像信息的智能巡线光电吊舱。
技术介绍
近年中国架空输电线路规模日益扩大，110kV及以上高压线路总里程已达到1.2×106km，并且绝大部分线路偏远，诸多线路跨越大江大河，随着线路走廊深林植被保护加强和气候环境变化加剧，巡线任务越来越繁重，巡线工作环境越来越恶劣，尤其近两年人工成本大幅度增加和工人对工作环境要求的提高，更加重了巡线难题。应用直升机巡检输电线路已经成为电力发展的趋势。现有直升机对国家电网的巡检模式还处于人工巡检阶段，直升机悬停时间长，靠人工望远镜观测、相机拍照取证的方式，巡检效率低，巡检员工作量大，易疲劳、漏检。而对于机载吊舱系统，市面上绝大多数的巡线吊舱都不具有自主识别、锁定跟拍和智能图像处理的功能，仍然需要人工操作和判别，工作量大。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种具有自主识别、锁定跟拍和智能图像处理功能的智能巡线光电吊舱。本技术的技术解决方案是提供一种智能巡线光电吊舱，其特殊之处在于：包括光电吊舱主体、电子箱及显示操作单元；上述光电吊舱主体包括稳定平台、光学负载及导航位姿测量单元；上述电子箱内设有伺服控制系统及信息采集处理单元；上述光学负载固定于稳定平台上，上述光学负载包括搜索相机、详察相机、快速反射镜及快速反射镜控制系统；上述搜索相机用于控制视场范围并识别目标特征区域，将特征区域中心点坐标传递给快速反射镜控制系统；上述快速反射镜控制系统按照特征区域中心点坐标信息控制快速反射镜按照规划路径做二维快速摆扫运动，将特征区域图像反射至详察相机进行特征区域快速遍历拍照；上述导航位姿测量单元用于获取吊舱的位姿信息；上述伺服控制系统用于控制吊舱主体稳定平台运动及隔离直升飞机扰动的吊舱主体稳定控制；上述信息采集处理单元用于接收处理导航位姿测量单元发送的数据并处理诊断详察相机拍摄的特征区域图像。优选地，因可见光摄像机焦距短、视场大，上述搜索相机为可见光摄像机；上述详察相机包括红外成像仪及可见光高清照相机。优选地，上述光学负载还包括双色分光片，上述双色分光片位于快速反射镜的反射光路中，双色分光片的两束出射光分别进入红外成像仪及可见光高清照相机。优选地，上述稳定平台包括方位轴、俯仰轴、方位U型架及负载转台；上述负载转台用于固定光学负载；上述方位轴与方位U型架固连，能够带动方位U型架绕方位轴转动；上述俯仰轴的两端固定在方位U型架的两个侧壁上，上述负载转台固定在所述俯仰轴上，俯仰轴转动能够带动负载转台转动；还包括俯仰电机、方位电机、方位角传感器及俯仰角传感器；上述俯仰电机及方位电机用于带动俯仰轴及方位轴转动；上述方位角传感器及俯仰角传感器用于测量俯仰轴及方位轴转动角度。优选地，上述导航位姿测量单元包括光纤陀螺、加速度计及差分GPS。优选地，上述信息采集处理单元包括导航解算单元、图像采集存储单元及GPU高速图像处理单元；上述导航解算单元用于接收导航位姿测量单元的测量数据，并进行组合导航解算；上述图像采集存储单元用于采集并保存获取的图片及视频；上述GPU高速图像处理单元用于对获取的图片和视频进行高速处理，对电力线杆塔进行在线故障诊断和检测，并将检测结果输出给显示操作单元显示。优选地，上述显示操作单元包括视频显示器、操控手柄及GPS北斗定位单元。本技术还提供一种利用上述的智能巡线光电吊舱实现巡线的方法，包括以下步骤：步骤一：直升机进入目标附近区域，搜索相机搜索到杆塔图像并锁定杆塔；步骤二：搜索相机和伺服控制系统配合，在直升机飞行过程中锁定整个杆塔视场范围并识别目标特征区域，搜索相机将特征区域中心点角坐标传递给反射镜控制系统；步骤三：反射镜控制系统根据接收的特征区域中心点角坐标信息控制快速反射镜按照规划路径做二维快速摆扫运动，将特征区域图像反射至详察相机进行特征区域快速遍历拍照；时序控制单元产生详察相机拍照的时序，同时产生捕捉相机拍照时刻对应稳定平台位姿信息的时序；步骤四：图像采集存储单元储存步骤一搜索相机获得的视频、步骤三的所拍摄的特征区域的图像及对应的稳定平台位姿信息；步骤五：GPU高速图像处理单元对步骤四获取的图像和视频进行高速处理，对电力线杆塔进行在线故障诊断和检测，并将检测结果输出给显示操作单元显示。优选地，上述步骤五具体为：5.1)、GPU高速图像处理单元识别图像采集存储单元中的图像，从背景图像中分割所需目标图像；5.2)、进一步处理分割出的目标图像，诊断并标记出故障位置。优选地，上述步骤5.2)具体为：5.21)、GPU高速图像处理单元提取目标的众多特征信息，同时获取背景特征信息；5.22)、比较目标特征信息与背景特征信息，在目标特征信息和背景特征信息差异较大的情况下，选取该特征信息进行杆塔部件的缺陷检测。缺陷检测部分可利用历史巡检数据进行神经网络训练，然后利用训练好的神经网络来进行异常部件识别。该吊舱能够实现对杆塔及杆塔关键部位的锁定观测、自动对焦、自动高清抓拍等功能，采用快速反射镜技术实现杆塔特征区域的多角度多次遍历，能够在直升机行进中(速度≥20km/h)获得稳定高清的图片信息。按悬停工作方式每个杆塔大概需要悬停1～2分钟，而行进中巡检无需悬停，能够大大提高巡检效率，节约巡线成本。研发智能图像处理软件，能够批处理图像，实现杆塔、绝缘子、防振垂、螺钉等关键部件的自动识别、检测和诊断。软件可将正常部件图片和异常部件图片(或者正常部件显著特征和异常部件显著特征)送入神经网络进行训练，用训练好的神经网络对待检测的部件进行检测和分类，统计输出。本技术的有益效果是：1、本技术采用快速反射镜解决直升机行进中快速巡线的难题，使得在直升机20km/h～50km/h的飞行速度下，智能吊舱能够多角度多次遍历杆塔关键区域，获得稳定高清的图片信息；2、图像处理系统能够在线或离线诊断杆塔故障点，较常规直升机悬停人工拍照方式，极大提高了巡线效率和巡线速度，同时减轻了巡线人员负担。附图说明图1为直升机杆塔巡线示意图；图2为直升机有效观测范围俯视图；图3为本技术智能巡线吊舱组成原理框图；图4为光电吊舱主体结构示意图；图5为光学负载整体光路图；图6为本技术工作原理图；图7为光学负载搜索详察过程工作原理；图8为智能吊舱对杆塔有效巡检区域图；图9为杆塔绝缘子参照物及特征区域示意图；图10为搜索相机拍摄，神经网络杆塔识别及参数自适应配置；图11为详察相机获取，多特征融合图像检测架构图；图中附图标记为：1-俯仰电机，2-光纤陀螺，3-方位角传感器，4-方位电机，5-俯仰角传感器，6-详查相机组件，7-快速反射镜，8-可见光摄像机，9-方位轴，10-俯仰轴，11-方位U型架，12-负载转台，13-双色分光片，14-红外成像仪，15-可见光高清照相机。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术做进一步的描述。结合图3可以看出，本技术智能巡线吊舱主要由电源、吊舱主体、位于吊舱主体的光学负载、导航位姿测量单元，电子箱及显示操作单元(视频显示器、操控手柄、GPS北斗定位单元)组成，电子箱内部设有伺服控制系统、图像采集存储单元、时序控制单元、导航解算单元及GPU高速图像处理单元；GPU高速图像处理单元部分可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能巡线光电吊舱，其特征在于：包括光电吊舱主体、电子箱及显示操作单元；所述光电吊舱主体包括稳定平台、光学负载及导航位姿测量单元；所述电子箱内设有伺服控制系统、时序控制单元及信息采集处理单元；所述光学负载固定于稳定平台上，所述光学负载包括搜索相机、详察相机、快速反射镜及快速反射镜控制系统；所述搜索相机用于控制视场范围并识别目标特征区域，将特征区域中心点坐标传递给快速反射镜控制系统；所述快速反射镜控制系统按照特征区域中心点坐标信息控制快速反射镜按照规划路径做二维快速摆扫运动，将特征区域图像反射至详察相机进行特征区域快速遍历拍照；所述导航位姿测量单元用于获取吊舱的位姿信息；所述伺服控制系统用于控制吊舱主体稳定平台运动及隔离直升飞机扰动的吊舱主体稳定控制；所述时序控制单元用于完成整个系统的相机、伺服控制单元及导航解算单元之间的时序控制；所述信息采集处理单元用于接收处理导航位姿测量单元发送的数据并处理诊断详察相机拍摄的特征区域图像。

【技术特征摘要】
1.一种智能巡线光电吊舱，其特征在于：包括光电吊舱主体、电子箱及显示操作单元；所述光电吊舱主体包括稳定平台、光学负载及导航位姿测量单元；所述电子箱内设有伺服控制系统、时序控制单元及信息采集处理单元；所述光学负载固定于稳定平台上，所述光学负载包括搜索相机、详察相机、快速反射镜及快速反射镜控制系统；所述搜索相机用于控制视场范围并识别目标特征区域，将特征区域中心点坐标传递给快速反射镜控制系统；所述快速反射镜控制系统按照特征区域中心点坐标信息控制快速反射镜按照规划路径做二维快速摆扫运动，将特征区域图像反射至详察相机进行特征区域快速遍历拍照；所述导航位姿测量单元用于获取吊舱的位姿信息；所述伺服控制系统用于控制吊舱主体稳定平台运动及隔离直升飞机扰动的吊舱主体稳定控制；所述时序控制单元用于完成整个系统的相机、伺服控制单元及导航解算单元之间的时序控制；所述信息采集处理单元用于接收处理导航位姿测量单元发送的数据并处理诊断详察相机拍摄的特征区域图像。2.根据权利要求1所述的智能巡线光电吊舱，其特征在于：所述搜索相机为可见光摄像机；所述详察相机包括红外成像仪及可见光高清照相机。3.根据权利要求2所述的智能巡线光电吊舱，其特征在于：所述光学负载还包括双色分光片，所述双色分光片位于快速反射镜的反射光路中，双色分光片的两束出射光分别进入红...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俤，王海霞，吴易明，朱帆，魏轶婷，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，中国科学院大学，西安中科光电精密工程有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61