一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法技术

本发明专利技术公开了一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，涉及变电站运维技术领域，包括建立巡检机器人捕捉检测图像的误差模型；基于所述误差模型解耦三级PI对准策略；将相机进行主动重新定位校准。通过对变电站巡检机器人的位姿和相机进行重新定位，然后对相机位姿进行纵向和横向的二次校准，补偿导航误差和机械磨损误差，使巡检机器人沿着巡检路线在巡检点停靠捕捉图像时，其巡检机器人位姿和相机位姿能够更靠近预定位姿，表现出高的精度和强的鲁棒性，保证捕捉到的画面与预定画面一致。保证捕捉到的画面与预定画面一致。保证捕捉到的画面与预定画面一致。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法


[0001]本专利技术涉及变电站运维
，尤其涉及一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法。

技术介绍

[0002]变电站的巡检机器人在对电气设备进行常规检测时，巡检机器人在预定的巡检路线上前进，在预定的巡检点停留，然后对电气设备进行拍照，为了方便获取电气设备的状况，一般会预先在巡检点设置一个校准图像，而巡检机器人需要捕捉与校准图像一致的检测图像。
[0003]然而，巡检机器人停靠位置与标定位置间存在导航误差和机械误差，巡检机器人由于机械磨损导致行进的方向和路程与预定的存在偏差，也会使云台在调节相机的方向和位置存在一定的偏差，导致相机捕捉到的检测图像和校准图像存在偏差，导致加大对检测图像的分析量，甚至对电气设备的状况造成误判。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，通过对变电站巡检机器人的位姿和相机进行重新定位，然后对相机位姿进行纵向和横向的二次校准，补偿导航误差和机械磨损误差，使巡检机器人沿着巡检路线在巡检点停靠捕捉图像时，其巡检机器人位姿和相机位姿能够更靠近预定位姿，表现出高的精度和强的鲁棒性，保证捕捉到的画面与预定画面一致。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，包括建立巡检机器人捕捉检测图像的误差模型；基于所述误差模型解耦三级PI对准策略；将相机进行主动重新定位校准。
[0006]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法的一种优选方案：所述误差模型具体描述如下：将相机的当前位置看做一个在相机三维模型中的三维点X
c
，X
c
的三维坐标就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
)，X
c
的三维坐标的向量就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
)
T
，在相机所在的三维模型中，也就是相机坐标系Oc一xyz中，其对应的相机所拍摄平面图像的主点的像素点m的坐标的表达式为：
[0007]m＝(u，v)
T
[0008]其中，m表示预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点，(u，v)表示预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点m的坐标，校准相机所拍摄的平面图像也就是校准由预定预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点的坐标，其计算表达式为：
[0009][0010]其中，fu和fv分别表示相机所拍摄平面图像水平和垂直方向的比例系数，fu＝fv时相机所拍摄平面图像为正方形，(u0，v0)表示当前相机所拍摄平面图像的主点的像素坐
标。
[0011]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法的一种优选方案：将相机预定的位置看做一个在变电站三维模型中的三维点实际的位置的误差向量为当前的底盘位姿底盘的位移误差向量t
h
和当前的相机位姿可以得出校准状态下相机位姿和检测状态下的相机位姿的计算表达式为：
[0012][0013][0014]然后，相机位姿的误差T
c
的计算表达式为：
[0015][0016]其中，表示校准状态下相机位姿，表示检测状态下的相机位姿，表示检测状态下的相机位姿在调节前的位资，T
c
表示相机位姿的误差，R
cx
R
cy
表示相机对应预定拍摄画面的俯仰角度和旋转角度误差的正交矩阵，R
x
R
y
是正交矩阵，分别对应于相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy，t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，表示当前的底盘位姿，表示当前相机位姿的向量，也就是当前相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy的向量，t
h
表示底盘的位移误差向量，t
c
＝(t
cx
，t
cy
，t
cz
)
T
是相机的位移误差向量，(t
cx
，t
cy
，t
cz
)分别为变电站三维模型中的以相机为坐标系，其中相机所在位置的X轴、Y轴和Z轴的坐标参数。
[0017]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法的一种优选方案：所述相机实际所拍摄平面图像的主点的像素点m*＝(u*，v*)
T
，对应于相机三维模型中的X
c
，其计算表达式为：
[0018][0019][0020][0021]在变电站三维模型地图中巡检机器人的巡检路线可以看做一个平面，巡检点附近的路面看做绝对平面，因此巡检机器人底盘坐标系中底盘的y坐标恒定为0，t
hy
＝0，可以得到：
[0022]t
cz
＝t
cy cot θ
x
[0023][0024]其中，t
h
表示底盘的位移误差向量，Pc表示校准状态下相机位姿，表示拍摄状态下的相机位姿，P
p
表示云台位姿、P
h
表示校准状态下底盘位姿，T
hp
表示校准状态下巡检机器人的位姿变换矩阵，并且T
hp
＝(1，t
hp
)和T
pc
＝(1，t
pc
)，其中t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，R
x
R
y
表示标准状态下的正交矩阵，分别对应于相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy，表示拍摄状态下的相机在调节前的位资，Tc表示相机位姿Pc的误差，为拍摄状态下的正交矩阵，分别对应拍摄状态下位姿的俯仰角θx和旋转角θy，R
cx
R
cy
表示相机对应预定拍摄画面的俯仰角度和旋转角度误差的正交矩阵，t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，表示拍摄状态下的底盘位姿，表示拍摄状态下巡检机器人的位姿变换矩阵，表示当前相机位姿的向量，也就是当前相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy的向量，t
c
＝(t
cx
，t
cy
，t
cz
)
T
是相机的位移误差向量，(t
cx
，t
cy
，t
cz
)分别为变电站三维模型中的以相机为坐标系，其中相机所在位置的X轴、Y轴和Z轴的坐标参数。
[0025]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法的一种优选方案：所述误差模型解耦三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，其特征在于，包括：建立巡检机器人捕捉检测图像的误差模型；基于所述误差模型解耦三级PI对准策略，对相机进行主动重新定位校准。2.如权利要求1所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，其特征在于，所述误差模型具体描述如下：将相机的当前位置看做一个在相机三维模型中的三维点X
c
，X
c
的三维坐标就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
)，X
c
的三维坐标的向量就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
)
T
，在相机所在的三维模型中，也就是相机坐标系Oc一xyz中，其对应的相机所拍摄平面图像的主点的像素点m的坐标的表达式为：m＝(u，v)
T
其中，m表示预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点，(u，v)表示预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点m的坐标，校准相机所拍摄的平面图像也就是校准由预定预定的相机所拍摄平面图像的主点的像素点的坐标，其计算表达式为：其中，fu和fv分别表示相机所拍摄平面图像水平和垂直方向的比例系数，fu＝fv时相机所拍摄平面图像为正方形，(u0，v0)表示当前相机所拍摄平面图像的主点的像素坐标。3.如权利要求2所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，其特征在于：将相机预定的位置看做一个在变电站三维模型中的三维点预定的位置看做一个在变电站三维模型中的三维点实际的位置的误差向量为当前的底盘位姿底盘的位移误差向量t
h
和当前的相机位姿可以得出校准状态下相机位姿和检测状态下的相机位姿的计算表达式为：的计算表达式为：然后，相机位姿的误差T
c
的计算表达式为：其中，表示校准状态下相机位姿，表示检测状态下的相机位姿，表示检测状态下的相机位姿在调节前的位资，T
c
表示相机位姿的误差，R
cx
R
cy
表示相机对应预定拍摄画面的俯仰角度和旋转角度误差的正交矩阵，R
x
R
y
是正交矩阵，分别对应于相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy，t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，表示当前的底盘位姿，表示当前相机位姿的向量，也就是当前相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy的向量，t
h
表示底盘的位移误差向量，t
c
＝(t
cx
，t
cy
，t
cz
)
T
是相机的位移误差向量，(t
cx
，t
cy
，t
cz
)分别为变电站三维模型中的以相机为坐标系，其中相机所在位置的X轴、Y轴和Z轴的坐标参数。4.如权利要求3所述的变电站巡检机器人图像二次精确对准方法，其特征在于：所述相
机实际所拍摄平面图像的主点的像素点m*＝(u*，v*)
T
，对应于相机三维模型中的X
c
，其计算表达式为：表达式为：表达式为：在变电站三维模型地图中巡检机器人的巡检路线可以看做一个平面，巡检点附近的路面看做绝对平面，因此巡检机器人底盘坐标系中底盘的y坐标恒定为0，t
hy
＝0，可以得到：t
cz
＝t
cy
cotθ
x
其中，th表示底盘的位移误差向量，Pc表示校准状态下相机位姿，表示拍摄状态下的相机位姿，P
p
表示云台位姿、P
h
表示校准状态下底盘位姿，T
hp
表示校准状态下巡检机器人的位姿变换矩阵，并且T
hp
＝(1，t
hp
)和T
pc
＝(1，t
pc
)，其中t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，R
x
R
y
表示标准状态下的正交矩阵，分别对应于相机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy，表示拍摄状态下的相机在调节前的位资，Tc表示相机位姿Pc的误差，为拍摄状态下的正交矩阵，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚东，严英杰，姜骞，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：