一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法技术

本发明专利技术公开了一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法，从高动态范围全景图库中随机挑选一张全景图作为光源，通过缺陷导地线生成模块生成缺陷导地线三维渲染模型，从导地线PBR材质库随机挑选金属材质再经过多尺度融合生成新的无缝贴图，通过UV映射方法把材质映射到缺陷导地线三维渲染模型上，再使用光线追踪渐进渲染方式生成图像，通过缺陷自动标注模块把缺陷部位包围盒三维空间坐标转换到相机二维图像坐标中，生成缺陷标注框；本发明专利技术方法能为缺陷检测智能算法的开发提供大量数据的支撑。据的支撑。据的支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法


[0001]本专利技术属于自动化电力巡线领域与图像处理领域，具体涉及一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法。

技术介绍

[0002]架空导地线断线一直是威胁输电网安全稳定运行的重要问题，且断线事件经常发生。导地线断线之前均有不同程度的断股、散股及锈蚀等缺陷，而导地线断股、散股缺陷往往较为常见，且原因各异。
[0003]日常巡视过程中，一线班组通过传统手段受视角、视距影响，仅能偶然发现导线断股、散股缺陷，发现时往往也是危急缺陷的散股、断股问题，存在大量遗漏现象，特别是轻微问题未被发现。因此，针对导地线开展无人机近距离、精细化巡检，并智能识别出缺陷，对避免断线事故发生具有重要现实意义。
[0004]导地线断股、散股后的结构特性呈现复杂多样，现有方法极易出现错检、漏检，难以实现对架空导地线本体缺陷状态的准确识别。而开发针对导地线图像缺陷智能识别算法则需要大量的导地线缺陷样本。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决目前无人机巡检过程中导地线断股类缺陷样本少，形态单一的问题，提供一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法，其样本生成系统由高动态范围全景图库、缺陷导地线生成模块、导地线PBR材质库、缺陷自动标注模块以及基于光线追踪的缺陷导地线三维渲染模型组成，该样本生成系统运行于三维渲染服务器上，用于架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成时包括如下步骤：样本生成过程是从高动态范围全景图库中随机挑选一张全景图作为光源，通过缺陷导地线生成模块生成缺陷导地线三维渲染模型，从导地线PBR材质库随机挑选金属材质再经过多尺度融合生成新的无缝贴图，通过UV映射方法把材质映射到缺陷导地线三维渲染模型上，再使用光线追踪渐进渲染方式生成图像，通过缺陷自动标注模块把缺陷部位包围盒三维空间坐标转换到相机二维图像坐标中，生成缺陷标注框。
[0007]进一步，所述的高动态范围全景图库通过如下步骤建立：无人机以真实电力巡检高度，采用周围曝光的方式覆盖每个拍摄点360
°
全视角，拍摄得到高动态范围全景图，将无人机拍摄的原始图片进行高动态范围合成和360
°
全景合成，依据国内多个省市包含山川、田园、树林、湿地、城市在内的不同地点及季节的环境，按照拍摄高度对图库进行精细分类得到动态范围全景图库。
[0008]进一步，所述的导地线PBR材质库通过如下步骤建立：采用成熟的摄影测量技术对导地线多种不同氧化、锈蚀程度的真实金属材质进行360
°
拍照得到材质照，去除漫反射纹理上的光照重建为PBR材质，制作成多种不同尺度下的无缝平铺材质贴图，按照材质的种类
和尺度对图进行精细分类得到导地线PBR材质库。
[0009]进一步，所述的缺陷导地线生成模块通过如下步骤建立：预先定义由单个导地线的截面延展生成的单股导线模型，截面是一个正多边形的单股导线模型由预先定义的控制点纵向延展，每股导地线控制其方向，并由样条插值算法插值出纵向的导地线网格顶点，将排列在内圈和外圈的所有单股导线模型以不同程度的扰度延展组成导地线模型；在此导地线生成方式的基础上，将完整导地线模型附近的一个随机位置的与导地线模型位置不重合的控制点定义为断股控制点，将每次生成断股控制点的位置约束在正常位置附近的一个随机位置上，从而生成出形态各异的缺陷导地线生成模块，同理导地线多股断股的缺陷导地线生成模块生成方式可以类似地产生多个断股控制点。
[0010]进一步，所述的缺陷导地线三维渲染模型通过如下步骤建立：为实现照片真实感的渲染效果，本专利技术使用基于DirectX Raytracing (DXR)API的三维渲染引擎（如Unity3D，Unreal Engine）实现图像场景渲染，但本专利技术并不限于使用以上渲染引擎。待渲染的场景构建方式是：首先在随机选择一个观察点并将相机观察视角约束在能观察到待生成缺陷的方向，从高动态范围全景图库中根据相机观测点的高度随机选择一张高动态范围全景图作为场景的背景光源，以上述方法生成随机断股缺陷的导地线三维模型，并从导地线PBR材质库中随机选择材质映射到缺陷导地线三维渲染模型上，最终完成光线追踪图像渲染。
[0011]进一步，所述的缺陷自动标注模块通过如下步骤建立：把断股模型包围盒的三维空间坐标转换到相机二维图像坐标系下生成缺陷标注框，在图片渲染生成的同时保存标注文件。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于三维图像渲染技术和深度学习应用，通过缺陷智能识别算法生成随机的大量背景、光照、视角不同且断股形态各异的无人机巡检导地线断股类缺陷样本，为缺陷检测智能算法的开发提供大量数据的支撑。
附图说明
[0013]图1是本专利技术样本生成系统的结构框图；图2是真实导地线的截面图；图3单股导线模型纵向控制点设置示意图；图4导地线断股类缺陷模型控制点设置示意图。
具体实施方式
[0014]为进一步说明本专利技术的目的和技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0015]参照图1所示，本专利技术缺陷样本生成所依赖的样本生成系统运行于三维渲染服务器上，由高动态范围全景图库、缺陷导地线生成模块、导地线PBR材质库、缺陷自动标注模块以及基于光线追踪的缺陷导地线三维渲染模型组成，该样本生成系统的样本生成过程是从高动态范围全景图库中随机挑选一张全景图作为光源，通过缺陷导地线生成模块生成缺陷导地线三维渲染模型，从导地线PBR材质库随机挑选金属材质再经过多尺度融合生成新的无缝贴图，通过UV映射方法把材质映射到缺陷导地线三维渲染模型上，再使用光线追踪渐进渲染方式生成图像，通过缺陷自动标注模块把缺陷部位包围盒三维空间坐标转换到相机
二维图像坐标中，生成缺陷标注框。
[0016]本专利技术架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法具体步骤如下。
[0017]（1）高动态范围全景图库的建立。
[0018]在本专利技术中，高动态范围全景图采用无人机以真实电力巡检高度拍摄，每个拍摄点都采用周围曝光的方式并覆盖360度全视角。将无人机拍摄的原始图片进行高动态范围合成和360度全景合成。全景图库的建设将采集国内多个省市包含山川、田园、树林、湿地、城市等不同地点及季节的环境。并按照拍摄高度对图库进行精细分类得到动态范围全景图库。
[0019]（2）导地线PBR材质库的建立。
[0020]采用成熟的摄影测量技术对多种不同氧化、锈蚀程度的真实金属材质进行拍摄建模。材质照片建模的工作流程包括对建模对象进行360度拍照，并去除漫反射纹理上的光照，重建为PBR材质，制作成多种不同尺度下的无缝平铺材质贴图，材质库以材质的种类和尺度进行精细分类得到导地线PBR材质库。
[0021]（3）缺陷导地线生成模块的建立。
[0022]单股导线模型由预先定义的截面延展生成的，而导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法，其特征在于：基于包含高动态范围全景图库、缺陷导地线生成模块、导地线PBR材质库、缺陷自动标注模块以及基于光线追踪的缺陷导地线三维渲染模型的样本生成系统，该样本生成系统运行于三维渲染服务器上，包括如下步骤：从高动态范围全景图库中随机挑选一张全景图作为光源，通过缺陷导地线生成模块生成缺陷导地线三维渲染模型，从导地线PBR材质库随机挑选金属材质经过多尺度融合生成新的无缝贴图，通过UV映射方法把材质映射到缺陷导地线三维渲染模型上，再使用光线追踪渐进渲染方式生成图像，通过缺陷自动标注模块把缺陷部位包围盒三维空间坐标转换到相机二维图像坐标中，生成缺陷标注框。2.根据权利要求1所述的一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法，其特征在于，所述的高动态范围全景图库通过如下步骤建立：无人机以真实电力巡检高度，采用周围曝光的方式覆盖每个拍摄点360
°
全视角，拍摄得到高动态范围全景图，将原始图片进行高动态范围合成和360
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全景合成，依据国内多个省市包含山川、田园、树林、湿地、城市在内的不同地点及季节，按照拍摄高度对图进行精细分类得到高动态范围全景图库。3.根据权利要求2所述的一种架空导地线断股类无人机巡检缺陷样本生成方法，其特征在于，所述的导地线PBR材质库通过如下步骤建立：对导地线多种不同氧化、锈蚀程度的真实金属材质进行360
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拍照得到材质照，去除漫反射纹理上的光照重建为PBR材质，制作成多种不同尺度下的无缝平铺材质贴图，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞文，王康，王勇强，郑敬浩，周小舟，雷波，
申请(专利权)人：武汉华中天经通视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：