一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法技术

本发明专利技术涉及采集图像技术领域，且公开了一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法，包括以下步骤：S1：调整相机焦距f；S2：开启相机自动聚焦模式，等待聚焦结束，此时相机像距为v；S3：画面中拍摄目标物清晰，记录目标物像距为vt，vt＝v；观察画面中背景与前景是否处在同一景深范围内，记录非目标物等效像距为vnt，vnt＝v；若不在同一景深范围内，相机切换成手动聚焦模式，人工调整相机等效像距为v，使得背景或者前景清晰，记录非目标物等效像距值为vnt，vnt＝v。本发明专利技术中，能够自适应调整像距，使拍摄目标清晰，能够有效解决现有方案一中当相机真实焦距发生改变时，固定像距导致的拍摄模糊。糊。糊。

【技术实现步骤摘要】
一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法


[0001]本专利技术涉及采集图像
，尤其涉及一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法。

技术介绍

[0002]随着国家电网智能化建设的不断推进，变电站智能巡检机器人在维护设备正常稳定运行中发挥着不可或缺的作用。智能巡检机器人通过搭载变倍可见光相机、热成像相机等其他传感器，对变电站设备的运行状态进行定期巡检。对于变电站设备的外观、表计读数以及刀闸分合状态等的监测，主要依靠可见光相机采集图片，进而识别与分析。现有的智能巡检机器人可见光目标巡检方案主要有以下两种方案：方案一：采用类似示教的模式，预先标定拍摄目标的位置、以及目标清晰时可见光相机的参数。在巡检时，让相机再次执行到标定的预置位并采集图像。方案二：使用相机自动聚焦功能采集图片，预先标定拍摄目标位置，以及目标清晰时可见光相机参数。在巡检时，让相机执行到标定的预制位置，开启自动聚焦模式，待聚焦结束，采集图像，现有的技术方案一的前提是：在标定与巡检过程中相机焦距不发生改变。相机成像的原理公式如下式：
[0003][0004]其中f、v和u分别表示焦距、像距和物距，现有技术认为在标定和巡检时相机的焦距f是不发生变化的，相机与拍摄目标的距离u也是固定的，因此可以采用预先标定机芯参数，巡检时令机芯执行到预制位完成图片采集。
[0005]但是，变倍相机一般由透镜组、成像单元和光圈等部件组成，相机机芯通过步进电机与丝杠配合改变透镜组中各透镜相对位置来改变相机的整体焦距值，实现光学变倍。因此透镜组的组合状态决定着相机的真实焦距值f，当相机焦距值f发生改变，依然使用标定时的像距v进行成像就会导致采集图片出现失焦模糊。透镜间的组合状态受到温度、执行机构间的磨损、执行电机的执行误差等因素影响，这些不可控的因素都会导致在巡检时相机的真实焦距f发生变化，当真实焦距与标定时的焦距存在较大偏差时，标定时的像距v就无法保证目标清晰成像，从而导致可见光图片采集质量下降，影响巡检结果的分析。
[0006]现有的技术方案二可以有效避免由于相机真实焦距f发生改变时，而导致固定相机参数拍摄图片失焦的问题。但是针对变电站巡检环境，拍摄视角中会存在前景或者背景，相机采取自动聚焦可能会聚焦前景或者背景这些非目标物上，仍然导致画面中目标物成像模糊，为此，我们提出一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种巡检机器人高质量自动定
点采集图像的方法，包括以下步骤：
[0009]S1：调整相机焦距f；
[0010]S2：开启相机自动聚焦模式，等待聚焦结束，此时相机像距为v；
[0011]S3：画面中拍摄目标物清晰，记录目标物像距为vt，vt＝v；观察画面中背景与前景是否处在同一景深范围内，记录非目标物等效像距为vnt，vnt＝v；若不在同一景深范围内，相机切换成手动聚焦模式，人工调整相机等效像距为v，使得背景或者前景清晰，记录非目标物等效像距值为vnt，vnt＝v；
[0012]S4：画面中拍摄目标不清晰，记录非目标物像距为vnt，vnt＝v；相机切换成手动聚焦模式，人工调整相机等效像距为v，使得目标物清晰，记录目标物等效像距为vt，vt＝v；
[0013]一种巡检机器人巡检流程，其特征主要包括以下步骤：
[0014]S1：控制相机执行到标定时的预置位，并开启自动聚焦模式；
[0015]S2：待自动聚焦结束，采集一张图片image0，记录此时相机的等效像距为vc；
[0016]S3：根据当前vc与标定时非目标物vnt计算当前相机的真实焦距值fc，计算公式如下：
[0017]f
c
＝f+(v
c
‑
v
nt
)*gd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]上式中f为标定巡检点时相机的焦距，gd为焦距随等效像距变化的梯度，该值可以通过标定相机获得；
[0019]S4：计算等效像距差的补偿系数
[0020][0021]上式中f为标定巡检点时相机的焦距，fc为S3中计算出的真实焦距值；
[0022]S5：计算等效像距补偿值d
[0023]d
v
＝(v
t
‑
v
nt
)*α
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]上式中分别是标定巡检点时相机的焦距，为S4中计算的等效像距补偿系数；
[0025]S6：计算修正后等效像距v
m
[0026]v
m
＝v
t
+d
v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]S7：设置相机等效像距为v
m
，采集一张图片image1；
[0028]S8：利用深度学习模型识别images0和image1，获取图片中的目标所在的区域(ROI)；
[0029]S9：计算目标区域的清晰系数，将两张图片的ROI进行灰度化，计算两幅图像目标区域的清晰系数δ0和δ1，清晰系数越大表明图像越清晰；
[0030]S10：保存清晰系数大的图像作为最终的图像，S3中公式可以根据等效像距值v
c
计算出当前真实的焦距f
c
，设目标物为A、非目标物为B，标定时焦距为f，物距为u
A
、u
B
，像距为v
A
、v
B
，巡检时焦距为f
′
，像距为v
′
A
、v
′
B
根据成像原理可得
[0031][0032]由式(6)可得A和B标定与巡检时的像距差分别为Δv、Δv
′
如式(7)
[0033][0034][0035]式(8)中，表示A、B标定和巡检时像距差的比值，的大小仅与焦距变化有关，因此巡检流程S4的公式可以根据焦距的变化计算等效相机等效像距差的变化系数，再结合标定时的等效像距差，即可由巡检流程S5中公式计算出当前目标的等效像距值，S8中image0和image1，其中image0为自动聚焦获取，当自动聚焦到目标时，那image0即时目标最清晰的图片，如果自动聚焦到非目标物上，那依据巡检流程S3～S6，可以计算出当次巡检目标物清晰的相机等效像距，再使用定焦模式采集一张图片即image1，则image1为目标清晰图片，至此可以确定一次巡检采集的两张图片中必有一张是目标清晰的，基于YOLO4改进的目标检测算法能够快速识别两张图片中的目标，获取目标区域后计算目标区域的清晰度，清晰度检测需要快速准确响应，本专利技术将图片边缘检测算子Canny与图像信息熵值结合，先通过Canny算子分别对两幅图像目标区域进行快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：调整相机焦距f；S2：开启相机自动聚焦模式，等待聚焦结束，此时相机像距为v；S3：画面中拍摄目标物清晰，记录目标物像距为vt，vt＝v；观察画面中背景与前景是否处在同一景深范围内，记录非目标物等效像距为vnt，vnt＝v；若不在同一景深范围内，相机切换成手动聚焦模式，人工调整相机等效像距为v，使得背景或者前景清晰，记录非目标物等效像距值为vnt，vnt＝v；S4：画面中拍摄目标不清晰，记录非目标物像距为vnt，vnt＝v；相机切换成手动聚焦模式，人工调整相机等效像距为v，使得目标物清晰，记录目标物等效像距为vt，vt＝v。2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人高质量自动定点采集图像的方法，其特征在于：所述S1中使被拍摄目标处于相机取景框中间，且占比合适。3.一种巡检机器人巡检流程，其特征主要包括以下步骤：S1：控制相机执行到标定时的预置位，并开启自动聚焦模式；S2：待自动聚焦结束，采集一张图片image0，记录此时相机的等效像距为vc；S3：根据当前vc与标定时非目标物vnt计算当前相机的真实焦距值fc，计算公式如下：f
c
＝f+(v
c
‑
v
nt
)*gd
ꢀꢀꢀꢀ
(2)上式中f为标定巡检点时相机的焦距，gd为焦距随等效像距变化的梯度，该值可以通过标定相机获得；S4：计算等效像距差的补偿系数上式中f为标定巡检点时相机的焦距，fc为S3中计算出的真实焦距值；S5：计算等效像距补偿值dd
v
＝(v
t
‑
v
nt
)*α
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(4)上式中分别是标定巡检点时相机的焦距，为S4中计算的等效像距补偿系数；S6：计算修正后等效像距v
m
v
m
＝v
t
+d
v
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(5)S7：设置相机等效像距为v
m
，采集一张图片image1；S8：利用深度学习模型识别images0和image1，获取图片中的目标所在的区域(ROI)；S9：计算目标区域的清晰系数，将两张图片的RO...

【专利技术属性】
技术研发人员：方建中，李栋，黄虹霖，张锐，贡文凯，
申请(专利权)人：南京机灵侠软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：