[发明专利]基于视觉反馈的巡视机器人云台调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是涉及基于视觉反馈的巡视机器人云台调整方法。

背景技术

名词解释：

ROI：region of interest，感兴趣区域。

随着科学技术的步伐，电网的建设正由传统的有人值守人工检测向无人值守智能变电站方向发展。因此巡视机器人孕育而生，巡视机器人系统是集信息一体化技术、多传感器融合技术、自主导航技术、安防技术、高级图像处理技术、模式识别技术、高效无线传输技术于一体的复杂系统。巡视器人基于激光自主导航，实现巡检路线的最优规划，自动避障绕行，进行变电站设备的图像、音频、红外测温数据的采集，并通过无线网络传输至后台服务器，应用高级图像识别技术，音频分析技术，红外专家库等技术实现设备异常分析，开关分合识别、仪表读数，油位计油位识别，异物检查，设备测温等功能。因此可知，高清可见图像和红外测温图像的拍摄采集的过程在整个系统中尤为重要。但在实际机器人巡检过程中，有很多的客观因素制约着设备图像的采集工作。

通过实际变电站巡视机器人的试行中发现，通过高清摄像机和红外摄像机实时采集到的图像时常出现拍摄角度和视野的偏差，偶尔甚至会出现拍摄不到需要检测的设备的情况。因此如果拍摄姿态的重复性不高，将导致后面的图像识别工作将无法进行。通过分析和试验总结了导致图像采集出现误差的主要几个重要因素：

(1)设备模板图像是由操作员人工控制机器人云台及相机进行拍摄采集，一般情况下需要观察的设备区域位于图像的中央部分，并保存云台角度与相机倍率，聚焦等相关的参数，但是巡视机器人在执行巡检任务时无操作人员对其进行指引，机器人行进至每一设备观测预置位后，调用该设备模板图像的拍摄参数，进行云台转动控制及相机参数，进行自主采集实时设备状态图像，此过程缺乏对设备区域是否偏出图像视野范围作验证。

(2)巡视机器人在变电站中行驶的路面大多由沥青或水泥铺设，甚至有些还是水泥板拼接而成的。这类地势环境对于机器人的驱动轮来说难免会有一定的影响，这就导致了巡检过程中一路走来在预置位停车位置的重复性有一定的误差，此时机器人的航向角相对于模板图像采集时会有差别，这样的差别便导致了即使机器人准确的控制了云台姿态，也不能避免采集图像中设备区域的偏离误差。

(3)在一个普通的220kV变电站中，机器人执行巡检任务时需要观测的设备多达3千个以上，巡视机器人云台载重约5kg，经过一定时间的使用后，云台转动次数数以万计，云台的机械设备难免会出现磨损，如果一直使用相同的角度转动控制参数，云台的实际姿态可能会发生变化，即设备图像可能偏移出图像的视野范围。

(4)当云台转动控制的不再像初始时那样精确，需要对云台进行复位校正、调整云台转动控制参数，甚至当云台出现故障后需要进行云台更换，这些云台设备的维护措施导致了转动控制参数的更改，需要进行模板图像的重新采集以及云台参数的重设，耗时费力，但如果不采取措施，会产生更大的巡检采集图像的偏离。

(5)当机器人远距离采集如仪表此类的设备时，需要将高清摄像机倍率放大到30倍来进行观测，这时机器人姿态或云台控制中任何细微的差别都可能造成设备区域的偏出。

(6)当云台进行小角度运动时，由于运动距离较短，电机可能无法到达设定的速度，从而由于速度较低无法靠惯性运动到位，造成系统误差，这也可以导致采集的图像产生偏离。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供基于视觉反馈的巡视机器人云台调整方法。该方法通过图像场景信息的匹配反馈调整云台的姿态，实现云台控制的高精度闭环控制定位，有效的解决了巡视机器人实时采集图像产生的偏离误差问题，为图像处理打好了基础，同时提高了巡检的效率和质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于视觉反馈的巡视机器人云台调整方法，包括步骤：

S1，巡视机器人进行巡检，在巡检过程中从数据库中获取对应的云台姿态数据和相机参数后进行拍摄，并将实时拍摄采集的设备图像发送到服务器；

S2，服务器接收到实时采集的设备图像后，从数据库中调用对应待检设备的模版图像，采用基于形状的模版匹配方法，将实时采集的设备图像与数据库中保存的匹配模版进行匹配；

S3，计算实时采集到的设备图像与模版图像的位置偏移关系，以及两幅图像的匹配值；