[发明专利]一种面向电力巡检任务的无人机双目视觉障碍物感知方法

说明书

本发明公开了一种面向电力巡检任务的无人机双目视觉障碍物感知方法，属于机器视觉技术领域。本发明包括：设计双模板Ratio检测算子从双目航空图像中提取电力线像素并基于直线拟合假设结合霍夫变换进行直线检测；基于对极几何约束原理在电力线上构建两对同名点，进而得到拟合直线方程，计算出无人机与电力线的最短距离；针对其他典型障碍物，并行完成全局三维重构，构建无人机飞行安全通道，采用特定策略提取障碍物；最后输出障碍物相对无人机的方位与物理尺寸信息。本发明方法囊括无人机电力巡检走廊环境内所有静态威胁信息，计算量小，感知结果较为精确，满足障碍物感知实时性要求。

技术领域

本发明涉及一种面向电力巡检任务的无人机搭载高清双目摄像头对巡检通道内电力线、电力塔架、树木、房屋、山脉等典型障碍物进行三维感知的方法，属于机器视觉技术领域。

背景技术

电力工业是国民经济的一项重要支柱，也在一定程度上表明了经济状况与综合国力，随着经济水平与用电量的不断增长，国家基础建设不断进步，我国已建成世界上规模最大的电网。但电网所处环境多在山川、河流等自然环境相对恶劣的地区，为避免因电网线路缺陷造成大规模停电甚至严重事故，则必须对输电线路定期巡检以保证安全平稳运行。

目前，输电线路巡检任务大部分由人工完成，人工巡检不仅效率低下、危险系数高，更为重要的是会产生许多线路盲点，同样危及线路安全。近年来，无人机发展势头迅猛，民用无人机向大众普及，使用无人机取代人工进行电力巡检趋势愈加明显，在地震、海啸、洪水等不可抗力的情况下，使用无人机可快速对电力杆塔、电力线损坏情况进行初步诊断，不仅不需人工攀爬塔架，不受到地面条件的限制，同时针对人工巡检死角可使用机载高分辨率相机近距离观察，得到清晰全面的巡检画面。

无人机电力巡检走廊通道的环境特征为低空环境复杂区域，无人机作业也并不是绝对安全的，极容易受到输电线路和其他典型障碍物的干扰，若未正确处理无人机与环境障碍物的约束关系，会进一步造成更严重的安全事故。所以，针对面向电力巡检任务的无人机，自主感知避障技术成为该领域的关注焦点。

无人机为实现实时自主规划巡检航路，首先需得到周围环境中障碍物的方位(距离)与物理信息。目前国内外针对电力巡检特殊应用背景而开展的无人机感知方法研究较少，大部分处于理论验证阶段，其有效性有待继续探索。现阶段几种典型的感知方法有超声波、电磁场、毫米波雷达和双目视觉感知等，超声波是一种广泛应用的测距方法，但电力塔架作为镂空结构，掺杂了大量背景信息，电力线反射超声波能力也不足，更为重要的是其测距距离太短，不能保障无人机电力巡检的安全性；电磁场感知需预先对输电线路周围电场分布建模，再根据电磁传感器探测到当前的电场强度与模型比对得到无人机当前位置，该方法较为复杂且灵活性极低；毫米波雷达检测效果较好，但其成本与重量不利于小型旋翼无人机的使用。如今随着摄像头性能不断提升，基于双目立体视觉原理从高清航空图像中对障碍物进行三维重构技术愈加成熟，输出信息丰富且硬件成本较低，成为人工智能领域的热门。但电力线在航空图像中仅占几个像素，背景又多为山脉、田野、森林等，且在电力线上难以找到特征点，导致从航空图像中提取电力线并测距显得非常困难。同时还需对其他典型障碍物进行三维重构，使得计算量增大，实时性下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种从双目航空图像中实时提取电力线并测距方法，所述方法采用双模板Ration检测算子结合霍夫变换检测电力线，并基于电力线拟合直线假设与对极几何约束原理构建两对同名点，计算无人机与电力线的最短距离。同时针对其他典型障碍物进行全局三维重构，构建飞行安全通道减小计算量，提取障碍物并获得相对方位与物理尺寸信息。

一种面向电力巡检任务的无人机双目视觉障碍物感知方法，包括以下几个步骤：

步骤一：从双目航空图像中提取电力线像素并检测直线；

设计双模板Ratio检测算子从双目航空图像中提取电力线像素，并基于电力线拟合直线假设结合霍夫变换进行直线检测。