[发明专利]一种基于无人机的海上风机塔柱状态巡检方法和装置

权利要求书

1.一种基于无人机的海上风机塔柱状态巡检装置，该海上风机塔柱状态巡检装置的监测对象为海上风机(1)；其特征在于，海上风机塔柱状态巡检装置包括装有姿态传感模块IMU的无人机(2)、立体视觉系统(3)和无线传输天线(10)；

所述的立体视觉系统(3)，包括3台工业级摄像机和一块图像采集、处理板(9)；第一摄像机(6)和第三摄像机(8)同型号且均装有相同焦距的远焦镜头(4)，第二摄像机(7)分辨率不低于第一摄像机(6)且装有标准焦距的大景深镜头(5)；

海上风机塔柱状态巡检装置采用无人机(2)挂载多焦距的立体视觉系统(3)的方式：三台摄像机同向且布置在一条线上，光轴彼此平行，第二摄像机(7)在第一摄像机(6)和第三摄像机(8)的中间位置；三台摄像机与图像采集、处理板(9)相连，并在图像采集、处理板(9)的控制下，三台摄像机同步工作；图像采集、处理板(9)与无线传输天线(10)相连接，便于数据的远距离传输。

2.一种采用权利要求1所述的基于无人机的海上风机塔柱状态巡检装置实现海上风机塔柱状态巡检方法，其特征在于，步骤如下：

步骤A：将第一摄像机(6)、第二摄像机(7)和第三摄像机(8)依次保持光轴平行并排放置，间距保持一致，间距大小根据测量距离进行设置；第二摄像机(7)放置在第一摄像机(6)与第三摄像机(8)的中间位置；三台摄像机与图像采集、处理板(9)的接口相连，形成立体视觉系统(3)；图像采集、处理板(9)与无线传输天线(10)相连接，便于数据的远距离传输；立体视觉系统(3)挂接在无人机(2)下方，形成海上风机观测系统；

所述的无人机(2)上装有姿态传感模块IMU，姿态传感模块IMU的X-Y坐标平面与水平面平行，立体视觉系统(3)挂载时三台摄像机的光轴平面与无人机(2)的姿态传感模块IMU的X-Y平面平行或一致，且光轴方向与姿态传感模块IMU的Y轴向一致；

步骤B：在无人机(2)水平放置时时，使用张正友平面网格标定法对第一摄像机(6)和第三摄像机(8)组成的双目视觉系统进行系统定标，并使得定标完成后的测量坐标系的三个轴向与姿态传感模块IMU的坐标方向保持一致，并将定标参数存入图像采集、处理板(9)中；

步骤C：无人机(2)布置完毕后，根据海上风机(1)的位置生成无人机(2)飞行轨迹的GPS点位；

步骤D：使用YOLO深度网络对第二摄像机(7)采集的图像进行海上风机(1)的识别；

步骤E：调整无人机(2)的姿态使得海上风机(1)扇叶的中心处于第二摄像机(7)图像的中心位置；

步骤F：调整无人机(2)到目标海上风机(1)的距离，以第二摄像机(7)上风机图像为模板，使用特征匹配SIFT算法在第一摄像机(6)和第三摄像机(8)进行风机图像的同名点查找；

步骤G：根据第一摄像机(6)和第三摄像机(8)图像上的同名点进行视差的计算，当该视差大于指定阈值T_g后，无人机(2)进行悬停测量；

步骤E：对第一摄像机(6)和第三摄像机(8)采集的图像进行二值化处理，并在各自的图像中对海上风机(1)塔柱进行Hough直线检测，同时提取海上风机(1)塔柱的中心线；

步骤F：在第一摄像机(6)的塔柱中心线上选择两个位置，并按照从下到上的顺序依次记为P₁^L和P₂^L；与此同时，按照立体视觉极线约束在第三摄像机(8)的塔柱中心线上搜索与之对应的P₁^R和P₂^R；

步骤G：根据步骤B中双目视觉系统的定标参数对同名点对(P₁^L,P₁^R)和进行三维重构，得到空间点P₁和P₂的坐标；

步骤H：获取此时无人机(2)姿态传感器信息，并根据角度参数计算旋转矩阵R和其转置R^T；

步骤I：计算空间点P₁和P₂的之间的位移矢量同时计算塔柱倾角

步骤J：对海上风机(1)的倾角α进行判断，当倾角在设定约束T_a范围内，即α≤T_a时符合要求，否则产生异常信息通过无线传输天线(10)传输到控制台；

以上步骤D-J中，计算均在图像采集、处理板(9)中完成，处理后的数据通过无线传输天线(10)传输到远端的控制台。