基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法
【專利說明】基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法
[0001] 【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明屬于泄漏氣體檢測與機器人視覺領(lǐng)域。
[0002] 【【背景技術(shù)】】：危險氣體不僅會破壞生態(tài)環(huán)境、危害人體健康，工業(yè)環(huán)境中的危險氣 體更是容易發(fā)生爆炸，引起火災(zāi)等重特大事故，因此及時發(fā)現(xiàn)泄露氣體并定位泄漏源一直 是氣體檢測機器人領(lǐng)域中的一個重要研宄方向，具有很好的研宄價值及應(yīng)用前景。
[0003] 常用的泄漏源檢測方法主要分為被動式和主動式兩種。被動式方法主要是在固 定位置安放氣體探測設(shè)備用以檢測環(huán)境中探測氣體的濃度，該方法雖然成本低，維護方便， 但是如果泄漏源距離氣體探測設(shè)備較遠，則不能及時對泄漏進行報警而造成事故；主動式 方法主要由巡視機器人攜帶氣體探測設(shè)備，根據(jù)預先設(shè)定的路線，在工作環(huán)境中巡航遍歷， 直至檢測出泄漏氣體。目前主動式氣體檢測主要存在以下幾個問題：（1)氣體檢測多針對 已知環(huán)境，而實際工況中環(huán)境風速、氣體湍流、各設(shè)備的性狀及分布等均存在極大的不確定 性；（2)目前主要的巡航遍歷方法有Zigzag遍歷法、Spiral遍歷法和網(wǎng)格遍歷法，這些方法 因其巡航路徑比較固定且更適合在較大面積的空地進行巡航，沒有充分利用環(huán)境信息，受 空氣流動干擾大，搜尋的盲目性較大。
[0004] 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】：本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有氣體檢測實時性不夠高、抗氣流擾動能力差、 搜索盲目性大等問題，提出了一種基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法。該方法充分利用 了環(huán)境信息，智能的分析環(huán)境中可能發(fā)生泄漏的設(shè)備，并對其進行重點巡查，克服了傳統(tǒng)泄 漏氣體檢測方法的盲目性，提高了氣體檢測的實時性和準確性。
[0005] 該方法將環(huán)境信息引入到氣體檢測中來，通過機器視覺提取工作環(huán)境中可能發(fā)生 泄漏的管路、反應(yīng)塔、油料桶等障礙物的大概位置，利用激光測距儀獲取障礙物到機器人的 距離信息，根據(jù)這些信息實現(xiàn)對障礙物的定位，并將障礙物用拓撲節(jié)點表示，采用拓撲結(jié)構(gòu) 創(chuàng)建環(huán)境地圖，根據(jù)環(huán)境中設(shè)備的分布，確定機器人的遍歷順序并對機器人進行導航。為提 高檢測的正確率，降低氣流擾動對氣體檢測的影響，在繞行障礙物的同時，采用Sift算法 識別繞行障礙物中易發(fā)生泄漏的閥門等設(shè)備，在經(jīng)過這些設(shè)備時降低機器人的巡航速度。
[0006] 本發(fā)明提供的一種基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法，包括如下步驟：
[0007] 第一、視覺特征的提取
[0008] 巡視機器人通過全方位魚眼鏡頭，采集360°水平視角，185°俯仰角的環(huán)境圖像， 對圖像進行去噪處理后，對畸變圖像進行矯正處理，并在圖像中檢測環(huán)境中障礙物的大致 方向，本發(fā)明采用經(jīng)度坐標矯正法對畸變的魚眼圖像進行校正，矯正方法是：任取魚眼圖像 上一點P，P點坐標為（x p, yp)，魚眼圖像中心點坐標為（X。，y。)，魚眼圖像的半徑為R^p點經(jīng) 校正后在新圖像中對應(yīng)的P'點坐標（u, v)是：
【主權(quán)項】
1. 一種基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟： 1) 視覺特征提取 巡視機器人通過全方位魚眼鏡頭，采集360°水平視角，185°俯仰角的環(huán)境圖像，對魚 眼圖像進行去噪處理后，再進行崎變矯正處理，并在圖像中檢測環(huán)境中障礙物的大致方向， 本發(fā)明采用經(jīng)度坐標矯正法對崎變的魚眼圖像進行校正，矯正方法是：任取魚眼圖像上一 點P，P點坐標為（Xp，yp)，魚眼圖像中屯、點坐標為（X。，y。)，魚眼圖像的半徑為R"，p點經(jīng)校正 后在新圖像中對應(yīng)的P'點坐標（U,V)是；
2) 環(huán)境地圖的創(chuàng)建 根據(jù)步驟1)視覺特征的提取結(jié)果，通過巡視機器人自帶的巧螺儀確定機器人面向各 障礙物的偏轉(zhuǎn)角度，通過激光測距儀，測量機器人與障礙物間的距離；將障礙物作為拓撲地 圖中的節(jié)點并創(chuàng)建環(huán)境拓撲地圖，完成未知環(huán)境地圖的創(chuàng)建； 3) 巡視機器人路徑的規(guī)劃 綜合考慮拓撲地圖中節(jié)點與巡視機器人初始位置的距離、分布關(guān)系等信息，設(shè)定各級 節(jié)點的遍歷優(yōu)先級，按照優(yōu)先級由高到低的順序控制機器人依次遍歷各個節(jié)點； 4) 障礙物繞行及泄露氣體檢測 對各節(jié)點障礙物進行泄漏氣體檢測時，首先通過激光測距儀，控制機器人與障礙物間 保持一段距離，并對障礙物進行繞行，同時利用自身攜帶的氣體傳感器檢測泄漏氣體，直至 繞行一周至出發(fā)的節(jié)點位置，如果障礙物與墻體相連無法繞行一周，則首先沿逆時針方向 從節(jié)點位置a,行駛至障礙物與墻壁的連接處W1點，再沿反方向原路返回至ay點，并繼續(xù) 向前行駛至障礙物與墻壁的連接處W2點，再沿反方向原路返回至ay點，完成對該障礙物的 繞行；如果未檢測到泄漏氣體，則沿直線行駛至下一節(jié)點，并繼續(xù)對下一節(jié)點障礙物進行繞 行檢測，直至完成所有節(jié)點的檢測，如果檢測到泄漏氣體，則報警并進一步確定最大濃度位 置，并停留在最大濃度位置處，為提高泄漏氣體檢測的實時性及準確率，在繞行障礙物時， 控制機器人與障礙物保持一段距離； 在機器人繞行障礙物的同時，利用Sift算法提取節(jié)點障礙物中易發(fā)生泄漏的設(shè)備，當 機器人經(jīng)過該些設(shè)備時，降低機器人的行駛速度，W減輕機器人行駛對氣流的擾動，提高檢 測穩(wěn)定性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于機器人的定位方法如下： 假設(shè)XOY為機器人坐標系，機器人從初始位置到節(jié)點1的距離為li，機器人從初始位 置到節(jié)點2的距離為1,，機器人在初始位置從面向節(jié)點1到面向節(jié)點2的轉(zhuǎn)角為0 1，則節(jié) 點1到節(jié)點2的距離為：
機器人沿直線行駛至節(jié)點1后再駛向節(jié)點2的轉(zhuǎn)角0 1為：
通過轉(zhuǎn)角及行駛距離能夠確定機器人在地圖中的確切位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于機器人在繞行障礙物時與障礙物保持距離的 計算方法如下： 假設(shè)機器人長度為以寬為M，則機器人的最小轉(zhuǎn)彎半徑R為：
實驗證明，當機器人與障礙物間保持1. 5R間距時，即能夠有效避免障礙物與機器人間 發(fā)生別踏，又最大限度的靠近障礙物。
【專利摘要】基于視覺的主動式泄漏氣體檢測方法。解決現(xiàn)有泄漏氣體檢測方法盲目性高、實時性差、受氣流擾動影響大等問題。本發(fā)明通過機器視覺提取工作環(huán)境中可能發(fā)生泄漏的管路、閥門、壓力設(shè)備、存儲設(shè)備等障礙物，對攜帶泄漏氣體探測設(shè)備的機器人實施導航，控制其沿各障礙物邊緣遍歷并進行泄漏氣體檢測。該方法充分利用了視覺、距離等信息，優(yōu)先檢測可能發(fā)生泄漏的區(qū)域，將泄漏源檢測問題從氣體監(jiān)測領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境感知領(lǐng)域中的目標搜索問題，克服了傳統(tǒng)檢測方法的盲目性，降低了氣流擾動對氣體檢測的影響，提高了氣體檢測的效率。
【IPC分類】G01M3-00
【公開號】CN104848991
【申請?zhí)枴緾N201510306207
【發(fā)明人】王聃, 賈云偉, 程灝
【申請人】天津理工大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月5日