本發(fā)明涉及防振錘的檢測技術(shù),具體涉及一種基于雙目視覺圖像的防振錘故障在線檢測識別方法。
背景技術(shù):
架空輸電線路受風(fēng)、冰、低溫等氣象條件的作用,使線路產(chǎn)生振動和舞動,如果振動頻率較高而振幅很小,風(fēng)振動使架空電線在懸點(diǎn)處反復(fù)被拗折,會引起材料疲勞,最后導(dǎo)致斷股、斷線事故;如果舞動的頻率很低,而振幅卻很大,很容易引起相間閃絡(luò),造成線路跳閘、停電或燒傷導(dǎo)線等嚴(yán)重事故。
防振錘是架空輸電線路安全措施中不可缺少的一個部件,是重要的防振金具之一,它加掛于線路塔桿懸點(diǎn)處,能夠吸收或減弱振動能量,改變線路搖擺頻率,防止線路的大幅度振動和舞動,為輸電線路的壽命和輸電走廊的安全起到舉足輕重的作用。因此,關(guān)于防振錘的研究非常有意義。
目前,對防振錘故障的檢測識別方法還非常少,并且還沒有一個方法能夠識別防振錘所有故障類型的算法。但是現(xiàn)實(shí)中,防振錘常常存在移位故障、損壞故障、脫落故障、異物干擾等故障,這些故障會對輸電線路壽命和輸電走廊的安全造成威脅。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決對防震錘的故障檢測,目的在于提供一種基于雙目視覺圖像的防振錘故障在線檢測識別方法。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于雙目視覺圖像的防振錘故障在線檢測識別方法,包括如下步驟:
采用兩臺攝像機(jī)構(gòu)成雙目立體視覺系統(tǒng);
建立一個防振錘狀態(tài)屬性集合S;
在初始狀態(tài)下,利用兩臺攝像機(jī)獲取具有防振錘、固定參考照物的初始圖像信息,通過初始圖像信息的獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)從而獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0;
在當(dāng)前狀態(tài)下,防振錘的異常故障檢測,發(fā)現(xiàn)防振錘出現(xiàn)異常故障時,利用兩臺攝像機(jī)獲取具有防振錘、固定參考照物的當(dāng)前圖像信息,通過當(dāng)前圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)從而獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St;
防振錘故障類型識別:根據(jù)當(dāng)前值St與初始值S0計(jì)算防振錘狀態(tài)屬性的變化值△S,根據(jù)△S判斷得到防振錘故障的情況。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是:本發(fā)明基于雙目立體視覺系統(tǒng)以及雙目視覺體系獲取圖像三維坐標(biāo)的方法進(jìn)行,本發(fā)明還基于防振錘常見故障而建立防振錘狀態(tài)屬性集合S,根據(jù)雙目立體視覺系統(tǒng)和圖像三維坐標(biāo)的方法測算實(shí)際工作過程中防振錘狀態(tài)屬性,將這些振錘狀態(tài)屬性集合在一起形成集合S,利用初始狀態(tài),即無故障時的振錘狀態(tài)屬性與故障時的振錘狀態(tài)屬性進(jìn)行比對,從比對結(jié)果分析出振錘故障信息。其總體設(shè)計(jì)方案是分為四個階段:第一階段是:用預(yù)定的防振錘狀態(tài)屬性集合S,然后在通過初始狀態(tài)下,利用雙目立體視覺系統(tǒng)以及獲取圖像三維坐標(biāo)的方法來獲取初始防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo),我們在知道防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)的情況下可以推測出防振錘狀態(tài)以及防振錘與固定參考照物之間的空間關(guān)系,在這樣條件下,可以組合形成防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0。第二階段是:利用異常情況監(jiān)測技術(shù)判斷當(dāng)前狀態(tài)下防振錘是否進(jìn)入到故障狀態(tài)。第三階段是:在故障狀態(tài)確認(rèn)的情況下,再次運(yùn)用利用雙目立體視覺系統(tǒng)以及獲取圖像三維坐標(biāo)的方法來獲取當(dāng)前防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo),同樣的,我們在知道防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)的情況下可以推測出防振錘狀態(tài)以及防振錘與固定參考照物之間的空間關(guān)系,在這樣條件下,可以組合形成防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St。第四階段是:比對當(dāng)前值St與初始值S0之間的變化情況,根據(jù)這些變化情況分析出故障狀態(tài)。
總的來說,本發(fā)明的技術(shù)方案是利用雙目立體視覺系統(tǒng),即雙攝像頭拍攝技術(shù),獲得目標(biāo)物的立體參數(shù),再利用立體參數(shù)分析相關(guān)屬性,并通過前后屬性的變化從而得出故障狀態(tài)。本發(fā)明的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于整個方法處理過程,通過這樣的立體參數(shù)分析,我們可以得到很多故障參數(shù),從而能全面分析防振錘故障狀態(tài),例如,通過分析防振錘的立體參數(shù),就可以直接得到初始狀態(tài)下和當(dāng)前狀態(tài)下防振錘結(jié)構(gòu)的變化,也可以通過分析防振錘的立體參數(shù)和固定參考照物的立體參數(shù),分析出固定參考照物與防振錘之間的距離,也可以分析出防振錘的數(shù)量變化,需要設(shè)計(jì)檢測防振錘的某個屬性時,我根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)相關(guān)檢測模型即可,這些設(shè)計(jì)模型不固定選用特定模型,以能利用立體參數(shù)測算出故障信息為準(zhǔn),本發(fā)明的主要構(gòu)思旨在提供一種方法獲得防振錘立體參數(shù),從立體參數(shù)分析故障信息的設(shè)計(jì)方案,上述立體信息即指上述方案中獲得的三維坐標(biāo)信息。
優(yōu)選的,由于防振錘常常存在移位故障、損壞故障、脫落故障、異物干擾故障,我們設(shè)計(jì)的防振錘狀態(tài)屬性即是相關(guān)上述故障,具體表述如下:所述防振錘狀態(tài)屬性集合S包括ι、m、r、n;ι表示防振錘與固定參考照物之間的距離(可以表示移位故障);m表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量,正常情況下,一個防振錘有兩個鐵錘(可以表示損壞故障);r表示干擾物到防振錘的距離(可以表示異物干擾故障);n表示某一段高架線的防振錘個數(shù)(可以表示脫落故障);則初始值S0包括ι0、m0、r0、n0;當(dāng)前值St包括ιt、mt、rt、nt;所述變化值△S包括△ι、△m、△r、△n,其中,△ι=ιt-ι0,△m=mt-m0,△r=rt-r0,△n=nt-n0。ι0表示初始狀態(tài)下防振錘與固定參考照物之間的距離、m0表示初始狀態(tài)下一個防振錘的鐵錘數(shù)量、r0表示初始狀態(tài)下干擾物與防振錘的距離的最低標(biāo)準(zhǔn)值、n0表示表示初始狀態(tài)下高架線的防振錘個數(shù);ιt表示當(dāng)前狀態(tài)下防振錘與固定參考照物之間的距離、mt表示當(dāng)前狀態(tài)下一個防振錘的鐵錘數(shù)量、rt表示當(dāng)前狀態(tài)下干擾物與防振錘的距離、nt表示當(dāng)前狀態(tài)下高架線的防振錘個數(shù)。
其中,由于防振錘移位故障難以判斷,因此,本發(fā)明設(shè)計(jì)一個固定參考照物,用固定參考照物與防振錘之間的距離的變化來識別防振錘之間是否存在移位,為了能準(zhǔn)確的識別出防振錘的移位量,我們優(yōu)選固定參考照物為高架線線夾,由于高架線線夾與防振錘都設(shè)置在同一導(dǎo)線路徑上,因此較為便利的開有識別出移位量,也可以將固定參考照物設(shè)為任意防振錘或一個另外設(shè)定的參考物、還可以是塔桿上的其他物體、也可以是塔桿本身。同時,正常情況下防振錘有兩個鐵錘,在雷擊或其他情況下,鐵錘會出現(xiàn)損壞掉落,使得防振錘不平衡,因此,可以通過防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖,從深度圖分析鐵錘數(shù)量,通過前后對比分析出損壞故障,因此,損壞故障可以通過檢測鐵錘數(shù)量變化來表示。另外,由于防振錘掉落故障發(fā)生時,防振錘的數(shù)量會變化,因此可以通過三維立體參數(shù)判斷防振錘的數(shù)量,通過防振錘的數(shù)量變化表示防振錘掉落故障。由于要求以防振錘中心以r0半徑范圍內(nèi)不得出現(xiàn)干擾物,因此,一旦檢測到有干擾物時,我們同樣通過三維立體參數(shù)是不干擾物的立體信息,通過干擾物的立體信息與防振錘的立體信息進(jìn)行測算出干擾物至防振錘之間的距離,從而檢測出干擾物故障,其中r0屬于預(yù)先按照有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)定的值,通過rt與r0差值表示干擾物故障。
采用兩臺攝像機(jī)構(gòu)成雙目立體視覺系統(tǒng)包括如下過程:
搭建雙目立體視覺硬件系統(tǒng):將兩臺攝像機(jī)以基線距離B的間距固定在光學(xué)平臺上;
拍攝標(biāo)定板圖像組:使經(jīng)緯格標(biāo)定板在兩個相機(jī)中完整成像,拍攝多組不同姿態(tài)下的經(jīng)緯格標(biāo)定板的圖像;
獲得參數(shù):以任一相機(jī)的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系,提取經(jīng)緯格標(biāo)定板圖像角點(diǎn),用最小二乘法獲得左右相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣、外部參數(shù)矩陣以及左右相機(jī)鏡頭的畸變參數(shù)。
防振錘的異常故障檢測包括如下過程:
獲取背景圖像:關(guān)掉攝像機(jī)A,由攝像機(jī)B獲得的一個圖像作為背景圖像;
異常檢測:由攝像機(jī)B拍攝當(dāng)前第一個幀圖像,利用背景差法進(jìn)行異常檢測,有異常檢測時轉(zhuǎn)故障檢測;
故障檢測:由攝像機(jī)B拍攝當(dāng)前第二個幀圖像,利用背景差法進(jìn)行故障檢測,背景圖像的時間早于當(dāng)前第一個幀圖像的時間,當(dāng)前第一個幀圖像的時間早于當(dāng)前第二個幀圖像的時間。其中由攝像機(jī)B獲得的一個圖像可以是以關(guān)掉攝像機(jī)A為時刻點(diǎn)起,由攝像機(jī)B獲得的第一幀圖像。
利用背景差法進(jìn)行異常檢測包括如下過程:
將攝像機(jī)B拍攝的當(dāng)前第一個幀圖像It(x,y)與背景圖像ut(x,y)做減法運(yùn)算得到背景差值;背景差值為Dt(x,y)=|It(x,y)-ut(x,y)|;當(dāng)Dt(x,y)≥ε時,則判定為出現(xiàn)異常,ε為異常判定閾值;
利用背景差法進(jìn)行故障檢測包括如下過程:
獲攝像機(jī)B拍攝的當(dāng)前第二個幀圖像It+1(x,y)與背景圖像ut(x,y)做減法運(yùn)算得到故障檢測背景差值;故障檢測背景差值為Dt+1(x,y)=|It+1(x,y)-ut(x,y)|;當(dāng)Dt+1(x,y)≥ε時,則判定為出現(xiàn)故障,ε為異常判定閾值。
通過上述可以看出,本發(fā)明在防振錘的異常故障檢測過程中,采用了異常檢測和故障檢測兩個過程,其原因是,由于檢測環(huán)境為外部開發(fā)式環(huán)境,常常會存在鳥、樹葉等雜物經(jīng)過攝像頭視覺范圍內(nèi),但這些雜物的出現(xiàn)過程非常短暫,因此,若僅僅進(jìn)行依次的異常檢測,則會觸發(fā)很多的誤報(bào),本發(fā)明只有2次檢測的調(diào)節(jié)下才開啟當(dāng)前故障分析的操作,避免系統(tǒng)處于經(jīng)常啟動狀態(tài),在故障檢測前整個系統(tǒng)可以維持在低功耗狀態(tài)下待機(jī),也不會出現(xiàn)多次的誤報(bào),減少巡線次數(shù),本發(fā)明中的當(dāng)前第二個幀圖像是指時間上晚于當(dāng)前第一個幀圖像的圖像。為了提高檢測的時效性和防止誤觸發(fā)故障報(bào)警,本發(fā)明的當(dāng)前第二個幀圖像選擇當(dāng)前第一個幀圖像的下一幀圖像,例如,如果我們將當(dāng)前第二個幀圖像與當(dāng)前第一個幀圖像的時間間隔設(shè)置的過長,假設(shè)當(dāng)前第一個幀圖像出現(xiàn)鳥經(jīng)過,有可能會在當(dāng)前第二個幀圖像中出現(xiàn)樹葉,這也會造成誤觸發(fā)故障報(bào)警,因此,只有將當(dāng)前第二個幀圖像與當(dāng)前第一個幀圖像的時間間隔設(shè)置的較小時,才能判斷出瞬間的物體經(jīng)過,以防止誤報(bào)故障,從而提高檢測的時效性和檢測精度和準(zhǔn)確性。
下面介紹下,本發(fā)明獲取三維坐標(biāo)的過程:
通過初始圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)包括如下過程:
在初始狀態(tài)下,通過左攝像機(jī)、右攝像機(jī)分別獲得左圖像、右圖像,形成初始圖像信息;
對左圖像、右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理,使消除畸變后的左圖像與右圖像嚴(yán)格地行對應(yīng);
對左圖像與右圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理;
分別提取左圖像與右圖像特征點(diǎn);
匹配左圖像與右圖像的特征點(diǎn),得到多組的匹配點(diǎn)對;
獲取圖像三維坐標(biāo):利用雙目立體視覺測量模型求出左圖像與右圖像在各自像素坐標(biāo)系的三維坐標(biāo);
實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換:設(shè)置左圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xl,yl)、右圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xr,yr),(xl,yl)與(xr,yr)形成匹配點(diǎn)對,在圖像的空間定位中,圖像測量距離較遠(yuǎn),像素坐標(biāo)的一個微小變化也會引起巨大測量誤差。本發(fā)明選擇在圖像序列點(diǎn)匹配完成后再提取亞像素坐標(biāo)形成匹配點(diǎn)對,使得圖像的三維測量結(jié)果更加準(zhǔn)確,圖像場景物體定位更精準(zhǔn)。
匹配點(diǎn)對在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如下式所示:
其中,xl和xr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo),yl和yr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo),B表示左攝像機(jī)與右攝像機(jī)間的基線距離,f表示世界坐標(biāo)系所在攝像機(jī)的焦距,B和f根據(jù)相機(jī)標(biāo)定得到;
若匹配點(diǎn)對為防振錘的匹配點(diǎn)對,則防振錘在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(X0(stockbridge),Y0(stockbridge),Z0(stockbridge))的關(guān)系如下式所示:
若匹配點(diǎn)對為固定參考照物的匹配點(diǎn)對,則固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(X0(clamp),Y0(clamp),Z0(clamp))的關(guān)系如下式所示:
獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0包括如下過程:
獲取l0:檢測出防振錘和固定參考照物,根據(jù)防振錘、固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)計(jì)算出防振錘與固定參考照物之間的距離l0,其中,
獲取m0:直接配置m0=2或者通過防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖得到3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)再通過3D匹配方法檢測出防振錘的鐵錘個數(shù)m0,其中m0表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量;
獲取r0:直接配置r0值,r0表示干擾物到防振錘的距離,此時的r0為防振錘中心的半徑;
獲取n0:檢測出圖像中的電線,然后以一個防振錘尋找窗口沿著電線滑動,每檢測到一個防振錘,防振錘數(shù)量加1,最終n0表示某一段高架線的防振錘個數(shù);
ι0、m0、r0、n0為防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0。
通過當(dāng)前圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)包括如下過程:
在當(dāng)前狀態(tài)下,通過左攝像機(jī)、右攝像機(jī)分別獲得左圖像、右圖像,形成當(dāng)前圖像信息;
對左圖像、右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理,使消除畸變后的左圖像與右圖像嚴(yán)格地行對應(yīng);
對左圖像與右圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理;
分別提取左圖像與右圖像特征點(diǎn);
匹配左圖像與右圖像的特征點(diǎn),得到多組的匹配點(diǎn)對;
獲取圖像三維坐標(biāo):利用雙目立體視覺測量模型求出左圖像與右圖像在各自像素坐標(biāo)系的三維坐標(biāo);
實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換:設(shè)置左圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xl,yl)、右圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xr,yr),(xl,yl)與(xr,yr)形成匹配點(diǎn)對,匹配點(diǎn)對在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如下式所示:
其中,xl和xr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo),yl和yr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo),B表示左攝像機(jī)與右攝像機(jī)間的基線距離,f表示世界坐標(biāo)系所在攝像機(jī)的焦距,B和f根據(jù)相機(jī)標(biāo)定得到;
若匹配點(diǎn)對為防振錘的匹配點(diǎn)對,則防振錘在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(stockbridge),Yt(stockbridge),Zt(stockbridge))的關(guān)系如下式所示:
若匹配點(diǎn)對為固定參考照物的匹配點(diǎn)對,則固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(clamp),Yt(clamp),Zt(clamp))的關(guān)系如下式所示:
識別當(dāng)前圖像信息是否具有防振錘干擾物,若有防振錘干擾物存在,則還包括獲取防振錘干擾物三維坐標(biāo)過程如下:
識別所述匹配點(diǎn)對為防振錘干擾物的匹配點(diǎn)對,則防振錘干擾物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(distractors),Yt(distractors),Zt(distractors))的關(guān)系如下式所示:
獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St包括如下過程:
獲取lt:檢測出防振錘和固定參考照物,根據(jù)防振錘、固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)計(jì)算出防振錘與固定參考照物之間的距離lt,其中
獲取mt:由防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖得到3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)再通過3D匹配方法檢測出防振錘的鐵錘個數(shù)mt,其中mt表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量;
獲取rt:
若以防振錘為中心、以r0為半徑的范圍內(nèi)利用幀差法進(jìn)行識別當(dāng)前圖像信息具有防振錘干擾物,則計(jì)算防振錘干擾物到防振錘的距離rt,r0為直接配置的值,其中,
若以防振錘為中心、以r0為半徑的范圍內(nèi)利用幀差法進(jìn)行識別當(dāng)前圖像信息沒有防振錘干擾物,則賦予防振錘干擾物到防振錘的距離rt,賦予rt=r0;
獲取nt:檢測出圖像中的電線,然后以一個防振錘尋找窗口沿著電線滑動,每檢測到一個防振錘,防振錘數(shù)量加1,最終nt表示某一段高架線的防振錘個數(shù);
lt、mt、rt、nt為防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St。
根據(jù)△S判斷得到防振錘故障的情況包括以下過程:
輸出移位故障:若Δl∈[a,b],則說明防振錘不存在移位故障,否則,存在移位故障,其中,a,b分別為防振錘與固定參考照物之間的安全距離范圍的下限和上限,根據(jù)△ι的值表示防振錘移位距離;
輸出鐵錘損壞故障:如果Δm=0,則表明防振錘不存在損壞情況,否則,防振錘存在損壞故障,根據(jù)△m的值表示鐵錘損壞數(shù)量;
輸出防振錘干擾物故障:如果Δr≤0,則說明防振錘存在異物干擾故障,根據(jù)△r的值表示干擾物到防振錘的距離,否則不存在防振錘干擾物故障;
輸出防振錘脫落故障:如果Δn≠0,則說明存在防振錘脫落故障,根據(jù)△n的值表示防振錘脫落的數(shù)量,否則不存在防振錘脫落故障。
根據(jù)防振錘各個故障類別的性質(zhì)的特點(diǎn),可由狀態(tài)特征變化量判斷得到故障的情況。具體描述為:
1)防振錘與高架線線夾之間的距離有著一定的安全標(biāo)準(zhǔn),如果這個距離不在安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),則認(rèn)為是發(fā)生移位,即存在移位故障。即:如果Δl∈[a,b],則說明防振錘不存在移位故障,否則,存在移位故障。其中,a,b分別為防振錘與高架線線夾之間的安全距離范圍的下限和上限。
2)防振錘由一個固定夾和兩頭帶有兩個鐵錘的一小段金屬組成,兩頭必有兩個鐵錘,如果只有一個或是沒有,稱為損壞。故損壞故障的識別方式為:
如果Δm=0,則表明防振錘不存在損壞情況,否則,防振錘存在損壞故障。
3)在防振錘周圍的一定范圍內(nèi),不允許存在別的物體,否則要對防振錘造成干擾,即防振錘存在異物干擾故障。防振錘異物干擾故障識別方式為:如果Δr≤0,則說明防振錘存在異物干擾故障,否則不存在。
4)在某些高架線需要安裝的防振錘數(shù)量多于一個,如果檢測到的數(shù)量不是標(biāo)準(zhǔn)的防振錘數(shù)量,則一定是某些防振錘已完全脫落。防振錘脫落故障判定方法為:
如果Δn≠0,則說明存在防振錘脫落故障,否則不存在。
最后輸出防振錘故障類型表單,并將故障具體情況輸出。例如,a=0.01米,b=0.05米,假如防振錘故障狀態(tài)屬性集為ΔS={0.03,-1,-0.5,0},則對應(yīng)的輸出結(jié)果為:防振錘存在損壞故障和異物干擾故障。假如ΔS={3,0,0,0},則說明防振錘存在移位故障,并且位移值為3米。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1.通過建立一個防振錘狀態(tài)屬性集合來描述防振錘的狀態(tài),將防振錘故障數(shù)值化,使防振錘的故障檢測方便、快捷、直觀、統(tǒng)一、全面。
2.利用雙目立體視覺系統(tǒng)建立防振錘圖像三維坐標(biāo),獲得的防振錘尺寸精準(zhǔn)。
3.利用雙目立體視覺體系檢測防振錘狀態(tài)屬性集合的所有值,能夠得到精準(zhǔn)的測量值。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面結(jié)合實(shí)施例,對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明,并不作為對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例
一種基于雙目視覺圖像的防振錘故障在線檢測識別方法,包括如下步驟:
采用兩臺攝像機(jī)構(gòu)成雙目立體視覺系統(tǒng);
建立一個防振錘狀態(tài)屬性集合S;
在初始狀態(tài)下,利用兩臺攝像機(jī)獲取具有防振錘、固定參考照物的初始圖像信息,通過初始圖像信息的獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)從而獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0;
在當(dāng)前狀態(tài)下,防振錘的異常故障檢測,發(fā)現(xiàn)防振錘出現(xiàn)異常故障時,利用兩臺攝像機(jī)獲取具有防振錘、固定參考照物的當(dāng)前圖像信息,通過當(dāng)前圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)從而獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St;
防振錘故障類型識別:根據(jù)當(dāng)前值St與初始值S0計(jì)算防振錘狀態(tài)屬性的變化值△S,根據(jù)△S判斷得到防振錘故障的情況。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是:本發(fā)明基于雙目立體視覺系統(tǒng)以及雙目視覺體系獲取圖像三維坐標(biāo)的方法進(jìn)行,本發(fā)明還基于防振錘常見故障而建立防振錘狀態(tài)屬性集合S,根據(jù)雙目立體視覺系統(tǒng)和圖像三維坐標(biāo)的方法測算實(shí)際工作過程中防振錘狀態(tài)屬性,將這些振錘狀態(tài)屬性集合在一起形成集合S,利用初始狀態(tài),即無故障時的振錘狀態(tài)屬性與故障時的振錘狀態(tài)屬性進(jìn)行比對,從比對結(jié)果分析出振錘故障信息。其總體設(shè)計(jì)方案是分為四個階段:第一階段是:用預(yù)定的防振錘狀態(tài)屬性集合S,然后在通過初始狀態(tài)下,利用雙目立體視覺系統(tǒng)以及獲取圖像三維坐標(biāo)的方法來獲取初始防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo),我們在知道防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)的情況下可以推測出防振錘狀態(tài)以及防振錘與固定參考照物之間的空間關(guān)系,在這樣條件下,可以組合形成防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0。第二階段是:利用異常情況監(jiān)測技術(shù)判斷當(dāng)前狀態(tài)下防振錘是否進(jìn)入到故障狀態(tài)。第三階段是:在故障狀態(tài)確認(rèn)的情況下,再次運(yùn)用利用雙目立體視覺系統(tǒng)以及獲取圖像三維坐標(biāo)的方法來獲取當(dāng)前防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo),同樣的,我們在知道防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)的情況下可以推測出防振錘狀態(tài)以及防振錘與固定參考照物之間的空間關(guān)系,在這樣條件下,可以組合形成防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St。第四階段是:比對當(dāng)前值St與初始值S0之間的變化情況,根據(jù)這些變化情況分析出故障狀態(tài)。
總的來說,本發(fā)明的技術(shù)方案是利用雙目立體視覺系統(tǒng),即雙攝像頭拍攝技術(shù),獲得目標(biāo)物的立體參數(shù),再利用立體參數(shù)分析相關(guān)屬性,并通過前后屬性的變化從而得出故障狀態(tài)。本發(fā)明的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于整個方法處理過程,通過這樣的立體參數(shù)分析,我們可以得到很多故障參數(shù),從而能全面分析防振錘故障狀態(tài),例如,通過分析防振錘的立體參數(shù),就可以直接得到初始狀態(tài)下和當(dāng)前狀態(tài)下防振錘結(jié)構(gòu)的變化,也可以通過分析防振錘的立體參數(shù)和固定參考照物的立體參數(shù),分析出固定參考照物與防振錘之間的距離,也可以分析出防振錘的數(shù)量變化,需要設(shè)計(jì)檢測防振錘的某個屬性時,我根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)相關(guān)檢測模型即可,這些設(shè)計(jì)模型不固定選用特定模型,以能利用立體參數(shù)測算出故障信息為準(zhǔn),本發(fā)明的主要構(gòu)思旨在提供一種方法獲得防振錘立體參數(shù),從立體參數(shù)分析故障信息的設(shè)計(jì)方案,上述立體信息即指上述方案中獲得的三維坐標(biāo)信息。
實(shí)施例2
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上,優(yōu)選的,由于防振錘常常存在移位故障、損壞故障、脫落故障、異物干擾故障,我們設(shè)計(jì)的防振錘狀態(tài)屬性即是相關(guān)上述故障,具體表述如下:所述防振錘狀態(tài)屬性集合S包括ι、m、r、n;ι表示防振錘與固定參考照物之間的距離(可以表示移位故障);m表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量,正常情況下,一個防振錘有兩個鐵錘(可以表示損壞故障);r表示干擾物到防振錘的距離(可以表示異物干擾故障);n表示某一段高架線的防振錘個數(shù)(可以表示脫落故障);則初始值S0包括ι0、m0、r0、n0;當(dāng)前值St包括ιt、mt、rt、nt;所述變化值△S包括△ι、△m、△r、△n,其中,△ι=ιt-ι0,△m=mt-m0,△r=rt-r0,△n=nt-n0。ι0表示初始狀態(tài)下防振錘與固定參考照物之間的距離、m0表示初始狀態(tài)下一個防振錘的鐵錘數(shù)量、r0表示初始狀態(tài)下干擾物與防振錘的距離的最低標(biāo)準(zhǔn)值、n0表示表示初始狀態(tài)下高架線的防振錘個數(shù);ιt表示當(dāng)前狀態(tài)下防振錘與固定參考照物之間的距離、mt表示當(dāng)前狀態(tài)下一個防振錘的鐵錘數(shù)量、rt表示當(dāng)前狀態(tài)下干擾物與防振錘的距離、nt表示當(dāng)前狀態(tài)下高架線的防振錘個數(shù)。
其中,由于防振錘移位故障難以判斷,因此,本發(fā)明設(shè)計(jì)一個固定參考照物,用固定參考照物與防振錘之間的距離的變化來識別防振錘之間是否存在移位,為了能準(zhǔn)確的識別出防振錘的移位量,我們優(yōu)選固定參考照物為高架線線夾,由于高架線線夾與防振錘都設(shè)置在同一導(dǎo)線路徑上,因此較為便利的開有識別出移位量,也可以將固定參考照物設(shè)為任意防振錘或一個另外設(shè)定的參考物、還可以是塔桿上的其他物體、也可以是塔桿本身。同時,正常情況下防振錘有兩個鐵錘,在雷擊或其他情況下,鐵錘會出現(xiàn)損壞掉落,使得防振錘不平衡,因此,可以通過防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖,從深度圖分析鐵錘數(shù)量,通過前后對比分析出損壞故障,因此,損壞故障可以通過檢測鐵錘數(shù)量變化來表示。另外,由于防振錘掉落故障發(fā)生時,防振錘的數(shù)量會變化,因此可以通過三維立體參數(shù)判斷防振錘的數(shù)量,通過防振錘的數(shù)量變化表示防振錘掉落故障。由于要求以防振錘中心以r0半徑范圍內(nèi)不得出現(xiàn)干擾物,因此,一旦檢測到有干擾物時,我們同樣通過三維立體參數(shù)是不干擾物的立體信息,通過干擾物的立體信息與防振錘的立體信息進(jìn)行測算出干擾物至防振錘之間的距離,從而檢測出干擾物故障,其中r0屬于預(yù)先按照有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)定的值,通過rt與r0差值表示干擾物故障。
優(yōu)選的,采用兩臺攝像機(jī)構(gòu)成雙目立體視覺系統(tǒng)包括如下過程:
搭建雙目立體視覺硬件系統(tǒng):將兩臺攝像機(jī)以基線距離B的間距固定在光學(xué)平臺上;
拍攝標(biāo)定板圖像組:使經(jīng)緯格標(biāo)定板在兩個相機(jī)中完整成像,拍攝多組不同姿態(tài)下的經(jīng)緯格標(biāo)定板的圖像;
獲得參數(shù):以任一相機(jī)的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系,提取經(jīng)緯格標(biāo)定板圖像角點(diǎn),用最小二乘法獲得左右相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣、外部參數(shù)矩陣以及左右相機(jī)鏡頭的畸變參數(shù)。
優(yōu)選的,防振錘的異常故障檢測包括如下過程:
獲取背景圖像:關(guān)掉攝像機(jī)A,由攝像機(jī)B獲得的一個圖像作為背景圖像;
異常檢測:由攝像機(jī)B拍攝當(dāng)前第一個幀圖像,利用背景差法進(jìn)行異常檢測,有異常檢測時轉(zhuǎn)故障檢測;
故障檢測:由攝像機(jī)B拍攝當(dāng)前第二個幀圖像,利用背景差法進(jìn)行故障檢測。
利用背景差法進(jìn)行異常檢測包括如下過程:
將攝像機(jī)B拍攝的當(dāng)前第一個幀圖像It(x,y)與背景圖像ut(x,y)做減法運(yùn)算得到背景差值;背景差值為Dt(x,y)=|It(x,y)-ut(x,y)|;當(dāng)Dt(x,y)≥ε,ε為異常判定閾值時,則判定為出現(xiàn)異常;
利用背景差法進(jìn)行故障檢測包括如下過程:
獲攝像機(jī)B拍攝的當(dāng)前第二個幀圖像It+1(x,y)與背景圖像ut(x,y)做減法運(yùn)算得到故障檢測背景差值;故障檢測背景差值為Dt+1(x,y)=|It+1(x,y)-ut(x,y)|;當(dāng)Dt+1(x,y)≥ε,ε為異常判定閾值,則判定為出現(xiàn)故障。
通過上述可以看出,本發(fā)明在防振錘的異常故障檢測過程中,采用了異常檢測和故障檢測兩個過程,其原因是,由于檢測環(huán)境為外部開發(fā)式環(huán)境,常常會存在鳥、樹葉等雜物經(jīng)過攝像頭視覺范圍內(nèi),但這些雜物的出現(xiàn)過程非常短暫,因此,若僅僅進(jìn)行依次的異常檢測,則會觸發(fā)很多的誤報(bào),本發(fā)明只有2次檢測的調(diào)節(jié)下才開啟當(dāng)前故障分析的操作,避免系統(tǒng)處于經(jīng)常啟動狀態(tài),在故障檢測前整個系統(tǒng)可以維持在低功耗狀態(tài)下待機(jī),也不會出現(xiàn)多次的誤報(bào),減少巡線次數(shù),本發(fā)明中的第二個幀圖像是指時間上晚于第一個幀圖像的圖像,并一定不指代第一個幀圖像后的相鄰幀圖像。
優(yōu)選的,下面介紹下,本發(fā)明獲取三維坐標(biāo)的過程:
通過初始圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)包括如下過程:
在初始狀態(tài)下,通過左攝像機(jī)、右攝像機(jī)分別獲得左圖像、右圖像,形成初始圖像信息;
對左圖像、右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理,使消除畸變后的左圖像與右圖像嚴(yán)格地行對應(yīng);
對左圖像與右圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理;
分別提取左圖像與右圖像特征點(diǎn);
匹配左圖像與右圖像的特征點(diǎn),得到多組的匹配點(diǎn)對;
獲取圖像三維坐標(biāo):利用雙目立體視覺測量模型求出左圖像與右圖像在各自像素坐標(biāo)系的三維坐標(biāo);
實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換:設(shè)置左圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xl,yl)、右圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xr,yr),(xl,yl)與(xr,yr)形成匹配點(diǎn)對,在圖像的空間定位中,圖像測量距離較遠(yuǎn),像素坐標(biāo)的一個微小變化也會引起巨大測量誤差。本發(fā)明選擇在圖像序列點(diǎn)匹配完成后再提取亞像素坐標(biāo)形成匹配點(diǎn)對,使得圖像的三維測量結(jié)果更加準(zhǔn)確,圖像場景物體定位更精準(zhǔn)。
匹配點(diǎn)對在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如下式所示:
其中,xl和xr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo),yl和yr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo),B表示左攝像機(jī)與右攝像機(jī)間的基線距離,f表示世界坐標(biāo)系所在攝像機(jī)的焦距,B和f根據(jù)相機(jī)標(biāo)定得到;
若匹配點(diǎn)對為防振錘的匹配點(diǎn)對,則防振錘在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(X0(stockbridge),Y0(stockbridge),Z0(stockbridge))的關(guān)系如下式所示:
若匹配點(diǎn)對為固定參考照物的匹配點(diǎn)對,則固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(X0(clamp),Y0(clamp),Z0(clamp))的關(guān)系如下式所示:
獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0包括如下過程:
獲取l0:檢測出防振錘和固定參考照物,根據(jù)防振錘、固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)計(jì)算出防振錘與固定參考照物之間的距離l0,其中,
獲取m0:直接配置m0=2或者通過防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖得到3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)再通過3D匹配方法檢測出防振錘的鐵錘個數(shù)m0,其中m0表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量;
獲取r0:直接配置r0值,r0表示干擾物到防振錘的距離,此時的r0為防振錘中心的半徑;
獲取n0:檢測出圖像中的電線,然后以一個防振錘尋找窗口沿著電線滑動,每檢測到一個防振錘,防振錘數(shù)量加1,最終n0表示某一段高架線的防振錘個數(shù);
ι0、m0、r0、n0為防振錘狀態(tài)屬性集合S的初始值S0。
通過當(dāng)前圖像信息獲得防振錘三維坐標(biāo)、固定參考照物三維坐標(biāo)包括如下過程:
在當(dāng)前狀態(tài)下,通過左攝像機(jī)、右攝像機(jī)分別獲得左圖像、右圖像,形成當(dāng)前圖像信息;
對左圖像、右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理,使消除畸變后的左圖像與右圖像嚴(yán)格地行對應(yīng);
對左圖像與右圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理;
分別提取左圖像與右圖像特征點(diǎn);
匹配左圖像與右圖像的特征點(diǎn),得到多組的匹配點(diǎn)對;
獲取圖像三維坐標(biāo):利用雙目立體視覺測量模型求出左圖像與右圖像在各自像素坐標(biāo)系的三維坐標(biāo);
實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換:設(shè)置左圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xl,yl)、右圖像的特征點(diǎn)在自己的像素坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)(xr,yr),(xl,yl)與(xr,yr)形成匹配點(diǎn)對,匹配點(diǎn)對在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如下式所示:
其中,xl和xr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo),yl和yr表示左圖像、右圖像在匹配后獲得匹配點(diǎn)對在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo),B表示左攝像機(jī)與右攝像機(jī)間的基線距離,f表示世界坐標(biāo)系所在攝像機(jī)的焦距,B和f根據(jù)相機(jī)標(biāo)定得到;
若匹配點(diǎn)對為防振錘的匹配點(diǎn)對,則防振錘在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(stockbridge),Yt(stockbridge),Zt(stockbridge))的關(guān)系如下式所示:
若匹配點(diǎn)對為固定參考照物的匹配點(diǎn)對,則固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(clamp),Yt(clamp),Zt(clamp))的關(guān)系如下式所示:
識別當(dāng)前圖像信息是否具有防振錘干擾物,若有防振錘干擾物存在,則還包括獲取防振錘干擾物三維坐標(biāo)過程如下:
識別所述匹配點(diǎn)對為防振錘干擾物的匹配點(diǎn)對,則防振錘干擾物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)(Xt(distractors),Yt(distractors),Zt(distractors))的關(guān)系如下式所示:
獲得防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St包括如下過程:
獲取lt:檢測出防振錘和固定參考照物,根據(jù)防振錘、固定參考照物在世界坐標(biāo)系的三維空間坐標(biāo)計(jì)算出防振錘與固定參考照物之間的距離lt,其中
獲取mt:由防振錘的三維坐標(biāo)獲取深度圖得到3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)再通過3D匹配方法檢測出防振錘的鐵錘個數(shù)mt,其中mt表示一個防振錘的鐵錘數(shù)量;
獲取rt:
若以防振錘為中心、以r0為半徑的范圍內(nèi)利用幀差法進(jìn)行識別當(dāng)前圖像信息具有防振錘干擾物,則計(jì)算防振錘干擾物到防振錘的距離rt,r0為直接配置的值,其中,
若以防振錘為中心、以r0為半徑的范圍內(nèi)利用幀差法進(jìn)行識別當(dāng)前圖像信息沒有防振錘干擾物,則賦予防振錘干擾物到防振錘的距離rt,賦予rt=r0;
獲取nt:檢測出圖像中的電線,然后以一個防振錘尋找窗口沿著電線滑動,每檢測到一個防振錘,防振錘數(shù)量加1,最終nt表示某一段高架線的防振錘個數(shù);
lt、mt、rt、nt為防振錘狀態(tài)屬性集合S的當(dāng)前值St。
根據(jù)△S判斷得到防振錘故障的情況包括以下過程:
輸出移位故障:若Δl∈[a,b],則說明防振錘不存在移位故障,否則,存在移位故障,其中,a,b分別為防振錘與固定參考照物之間的安全距離范圍的下限和上限,根據(jù)△ι的值表示防振錘移位距離;
輸出鐵錘損壞故障:如果Δm=0,則表明防振錘不存在損壞情況,否則,防振錘存在損壞故障,根據(jù)△m的值表示鐵錘損壞數(shù)量;
輸出防振錘干擾物故障:如果Δr≤0,則說明防振錘存在異物干擾故障,根據(jù)△r的值表示干擾物到防振錘的距離,否則不存在防振錘干擾物故障;
輸出防振錘脫落故障:如果Δn≠0,則說明存在防振錘脫落故障,根據(jù)△n的值表示防振錘脫落的數(shù)量,否則不存在防振錘脫落故障。
根據(jù)防振錘各個故障類別的性質(zhì)的特點(diǎn),可由狀態(tài)特征變化量判斷得到故障的情況。具體描述為:
1)防振錘與高架線線夾之間的距離有著一定的安全標(biāo)準(zhǔn),如果這個距離不在安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),則認(rèn)為是發(fā)生移位,即存在移位故障。即:如果Δl∈[a,b],則說明防振錘不存在移位故障,否則,存在移位故障。其中,a,b分別為防振錘與高架線線夾之間的安全距離范圍的下限和上限。
2)防振錘由一個固定夾和兩頭帶有兩個鐵錘的一小段金屬組成,兩頭必有兩個鐵錘,如果只有一個或是沒有,稱為損壞。故損壞故障的識別方式為:
如果Δm=0,則表明防振錘不存在損壞情況,否則,防振錘存在損壞故障。
3)在防振錘周圍的一定范圍內(nèi),不允許存在別的物體,否則要對防振錘造成干擾,即防振錘存在異物干擾故障。防振錘異物干擾故障識別方式為:如果Δr≤0,則說明防振錘存在異物干擾故障,否則不存在。
4)在某些高架線需要安裝的防振錘數(shù)量多于一個,如果檢測到的數(shù)量不是標(biāo)準(zhǔn)的防振錘數(shù)量,則一定是某些防振錘已完全脫落。防振錘脫落故障判定方法為:
如果Δn≠0,則說明存在防振錘脫落故障,否則不存在。
最后輸出防振錘故障類型表單,并將故障具體情況輸出。例如,a=0.01米,b=0.05米,假如防振錘故障狀態(tài)屬性集為ΔS={0.03,-1,-0.5,0},則對應(yīng)的輸出結(jié)果為:防振錘存在損壞故障和異物干擾故障。假如ΔS={3,0,0,0},則說明防振錘存在移位故障,并且位移值為3米。