一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置及其控制方法
【專利摘要】一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置及其控制方法，包括機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元，以及無線傳輸單元；其中：機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元依序連接，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元分別與無線傳輸單元連接。利用本發(fā)明可以對(duì)輸電線路進(jìn)行檢測(cè)以便發(fā)現(xiàn)缺陷，而且定向精度可以滿足要求。
【專利說明】一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人飛行器控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于巡線的無人機(jī)定向的方法，可廣泛應(yīng)用于無人機(jī)巡線之中。

【背景技術(shù)】
[0002]云南地處云貴高原，地理?xiàng)l件惡劣，輸電線路及鐵塔往往位于高山峽谷中，人不易接近，并且氣候條件較差。而目前的無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)比前幾年有很大的提高，可以做到自主飛行，即設(shè)置好坐標(biāo)點(diǎn)無人機(jī)就可以按設(shè)置好的路線(方向、高度)自主運(yùn)行。這給我們利用它來進(jìn)行線路的缺陷檢測(cè)提供了方便。利用無人機(jī)搭載高清攝錄設(shè)備、紅外檢測(cè)儀等，可以對(duì)輸電線路進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0003]采用無人機(jī)巡線，能夠很好的降低成本，減輕勞動(dòng)量并且解決人工巡線所帶來的安全問題。無人機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)通常采用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航，在巡線過程中，由于噪聲的存在以及傳感器的誤差等因素，會(huì)出現(xiàn)無人機(jī)偏離航向的問題，有可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為了保證無人機(jī)巡線的可靠性，有必要提升無人機(jī)導(dǎo)向裝置的準(zhǔn)確度。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):
[0005](I)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航時(shí)主要依靠的是陀螺儀和加速度計(jì)，但陀螺儀和加速度計(jì)會(huì)直接承受飛行器的振動(dòng)、沖擊和角運(yùn)動(dòng)，因而會(huì)產(chǎn)生附加的動(dòng)態(tài)誤差，而且由于捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在工作時(shí)不依賴外界信息，可以說是是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量航向時(shí)誤差會(huì)隨時(shí)間累積甚至發(fā)散因此精度較低。
[0006](2)使用GPS雖然測(cè)量結(jié)果雖然不存在累計(jì)誤差，但是由于衛(wèi)星誤差、傳播誤差及接收誤差的存在，定位精度在1m左右，定向精度無法滿足要求。
[0007](3)在帶電線路周圍電磁環(huán)境復(fù)雜，使用航空羅盤無法保證精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，針對(duì)輸電線路航拍得到的導(dǎo)線的圖像，利用機(jī)載設(shè)備進(jìn)行圖像處理就可以得出照片中導(dǎo)線的方向，進(jìn)而可以得到無人機(jī)當(dāng)前航向與導(dǎo)線夾角的一個(gè)參考值。將此數(shù)據(jù)發(fā)給無人機(jī)航向控制單元，即可完成導(dǎo)向過程。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置，包括機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元，以及無線傳輸單元；其中:機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元依序連接，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元分別與無線傳輸單元連接。
[0011]本發(fā)明導(dǎo)向裝置控制方法包括以下幾個(gè)步驟:
[0012]I)無人機(jī)飛行在導(dǎo)線正上方，通過掛在機(jī)身下面的機(jī)載照相機(jī)拍攝導(dǎo)線的圖像；然后將圖像傳到機(jī)載圖像處理單元；
[0013]2)機(jī)載圖像處理單元對(duì)機(jī)載照相機(jī)所拍攝的照片進(jìn)行處理，提取圖片中的導(dǎo)線信息，得到照片中導(dǎo)線與照片所成角度；
[0014]3)將該角度傳入機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，通過與已知的照相機(jī)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，可以得到無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角；
[0015]4)將無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角傳入無人機(jī)航向控制單元，修正無人機(jī)航向。
[0016]本發(fā)明當(dāng)無人機(jī)偏離航向，所偏離值反映在機(jī)載照相機(jī)拍攝的照片上，并通過機(jī)載圖像處理單元測(cè)出該偏離值，將該偏離值反饋到無人機(jī)航向控制單元，調(diào)整無人機(jī)航向。
[0017]本發(fā)明當(dāng)無人機(jī)為自動(dòng)導(dǎo)航模式，則采用無人機(jī)航向控制單元調(diào)整無人機(jī)航向；若無人機(jī)為手動(dòng)操作模式，無人機(jī)會(huì)將當(dāng)前的信息通過無線傳輸單元發(fā)送到地面，供操縱者參考。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:對(duì)線路的缺陷檢測(cè)提供了方便；利用本發(fā)明可以對(duì)輸電線路進(jìn)行檢測(cè)以便發(fā)現(xiàn)缺陷，而且本發(fā)明的定向精度可以滿足要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是無人機(jī)導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是無人機(jī)導(dǎo)向裝置工作示意圖；
[0021]圖3是無人機(jī)導(dǎo)向過程的流程圖；
[0022]圖4是運(yùn)行導(dǎo)線提取程序后得到的圖像；
[0023]圖5是基于Freeman鏈碼原理去除小面積的連通區(qū)域，去除背景噪聲及不屬于導(dǎo)線的部分后的圖像；
[0024]圖6是對(duì)保留區(qū)域進(jìn)行Hough變換，提取直線，然后使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，得到的圖像。
[0025]圖2中:1.導(dǎo)線；2.四旋翼無人機(jī)；3.機(jī)載照相機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027]—種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置，本發(fā)明特征是:包括機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元，以及無線傳輸單元；其中:機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元依序連接，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元分別與無線傳輸單元連接。
[0028]本發(fā)明導(dǎo)向裝置控制方法包括以下幾個(gè)步驟:
[0029]I)無人機(jī)飛行在導(dǎo)線正上方，通過掛在機(jī)身下面的機(jī)載照相機(jī)拍攝導(dǎo)線的圖像；然后將圖像傳到機(jī)載圖像處理單元；
[0030]2)機(jī)載圖像處理單元對(duì)機(jī)載照相機(jī)所拍攝的照片進(jìn)行處理，提取圖片中的導(dǎo)線信息，得到照片中導(dǎo)線與照片所成角度；
[0031]3)將該角度傳入機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，通過與已知的照相機(jī)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，可以得到無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角；
[0032]4)將無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角傳入無人機(jī)航向控制單元，修正無人機(jī)航向。
[0033]本發(fā)明當(dāng)無人機(jī)偏離航向，所偏離值反映在機(jī)載照相機(jī)拍攝的照片上，并通過機(jī)載圖像處理單元測(cè)出該偏離值，將該偏離值反饋到無人機(jī)航向控制單元，調(diào)整無人機(jī)航向。
[0034]本發(fā)明當(dāng)無人機(jī)為自動(dòng)導(dǎo)航模式，則采用無人機(jī)航向控制單元調(diào)整無人機(jī)航向；若無人機(jī)為手動(dòng)操作模式，無人機(jī)會(huì)將當(dāng)前的信息通過無線傳輸單元發(fā)送到地面，供操縱者參考。
[0035]如圖1，無人機(jī)導(dǎo)向裝置包括機(jī)載照相機(jī)、機(jī)載圖像處理單元、記載數(shù)據(jù)處理單元、無人機(jī)航向控制單元；其中，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元和無人機(jī)航向控制單元能夠通過機(jī)載無線傳輸單元與地面無人機(jī)控制器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0036]圖2為無人機(jī)導(dǎo)向裝置工作示意圖。如圖所示，無人機(jī)在導(dǎo)線上方飛行，機(jī)載照相機(jī)安裝在無人機(jī)下方。
[0037]圖3是無人機(jī)導(dǎo)向過程的流程圖。
[0038]圖4是將無人機(jī)拍攝的照片傳入圖像處理單元后，圖像處理單元運(yùn)行導(dǎo)線提取程序后得到的二值圖像?？梢钥吹胶芏嗯c導(dǎo)線無關(guān)的白點(diǎn)即圖片中存在的噪聲。
[0039]圖5是基于Freeman鏈碼原理去除小面積的連通區(qū)域，去除背景噪聲及不屬于導(dǎo)線的部分后的圖像?？梢钥闯鲈肼暅p少了很多，導(dǎo)線部分變的很明顯。
[0040]圖6是對(duì)保留區(qū)域進(jìn)行Hough變換，提取直線。然后使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，得到的圖像。計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)計(jì)算出導(dǎo)線與縱坐標(biāo)軸夾角是42.0193。
[0041]將該角度由圖像處理單元傳入數(shù)據(jù)處理單元，通過與已知的照相機(jī)與無人機(jī)的夾角相比對(duì)，即可得出無人機(jī)當(dāng)前時(shí)刻航向與機(jī)身下導(dǎo)線的夾角。
[0042]當(dāng)無人機(jī)采取自動(dòng)導(dǎo)航模式時(shí)，將上面算出的角度傳輸?shù)綌?shù)據(jù)無人機(jī)航向控制單元，即可完成航向的修正。當(dāng)無人機(jī)采取手動(dòng)模式時(shí)，將該角度通過無線傳輸單元傳輸?shù)牡孛?，供操作者參考?br> 【權(quán)利要求】
1.一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置，其特征是:包括機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元，以及無線傳輸單元；其中:機(jī)載照相機(jī)，機(jī)載圖像處理單元，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元依序連接，機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，無人機(jī)航向控制單元分別與無線傳輸單元連接。
2.使用權(quán)利要求1所述一種巡線無人機(jī)的導(dǎo)向裝置的控制方法，其特征是:包括以下幾個(gè)步驟: 1)無人機(jī)飛行在導(dǎo)線正上方，通過掛在機(jī)身下面的機(jī)載照相機(jī)拍攝導(dǎo)線的圖像；然后將圖像傳到機(jī)載圖像處理單元； 2)機(jī)載圖像處理單元對(duì)機(jī)載照相機(jī)所拍攝的照片進(jìn)行處理，提取圖片中的導(dǎo)線信息，得到照片中導(dǎo)線與照片所成角度； 3)將該角度傳入機(jī)載數(shù)據(jù)處理單元，通過與已知的照相機(jī)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，可以得到無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角； 4)將無人機(jī)航向與導(dǎo)線的夾角傳入無人機(jī)航向控制單元，修正無人機(jī)航向。
3.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:當(dāng)無人機(jī)偏離航向，所偏離值反映在機(jī)載照相機(jī)拍攝的照片上，并通過機(jī)載圖像處理單元測(cè)出該偏離值，將該偏離值反饋到無人機(jī)航向控制單元，調(diào)整無人機(jī)航向。
4.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:當(dāng)無人機(jī)為自動(dòng)導(dǎo)航模式，則采用無人機(jī)航向控制單元調(diào)整無人機(jī)航向；若無人機(jī)為手動(dòng)操作模式，無人機(jī)會(huì)將當(dāng)前的信息通過無線傳輸單元發(fā)送到地面，供操縱者參考。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK104360688SQ201410662818
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】劉世釗, 劉榮海, 趙建坤, 張軒, 劉冠辰 申請(qǐng)人:云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院