面向巡檢無人機視覺導航的輸電線路方向檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機視覺領域和飛行器導航領域，特別涉及一種面向巡檢無人機視 覺導航的輸電線路方向檢測方法。
【背景技術】
[0002] 無人機巡檢輸電線路是隨著無人機技術成熟而在近年來發展起來的一項應用。為 了掌握輸電線路的運行狀況及其周圍環境的變化，發現設備潛在的故障因素及危及線路安 全的隱患，無人機沿著輸電線路飛行并用成像設備采集輸電線路及桿塔圖像。無人機通常 用GPS導航，但是GPS導航是離散點導航，不能保證兩個導航點之間的航線上無人機能夠采 集輸電線路的圖像。
[0003] 采用視覺導航可以實現無人機近距離采集目標圖像。視覺導航需要識別用于定位 的特定對象，在無人機巡檢輸電線路的應用中則需要識別輸電線路及其方向。在計算機視 覺中，一般目標識別算法通常存在魯棒性差的缺點，容易受到環境干擾，無法在室外環境使 用。無人駕駛汽車是與無人機巡檢輸電線路相近的應用，其目標是控制汽車沿著道路行駛， 其視覺導航的主要任務是檢測道路的方向。通常道路上及其兩側存在指向道路方向的平 行紋理，而這些紋理由于透視投影原理在圖像上匯聚到一點，該點稱為消逝點（vanishing point)。無人駕駛汽車視覺導航通過檢測圖像中的直線，用幾何方法確定這些直線的交點 就是消逝點。其中檢測圖像中的直線主要有兩類方法：1)對圖像做邊緣檢測，然后用霍夫 變換（Hough transform)識別邊緣的方向；2)用方向濾波器組（如Gabor濾波器組）確定 每個像素的方向。
[0004] 無人駕駛汽車的視覺導航技術不適用于輸電線路巡檢無人機，主要原因在于道路 的特征與輸電線路不同：1)無人駕駛汽車假設路面顏色均勻，并存在指向道路方向的平行 紋理，這些紋理容易識別，但不一定連成直線（除了道路兩端）；輸電線路貫穿整幅圖像，但 背景復雜，電線所在的像素的紋理方向不一定是電線方向。2)無人駕駛汽車的攝像機采集 遠處圖像，因此圖像有明顯的透視投影現象，道路紋理匯聚到消逝點；巡檢無人機近距離采 集目標圖像，圖像中輸電線路平行，不存在消逝點。
[0005] 公開于該【背景技術】部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應 當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種面向巡檢無人機視覺導航的輸電線路方向檢測方法， 該方法能夠在復雜的圖像背景中檢測出輸電線路的方向。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了一種面向巡檢無人機視覺導航的輸電線路方向檢 測方法，包括以下步驟：
[0008] 1)采集格式為RGB的彩色圖像，并將所述RGB格式的彩色圖像轉換為CIE LAB格 式的彩色圖像；
[0009] 2)計算所述CIE LAB格式的彩色圖像中每個像素與所述輸電線路的相似度 S(0〈S < 1)，并集合所述每個像素的相似度S得到相似度圖S(x，y);
[0010] 3)將所述相似度圖S(X，y)變換為直線空間圖L(r，Θ );
[0011] 4)根據所述直線空間圖L(r，Θ )計算所述輸電線路方向的可能性D( Θ );
[0012] 5)根據所述輸電線路方向的可能性確定所述輸電線路的方向。
[0013] 上述技術方案中，所述步驟2)中計算所述每個像素與所述輸電線路的相似度S的 步驟為：
[0014] 21)設所述CIE LAB格式的彩色圖像中每個像素的點值為（Lp，ap，bp)，已知所述輸 電線路的像素點值為αε，ae，be);
[0015] 其中，Lp，Le為亮度值；a p，ae為第一顏色矢量值；b p，be為第二顏色矢量值；
[0016] 22)計算所述每個像素的點值和所述輸電線路的像素點值的相似度S的步驟為：
[0017]
【主權項】
1. 一種面向巡檢無人機視覺導航的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 采集格式為RGB的彩色圖像，并將所述RGB格式的彩色圖像轉換為CIELAB格式的 彩色圖像； 2) 計算所述CIELAB格式的彩色圖像中每個像素與所述輸電線路的相似度 S(0〈S< 1)，并集合所述每個像素的相似度S得到相似度圖S(x，y); 3) 將所述相似度圖S(x，y)變換為直線空間圖L(r，0 ); 4) 根據所述直線空間圖L(r，0)計算所述輸電線路方向的可能性D(0); 5) 根據所述輸電線路方向的可能性確定所述輸電線路的方向。
2. 根據權利要求1所述的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，所述步驟2)中計算所 述每個像素與所述輸電線路的相似度S的步驟為： 21) 設所述CIELAB格式的彩色圖像中每個像素的點值為（Lp，ap，bp)，已知所述輸電線 路的像素點值為（Le，ae，be); 其中，Lp，Le為亮度值；ap，ae為第一顏色矢量值；bp，be為第二顏色矢量值； 22) 計算所述每個像素的點值和所述輸電線路的像素點值的相似度S的步驟為：
3. 根據權利要求1所述的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，所述步驟3)中將所述 相似度圖S(x，y)變換為直線空間圖L(r，0 )的步驟為： 31) 將所述相似度圖S(x，y)以圖象中心為原點順時針旋轉0角，旋轉后所述相似度 圖S(x，y)的空白處的值填零，得到所述旋轉0角后的相似度圖30(1，7);其中0 =k0s， 9 s=Jr/2K，k= - (K-l)，- (K-2)，? ? ?，0, 1，? ? ?，K; 32) 根據所述旋轉0角后的相似度圖S0 (x，y)首先計算所述直線空間圖的一行：L(r1； 9) = 2ylS0 (x1；Yj) |rl= xl； 然后通過上述公式，計算出所述直線空間圖的所有行； 33) 將計算得到的所述直線空間圖的所有行組合得到直線空間圖L(r，0)。
4. 根據權利要求1所述的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，步驟4)中根據所述直 線空間圖L(r，0 )計算所述輸電線路方向的可能性D( 0 )的步驟為： D(0)=2r[L(r, 0)]2〇
5. 根據權利要求1所述的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，步驟5)中根據所述輸 電線路方向的可能性確定所述輸電線路的方向的步驟為： 9 e=argmax0D( 9 )〇
6. 根據權利要求3所述的輸電線路方向檢測方法，其特征在于，還包括在所述直線空 間圖L(r，0J中找出N個具有極大值點的所述直線空間圖的行的位置rn，根據所述N個位 置rn確定輸電線路偏離圖像中心的距離r。：
其中n= 1，2,? ? ?，N。
【專利摘要】本發明公開了一種面向巡檢無人機視覺導航的輸電線路方向檢測方法，包括以下步驟：1)采集格式為RGB的彩色圖像，并將所述RGB格式的彩色圖像轉換為CIE LAB格式的彩色圖像；2)計算所述CIE LAB格式的彩色圖像中每個像素與所述輸電線路的相似度S(0<S≤1)，并集合所述每個像素的相似度S得到相似度圖S(x，y)；3)將所述相似度圖S(x，y)變換為直線空間圖L(r，θ)；4)根據所述直線空間圖L(r，θ)計算所述輸電線路方向的可能性D(θ)；5)根據所述輸電線路方向的可能性確定所述輸電線路的方向。該方法能夠檢測出輸電線路的方向和偏離圖像中心的距離，用于巡檢無人機視覺導航。
【IPC分類】G01C1-00
【公開號】CN104613926
【申請號】CN201510016400
【發明人】林靖宇, 龍軍, 盧子廣, 胡立坤, 盧泉
【申請人】廣西大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月13日