CN107481234A - 一种用于检验无人机巡检系统可见光成像性能试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，包括通过分析拍照情况检验拍照功能的过程和通过分析有效像素、最短焦距、最长焦距以及图片清晰度检验成像质量的过程。本发明提供一种科学客观的试验方法，可测试无人机巡检系统的成像质量，将拍照功能、像素数、焦距、影像辨识度作为指标评价成像性能，可用于筛选合格的无人机巡检系统，从而提高输电线路巡检质量，保障电网安全。

Description

一种用于检验无人机巡检系统可见光成像性能试验方法
技术领域
本发明涉及无人机应用领域，具体而言，涉及一种无人机巡检系统可见光任务设备的成像性能试验检测方法。
背景技术
无人机巡检系统已广泛应用于电力巡检作业。无人机飞行平台搭载任务设备有两种方式，一种是将照相机、摄像机或红外热像仪等成像设备通过云台进行挂载；另一种是使用转塔式光电吊舱。目前较多采用前一种挂载方式，一般是组装后根据经验查看成像性能。
对输电线路巡检，较多采用可见光成像设备，通过飞行巡检拍摄的图像判定设备缺陷。因此，无人机巡检系统可见光成像性能十分重要。
中国专利公开号：CN105959181A，公开了一种用于检验检测电力巡检无人机的系统及方法，包括：无人机检验检测平台和用于对无人机进行检测的无人机检测试验装置；所述无人机检验检测平台包括：检测流程引擎、数据采集模块、检测数据管理模块和无人机检测结果评价模块。本发明有益效果：实现对送检的无人机检测流程、检测数据的集中管理，提高检验检测的效率，保证业务流程的规范化，保障入网无人机的巡检飞行安全，有着广阔的应用前景。
但上述技术方案中没有采用科学客观的方法检验无人机的拍照功能和成像质量，对无人机的性能无法做出全面的评价，现急需一种能试验并评价无人机巡检系统成像性能的方法。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种试验检测方法，可用于测试无人机巡检系统中任务设备的成像效果，评价无人机巡检系统的成像性能。
一种用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，包括通过分析所述无人机拍照情况以检验拍照功能的过程和通过分析拍照获得的数据以检验成像质量的过程。
进一步地，所述检验拍照过程包括以下步骤：
步骤A1，在户外露天场地上布置测量点；
步骤A2，在指定起降区域将无人机巡检系统通电，根据给定的测量点在场地上规划飞行航线，在地面站上对无人机进行飞行航线和拍照方式设置，并对无人机进行安全检查；
步骤A3，将无人机以不同的飞行模式放飞并沿规划航线飞行，拍照并观察拍照情况。
步骤A4，根据上述步骤A3获取的拍照信息，判定无人机巡检系统拍照功能是否满足巡检要求。
进一步地，所述步骤A1中，所述测量点至少设置3个，分别记录所述测量点的经度Ei、纬度Bi和高度Hi，其中，i是大于0的自然数，用以区分不同的测量点；所述测量点坐标精度不低于10cm，各测量点之间空间距离不小于20m。
进一步地，所述步骤A2中，采取在每个测量点悬停1min、间隔3s～5s连续拍照的方式进行拍照设置；航线与周边障碍物距离应满足飞行安全要求。
进一步地，所述步骤A3中，先将无人机以全自主飞行模式放飞并沿规划航线飞行，测量无人机在每个测量点的悬停位置，并观察拍照情况；在所有测量点完成悬停和拍照后，将全自主模式切换为增稳飞行模式，控制无人机转动和拍照，并观察拍照情况；最后将增稳飞行模式切换为手动飞行模式，控制无人机转动和拍照，并观察拍照情况。
进一步地，所述步骤A4中满足以下要求则判定无人机巡检系统拍照功能满足巡检要求：全自主飞行模式下，所述无人机均能在所有测量点按预先设置进行悬停和拍照；手动和增稳飞行模式下，所述无人机均能在所有测量点控制任务设备转动和拍照。
进一步地，所述检验成像质量过程包括以下步骤：
步骤B1，布置标准目标靶场；
步骤B2，调整无人机的位置；
步骤B3，计算无人机成像设备的最短焦距fL和最长焦距fH。
步骤B4，调节无人机参数，对准标准目标靶场范围，拍摄三张影像P3、P4、P5，每张影像包括全部目标物A1-A15，形成影像集合{P3、P4、P5}；
步骤B5，判定无人机巡检系统成像质量是否满足巡检要求。
进一步地，所述步骤B1中，所述试验场地包括：林地迷彩背景墙、标准目标靶场、竖直设置的三组支撑杆、无人机；
所述林地迷彩背景墙竖直放置；所述标准目标靶场位于所述林地迷彩背景墙正前方且与所述林地迷彩背景墙垂直；所述标准目标靶场中设置有所述三组竖直放置的支撑杆，每组支撑杆在同一平面内且所在平面与所述林地迷彩背景墙平行；支撑杆上端设置有不同规格的电力连接金具。
进一步地，测量目标A8位于所述标准目标靶场的中心。
进一步地，所述标准目标靶场应设置在室内；所述金具上穿孔均安装相应规格的螺杆、螺帽、且带紧锁销；所述目标靶场面积不小于3m×3m、高度不小于2m；所述目标靶场范围内光照度为500lux。
进一步地，所述步骤B2中，所述无人机位于所述测量目标A8正前方，且和A8处于同一高度，视轴与背景墙平面垂直，镜头所在平面距靶场中心10m。
进一步地，所述步骤B3中，计算方法如下；
测量目标A8在垂直方向上的高度d，通过地面控制模块或遥控手柄将无人机焦距设置为最短焦距状态且固定不变，对准标准目标靶场中编号为A8的目标拍摄一张影像P1，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DL；然后将无人机焦距设置为最长焦距状态且固定不变，再次对准目标A8拍摄一张影像P2，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DH；所述fL＝LDL/d；所述fH＝LDH/d；
其中，L表示镜头所在平面到靶场中心的距离，长度均为10m；fL表示无人机成像设备的最短焦距；DL表示在最短焦距状态下拍摄的影像P1中目标A8在垂直方向上的长度；fH表示无人机成像设备的最长焦距；DH表示在最长焦距状态下拍摄的影像P2中目标A8在垂直方向上的长度；d表示目标A8在垂直方向上的高度。
进一步地，所述步骤B6中满足以下要求则判定无人机巡检系统拍照功能满足巡检要求：影像有效像素数不低于1400万；所述fL不大于35mm；所述fH不小于80mm；从影像集合{P3、P4、P5}中能清晰分辨目标A1-A15；且螺杆、螺帽和锁紧销清晰可见。
本发明提供一种科学客观的试验方法，可测试无人机巡检系统的成像质量，将拍照功能、像素数、焦距、影像辨识度作为指标评价成像性能，可用于筛选合格的无人机巡检系统，从而提高输电线路巡检质量，保障电网安全。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明无人机巡检系统可见光成像性能试验系统实施例的成像质量试验布置图；
图2为本发明无人机巡检系统可见光成像性能试验系统实施例的检验拍照功能的流程图；
图3为本发明无人机巡检系统可见光成像性能试验系统实施例的检验成像质量的流程图，
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例对无人机巡检系统可见光成像性能的试验分为两步，分别为：通过分析所述无人机拍照情况以检验拍照功能的过程和通过分析拍照获得的数据以检验成像质量的过程。
其中，检验拍照过程的试验步骤如下：
步骤a1，在户外露天场地上布置测量点。
在本实施例中，在户外露天场地上布置3个测量点，分别记录其经度Ei、纬度Bi和高度Hi(i＝1，2，3)，坐标精度不低于10cm，各测量点之间空间距离不小于20m。
步骤a2，在指定起降区域将无人机巡检系统通电，根据给定的测量点在场地上规划飞行航线，在地面站上对无人机进行飞行航线和拍照方式设置，并对无人机进行安全检查，完成自检过程。
在该过程中，采取在每个测量点悬停1min、间隔3s～5s连续拍照的方式进行拍照设置；航线与周边障碍物距离应满足飞行安全要求。
步骤a3，将无人机以不同的飞行模式放飞并沿规划航线飞行，拍照并观察拍照情况。
在本实施例中，先以全自主飞行模式将无人直升机放飞并沿规划航线飞行，测量无人直升机在每个测量点的悬停位置，观察拍照情况；在所有测量点完成悬停和拍照后，适时由全自主飞行模式切换为增稳飞行模式，控制任务设备转动和拍照，观察拍照情况；最后切换为手动飞行模式，控制任务设备转动和拍照，观察拍照情况，结束后控制无人直升机返航降落。
步骤a4，根据上述步骤a3获取的拍照信息，判定无人机巡检系统拍照功能是否满足巡检要求。
在本实施例中，满足以下要求则判定该无人机巡检系统拍照功能满足巡检要求：全自主飞行模式下，无人直升机均能在所有测量点按预先设置进行悬停和拍照；手动或增稳飞行模式下，均可控制任务设备转动和拍照。
检验成像质量的试验步骤如下：
步骤b1，布置标准目标靶场。
在本实施例中，布置如下：将靶场设置在室内，靶场范围内光照度设置为500lux，参见图1，最左侧是林地迷彩背景墙1，在本实施例中，林地迷彩背景墙1设置1个且长度设置成3.2米、高度设置成2米；背景墙右侧设置有标准目标靶场2，在本实施例中，标准目标靶场2长度、宽度均设置成3.2米，林地迷彩背景墙1右侧0.4米处设置5个支撑杆21，每个支撑杆21相距0.6米，高度为1.5米，自左向右依次编号为A15-A11；5个支撑杆21右边1.2米处设置有5个支撑杆22，高度为1米，编号A10-A6；5个支撑杆22右边1.2米处设置有5个支撑杆23，高度0.5米，编号A5到A1；与A15到A11相比较A10-A6整体向前偏移0.2米，A5到A1整体向前偏移0.4米。
在本实施例中A1采用规格为EB-16/21-100的耳轴挂板；A2采用规格为ZBS-12/16-100的挂板；A3采用规格为U-42140的U型挂环；A4采用规格为ZS-25110的挂板；A5采用规格为QP-2180的球头挂环；A6采用规格为W-1695的挂板；A7采用规格为P-16100的挂板；A8采用规格为PG-16/16-80的挂板；A9采用规格为ZH-12115的挂板；A10采用规格为PH-32140的延长环；A11采用规格为DB-21120-180的调整板；A12采用规格为PQ-16180的牵引板；A13规格为YL-07430的延长拉杆；A14采用规格L-07-70/400的三角联板；A15采用规格为LX-16450的联板。各连接金具上穿孔均安装相应规格的螺杆、螺帽且带紧锁销。
本领域工作人员需要理解的是A1-A15可以用尺寸和外形相近的其他规格和连接金属代替，但不宜相同。
步骤b2，调整无人机的位置。
在本实施例中，具体参数调整如下：参见图1，无人机3视轴距地面高度1m、且与背景墙平面垂直，镜头所在平面距靶场中心10m。
步骤b3，计算无人机成像设备的最短焦距fL和最长焦距fH。
在本实施例中，具体测量和计算过程如下：测量目标A8在垂直方向上的高度d，通过地面控制模块或遥控手柄将无人机焦距设置为最短焦距状态且固定不变，对准标准目标靶场中编号为A8的目标拍摄一张影像P1，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DL；然后将无人机焦距设置为最长焦距状态且固定不变，再次对准目标A8拍摄一张影像P2，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DH；所述fL＝LDL/d；所述fH＝LDH/d；
步骤b4，调节可见光成像任务设备参数，对准标准目标靶场范围，拍摄3张影像(P3、P4、P5)，使影像集合{P3、P4、P5}包括全部目标物A1-A15。
步骤b5，判定无人机巡检系统成像质量是否满足巡检要求。
在本实施例中，
满足如下要求则判定该型无人机巡检系统成像性能满足电力巡检需求：影像有效像素数不低于1400万。fL不大于35mm，fH不小于80mm。从影像集合{P3、P4、P5}中能清晰分辨目标A1～A15，且螺杆、螺帽和锁紧销清晰可见。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，包括通过分析所述无人机拍照情况以检验拍照功能的过程和通过分析拍照获得的数据以检验成像质量的过程。
2.根据权利要求1所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述检验拍照过程包括以下步骤：
步骤A1，在户外露天场地上布置测量点；
步骤A2，在指定起降区域将无人机巡检系统通电，根据给定的测量点在场地上规划飞行航线，在地面站上对无人机进行飞行航线和拍照方式设置，并对无人机进行安全检查；
步骤A3，将无人机以不同的飞行模式放飞并沿规划航线飞行，拍照并观察拍照情况；
步骤A4，根据上述步骤A3获取的拍照信息，判定无人机巡检系统拍照功能是否满足巡检要求。
3.根据权利要求2所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述测量点至少设置3个，分别记录所述测量点的经度Ei、纬度Bi和高度Hi，其中，i是大于0的自然数，用以区分不同的测量点；所述测量点坐标精度不低于10cm，各测量点之间空间距离不小于20m。
4.根据权利要求2所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤A2中，采取在每个测量点悬停1min、间隔3s～5s连续拍照的方式进行拍照设置；航线与周边障碍物距离应满足飞行安全要求。
5.根据权利要求2所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤A3中，先将无人机以全自主飞行模式放飞并沿规划航线飞行，测量无人机在每个测量点的悬停位置，并观察拍照情况；在所有测量点完成悬停和拍照后，将全自主模式切换为增稳飞行模式，控制无人机转动和拍照，并观察拍照情况；最后将增稳飞行模式切换为手动飞行模式，控制无人机转动和拍照，并观察拍照情况。
6.根据权利要求2所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤A4中满足以下要求则判定无人机巡检系统拍照功能满足巡检要求：全自主飞行模式下，所述无人机均能在所有测量点按预先设置进行悬停和拍照；手动和增稳飞行模式下，所述无人机均能在所有测量点控制任务设备转动和拍照。
7.根据权利要求1所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述检验成像质量过程包括以下步骤：
步骤B1，布置标准目标靶场(2)；
步骤B2，调整无人机(3)的位置；
步骤B3，计算无人机(3)成像设备的最短焦距fL和最长焦距fH；
步骤B4，调节无人机(3)参数，对准标准目标靶场(2)范围，拍摄三张影像P3、P4、P5，每张影像包括全部目标物A1-A15，形成影像集合{P3、P4、P5}；
步骤B5，判定无人机巡检系统成像质量是否满足巡检要求。
8.根据权利要求7所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤B1中，所述试验场地包括：林地迷彩背景墙(1)、标准目标靶场(2)、竖直设置的三组支撑杆、无人机(3)；
所述林地迷彩背景墙(1)竖直放置；所述标准目标靶场(2)位于所述林地迷彩背景墙(1)正前方且与所述林地迷彩背景墙(1)垂直；所述标准目标靶场(2)中设置有所述三组竖直放置的支撑杆，每组支撑杆在同一平面内且所在平面与所述林地迷彩背景墙(1)平行；支撑杆上端设置有不同规格的电力连接金具。
9.根据权利要求8所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，测量目标A8位于所述标准目标靶场(2)的中心。
10.根据权利要求8所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述标准目标靶场(2)应设置在室内；所述金具上穿孔均安装相应规格的螺杆、螺帽、且带紧锁销；所述目标靶场(2)面积不小于3m×3m、高度不小于2m；所述标准目标靶场(2)范围内光照度为500lux。
11.根据权利要求7所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤B2中，所述无人机(3)位于所述测量目标A8正前方，且和A8处于同一高度，视轴与背景墙平面垂直，镜头所在平面距靶场中心10m。
12.根据权利要求7所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤B3中，计算方法如下：
测量目标A8在垂直方向上的高度d，通过地面控制模块或遥控手柄将无人机(3)焦距设置为最短焦距状态且固定不变，对准标准目标靶场(2)中编号为A8的目标拍摄一张影像P1，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DL；然后将无人机(3)焦距设置为最长焦距状态且固定不变，再次对准目标A8拍摄一张影像P2，测量并记录A8目标在垂直方向上的长度DH；所述fL＝LDL/d；所述fH＝LDH/d；
其中，L表示镜头所在平面到靶场中心的距离，长度均为10m；fL表示无人机成像设备的最短焦距；DL表示在最短焦距状态下拍摄的影像P1中目标A8在垂直方向上的长度；fH表示无人机成像设备的最长焦距；DH表示在最长焦距状态下拍摄的影像P2中目标A8在垂直方向上的长度；d表示目标A8在垂直方向上的高度。
13.根据权利要求7所述的用于检验无人机巡检系统可见光成像性能的方法，其特征在于，所述步骤B6中满足以下要求则判定无人机巡检系统拍照功能满足巡检要求：影像有效像素数不低于1400万；所述fL不大于35mm；所述fH不小于80mm；从影像集合{P3、P4、P5}中能清晰分辨目标A1-A15；且螺杆、螺帽和锁紧销清晰可见。
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