CN113027697A - 一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统、方法和装置，其中，该方法包括：获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，该图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，目标圆周上分布设置有多个位置标记，位置标记表面上设置有标识；根据目标图像中的位置标记对应的像素位置和图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移，该初始位置标记对应于初始桨距角；根据目标位移、目标圆周的直径以及初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。如此，确保对风机的桨距角进行准确地测量。

Description

一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统、方法和装置

技术领域

本申请涉及风电机组桨距角测量技术领域，具体涉及一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统、方法和装置。

背景技术

变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，其对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。叶片的桨距角是指叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。变桨系统在风机达到额定功率时，依据风速的变化发出控制指令调节变桨电机的转速，从而调节桨叶的桨距角，以保证风机的正常运行。此外，在风机的启动、停机和紧急停机时，变桨系统也会通过调节桨叶的桨距角来满足启停要求。总之，安全稳定地控制风机的桨距角，对于风电机组的正常运行起着极其重要的作用。

安全稳定地控制桨距角的一个重要的前提条件，就是能够准确地监测桨距角，目前国内外大部分相关机构普遍采用旋转编码器对桨距角进行监测，旋转编码器是一种集光机电技术于一体的速度位移传感器，旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光会被光栅盘狭缝切割成断续的光线，接收元件接收断续的光线，并利用相关电路对该断续的光线进行处理，得到对应的脉冲或代码信号，进而基于如此得到的脉冲或代码信号实现对桨距角的监测。

然而，利用旋转编码器对桨距角进行测量属于间接测量，测量结果的准确性完全取决于旋转编码器的测量性能，在很多情况下，这种测量方式无法确保监测到的桨距角的准确性。

发明内容

本申请实施例提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统、方法和装置。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量方法，所述方法包括：

获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始图像中的初始位置标记的目标位移；所述初始位置标记对应于初始桨距角；

根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

本申请第二方面提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量装置，所述装置包括：

图像获取模块，用于获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像；所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承的目标圆周的位置；所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

位移确定模块，用于根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始位置标记的目标位移；所述初始位置标记对应于初始桨距角；

桨距角确定模块，用于根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

本申请第三方面提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量系统，所述系统包括：图像采集装置和处理器，所述图像采集装置与所述处理器通信连接；

所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承的目标圆周的位置，所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

所述图像采集装置，用于拍摄所述目标圆周上设置的位置标记；

所述处理器，用于执行上述第一方面所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行上述第一方面所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

本申请第五方面提供了一种包括指令的计算机产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量方法，该方法基于机器视觉算法实现对于桨距角的直接测量，有效地保证了桨距角测量的准确性。具体的，在本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法中，先获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，此处的图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，此处的目标圆周上分布设置有多个位置标记，这多个位置标记表面上设置有不同的标识；然后根据该目标图像中的位置标记对应的像素位置，和该图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始位置标记的目标位移，此处的初始位置标记对应于初始桨距角；进而根据上述目标位移、目标圆周的直径以及初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。

相比现有技术中基于旋转编码器测量桨距角的方案，本申请实施例提供的技术方案能够克服叶根扭转振动对变桨角度产生的不确定性，直接基于目标图像中位置标记的位移量确定风机的桨距角，由于图像能够客观准确地反映变桨轴承的位置变化，因此，通过本申请实施例提供的技术方案基于图像进行桨距角的量化测量，能够保证桨距角测量的准确性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图像采集装置的安装位置示意图

图3为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的像素位置确定方法的流程示意图；

图5为本申请实施例中螺栓的像素位置示意图；

图6为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的叶片受到重力扭矩的示意图；

图8为本申请实施例提供的叶根旋转振动的示意图；

图9为本申请实施例提供的螺栓图像示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现有技术中，利用旋转编码器测量桨距角，通常难以保证测量得到的桨距角的准确性。针对该技术问题，本申请实施例提供了一种桨距角测量方法，该方法基于机器视觉算法实现对于桨距角的直接测量。

具体的，在本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法中，先获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，该图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，变桨轴承的目标圆周上分布设置有多个位置标记，不同的位置标记表面上设置有不同的标识。然后，根据目标图像中的位置标记对应的像素位置和该图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移，其中，初始位置标记对应于初始桨距角。最终，根据目标位移、目标圆周的直径和初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。

上述方法根据图像采集装置拍摄的不同图像中位置标记的像素位置的变化情况，实现对于风机的桨距角的检测，相比现有技术中基于旋转编码器测量桨距角的方案，本申请实施例提供的技术方案可以基于机器视觉算法实现对于桨距角的直接测量，如此保证测量得到的桨距角的准确性。

需要说明的是，本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法通常应用于风力发电机组叶片桨距角的测量系统，图1为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量系统的结构示意图。如图1所示，该桨距角测量系统中包括图像采集装置101和处理器102，图像采集装置101与处理器102通信连接。图像采集装置101固定安装在能够拍摄到变桨轴承103的目标圆周的位置，该目标圆周上分布设置有多个位置标记，且这多个位置标记的表面上设置有不同的标识；测量风机的桨距角时，图像采集装置101可以按照预设的拍摄周期和/或响应用户触发的拍摄操作，拍摄变桨轴承103上的目标圆周，获得包括有目标圆周上设置的位置标记的图像。

其中，图像采集装置101可以为摄像机、数码相机、摄像头和智能手机等具有图像拍摄功能的电子设备。在一个示例中，图像采集装置101可以设置在风力发电机组的轮毂内，拍摄范围为固定在变桨轴承103上的叶根螺栓。叶根螺栓可以为变桨轴承内圈连接螺栓或者外圈连接螺栓。

如图2，变桨轴承包括内圈21和外圈22。该外圈22套设在内圈21的外周，且能够相对于内圈21旋转。外圈22通过外圈连接螺栓7与轮毂1固定连接，内圈通过内圈连接螺栓8与叶片6固定连接。变桨驱动系统带动内圈21和叶片6相对于外圈22和轮毂1旋转一定角度，从而实现叶片6变桨。

在一个示例中，图像采集装置101设置在轮毂1上，且拍摄方向朝向内圈连接螺栓8的端部。

进而，图像采集装置101可以将其拍摄的图像传输至处理器102，处理器102获取到图像采集装置101传来的图像后，通过本申请实施例提供的桨距角测量方法，确定每张图像对应的桨距角。具体的，处理器102可以将图像采集装置101传来的包括有位置标记的图像作为目标图像。然后，根据该目标图像中的位置标记对应的像素位置与图像采集装置101拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移；其中，初始图像是图像采集装置101拍摄初始位置标记得到的图像，初始位置标记对应于风机的初始桨距角，如对应于风机的0°桨距角。进而，处理器102根据上述目标位移、目标圆周的直径和初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。

需要说明的是，由于在变桨轴承103的同一圆周上均匀分布有多个螺栓，因此，在实际应用中，可以直接将变桨轴承103上的螺栓作为上述位置标记，并且在每个螺栓的表面标注不同的标识。以某一型号机组为例，变桨轴承上均有分布有54根螺栓，变桨轴承从一个螺栓的位置处转动到与其相邻的另一个螺栓的位置处，转动的角度为6.67°。

需要说明的是，通常情况下，为了便于计算图像对应的桨距角，可以将图像采集装置101固定安装在正对初始位置标记的位置处。以各位置标记均为螺栓为例，已知某个螺栓(例如，标记为4#螺栓)转动至某特定位置处时风机的桨距角为0°，则可以将图像采集装置101固定安装在正对该特定位置的位置处，当4#螺栓的中心点与图像采集装置101拍摄的图像的中线重合时，可以确定风机的桨距角为0°；应理解，若图像的中线与4#螺栓的中心点相重合，则可以确定该图像为初始图像。

理想情况下，在风力发电机组运行过程中，如果风速固定不变，则风力发电机组叶片的桨距角也是固定不变的。本申请发明人在工程实践中发现，由于叶片本身翼型、结构和材料的特性导致其重心并非位于叶根中心轴线，重力产生的力矩对叶根施加转矩，而变桨系统(包括变桨轴承和变桨驱动系统)对叶根部分提供刚性支撑，在重力转矩和变桨系统支撑作用下，叶根存在绕叶根中心轴的小幅度的扭转振动，叶根的桨距角会有小幅度的变化。

如图7和图8所示，叶片通过变桨轴承103与轮毂602连接，具体而言，叶片的叶根601通过叶根螺栓与变桨轴承103固定连接，变桨驱动系统驱动变桨轴承103绕叶根的中心轴705旋转，变桨轴承103带动叶片旋转从而调整叶片桨距角。其中，变桨驱动系统的驱动方式例如为齿形带驱动或者液压驱动。

叶片重心A偏离叶根中心轴线705，重力产生的力矩对叶根施加转矩M(t)，重力转矩和变桨系统支撑作用下，叶根存在绕叶根中心轴705的小幅度的扭转振动，叶根的桨距角具有按照特定频率往复振动的扭转幅度。

事实上，在图像采集装置对变桨轴承叶根螺栓进行拍摄过程中，目标螺栓随着变桨轴承存在扭转振动。如图8和图9所示，在初始变桨位置A处，叶根螺栓并非静止，而是在振幅范围内往复运动。为了获得精确的变桨初始位置，本申请实施例利用摄像机在初始位置A处连续拍摄一段时间，获得目标螺栓的往复摆动图像序列，再由图像序列识别初始位置A。

具体的，确定初始位置标记对应的像素位置时，可以在变桨轴承停止转动、且图像采集装置101正对拍摄初始位置标记时，获取该图像采集装置101在第一预设时间段内采集的多张参考初始图像；此处图像采集装置101正对拍摄初始位置标记是指初始位置标记与图像采集装置101的中轴线的角度偏差小于预设角度范围。然后，针对这多张参考初始图像中的每张参考初始图像，确定该参考初始图像中的初始位置标记与该参考初始图像的中线之间的距离，作为该参考初始图像对应的参考距离。进而，选择参考距离最小的参考初始图像作为上文中的初始图像，即选择初始位置标记最接近中线的参考初始图像，并确定该初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，从而能够克服叶根扭转振动对变桨角度产生的不确定性。

相类似地，对于其他位置标记如位置B等，也可以采样上述方式确定其在目标图像中的像素位置。具体的，当图像采集装置101正对拍摄某一位置标记(下文称之为目标位置标记)时，获取该图像采集装置101在第二预设时间段内采集的多张参考目标图像，此处图像采集装置101正对拍摄目标位置标记是指该目标位置标记与图像采集装置101的中轴线的角度偏差小于预设角度范围。然后，针对这多张参考目标图像中的每张参考目标图像，确定该参考目标图像中的目标位置标记与该参考目标图像的中线之间的距离，作为该参考目标图像对应的参考距离。进而，选择参考距离最小的参考目标图像作为上文中的目标图像，即选择目标位置标记最接近中线的参考目标图像，并确定该目标图像中的目标位置标记对应的像素位置。

应理解，上述第一预设时间段、第二预设时间段和预设角度范围均可以根据实际需求进行设定，本申请在此不对其做具体限定。

下面通过实施例对本申请提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法进行介绍。

参见图3，图3为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法的流程示意图。为了便于描述，下述实施例以处理器为执行主体为例进行介绍。如图3所示，该风力发电机组叶片桨距角的测量方法包括以下步骤：

步骤301：获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像；所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置；所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，位置标记表面上设置有标识。

当处理器需要测量风机的桨距角时，处理器可以获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的图像作为目标图像。其中，图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，该目标圆周上分布设置有若干个位置标记，并且不同的位置标记表面上设置有不同的标识。

需要说明的是，在同一测量过程中，图像采集装置需要基于相同的设置参数拍摄该测量过程中的各张图像，以保证基于在该测量过程中获得的各张图像，可以准确地确定其中包括的位置标记的实际位移情况。

需要说明的是，考虑到变桨轴承上均匀分布有多个螺栓，且这些螺栓的位置均是固定的，即当某个螺栓转到某个位置时其对应的桨距角也是一定的，因此，可以将变桨轴承上均匀分布的螺栓作为上文中的位置标记。并且，为了区分变桨轴承上的各个螺栓，可以在每个螺栓表明设置不同的标识。

应理解，除了可以将变桨轴承上的螺栓作为本申请中的位置标记外，还可以设置其他类型的标记作为本申请中的位置标记，例如，确定出变桨轴承的目标圆周后，可以人为手动在该目标圆周上绘制若干个具有不同标识的标记作为位置标记。在此不对本申请中的位置标记做任何限定。

在一种可能的实现方式中，图像采集装置可以按照预设的周期拍摄图像，进而将其拍摄的图像传输至处理器。例如，图像采集装置可以每隔0.5s拍摄一次图像，并将拍摄得到的图像及时地传输至处理器。在另一种可能的实现方式中，图像采集装置可以响应于用户触发的拍摄操作相应地拍摄图像，进而将其拍摄的图像传输至处理器。本申请在此不对处理器获取目标图像的方式做任何限定。

步骤302：根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始位置标记的目标位移；所述初始位置标记对应于初始桨距角。

处理器获取到图像采集装置拍摄的目标图像后，即可根据该目标图像中的位置标记对应的像素位置，和该图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移。

需要说明的是，上述初始图像中的初始位置标记通常对应于初始桨距角，例如对应于风机的0°桨距角，初始图像中包括有初始位置标记。确定目标图像对应的桨距角，实质上就是确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的位置标记的位移量，进而再将该位移量转换为对应的桨距角，该桨距角即为目标图像中的位置标记相对于初始位置标记转动的角度。

实际应用中，处理器可以通过图4所示的流程，确定图像采集装置拍摄的图像中的位置标记对应的像素位置，即可以通过图4所示的流程确定目标图像中的位置标记对应的像素位置和初始图像中的初始位置标记对应的像素位置。加载图像采集装置拍摄的图像，然后对该图像采集装置拍摄的图像进行二值化处理，进而基于二值化处理后得到的图像依次进行轮廓识别和形状识别，以确定该图像中的位置标记，最终确定该位置标记的中心点对应的像素，作为该位置标记对应的像素位置。

以位置标记为变桨轴承上的螺栓为例，处理器可以加载图像采集装置拍摄的包括有螺栓的图像，对该图像进行二值化处理后，基于二值化处理后的图像依次进行轮廓识别和形状识别，确定图像中螺栓的位置，如图5中的401和402所示。进而，确定401的中心点A对应的像素和402的中心点B对应的像素，为图5中两个螺栓各自对应的像素位置。

在一种可能的实现方式中，若目标图像中也包括初始位置标记，则处理器可以直接根据目标图像中的初始位置标记对应的像素位置与初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的初始位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移。具体的，处理器可以根据目标图像中的初始位置标记对应的像素位置与初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的初始位置标记与初始图像中的初始位置标记之间的像素偏移量；然后，根据该像素偏移量和目标比例确定目标位移，此处的目标比例是根据两个位置标记之间的实际距离与图像采集装置拍摄的图像中两个位置标记之间的像素偏移量确定的。

下面先对目标比例的确定方法进行介绍：假设以A位置标记和B位置标记作为确定目标比例的参照标记，可以先确定A位置标记与B位置标记在变桨轴承的目标圆周上的实际距离，并且获取图像采集装置拍摄的同时包括有A位置标记和B位置标记的图像，确定该图像中A位置标记与B位置标记之间的像素偏移量，进而计算A位置标记与B位置标记之间的实际距离与图像中A位置标记和B位置标记之间的像素偏移量的比值，作为上述目标比例。

在目标图像也包括初始位置标记的情况下，处理器可以确定初始图像中的初始位置标记对应的像素位置a，和目标图像中的初始位置标记对应的像素位置b，然后计算像素位置b相对于像素位置a的像素偏移量RP，进而利用该像素偏移量RP乘上目标比例a，即可获取目标图像中的初始位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移RD，该目标位移RD表征的是在拍摄初始图像的时刻与拍摄目标图像的时刻之间初始位置标记实际转动的距离。

需要说明的是，在实际应用中，除了可以根据像素偏移量确定上述目标位移外，还可以根据位置标记在图像中的偏移距离确定上述目标位移，此时使用的比例为图像中两个位置标记的实际距离与这两个位置标记在图像中的偏移距离之间的比值。

在另一种可能的实现方式中，若目标图像不包括初始位置标记，且图像采集装置在目标图像的拍摄时间与初始图像的拍摄时间之间拍摄得到N(N为大于或等于1的整数)张图像，初始图像、上述N张图像和目标图像中拍摄时间相邻的两张图像包括具有同一标识的位置标记。此时，可以通过以下方式确定目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移：组合初始图像、N张图像和目标图像中拍摄时间相邻的两张图像，得到多个参考图像组，然后获取这多个参考图像组各自对应的位移，每个参考图像组对应的位移实质上是根据该参考图像组中具有同一标识的位置标记之间的像素偏移量确定的，进而，叠加这多个参考图像组各自对应的位移，得到目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移。

需要说明的是，在实际应用中，处理器每获取到一张图像采集装置传来的图像，即可根据该图像与图像采集装置传来的前一张图像，确定一次该图像与前一张图像中具有同一标识的位置标记之间的相对位移。例如，假设处理器当前获取到图像采集装置传来的图像d，此时处理器可以根据图像d和图像采集装置传来的前一张图像c，确定图像d中标识为M的位置标记相对于图像c中标识为M的位置标记的位移。

具体确定相邻的两张图像中具有同一标识的位置标记的相对位移的实现方式，与上文中在目标图像包括初始位置标记时，确定目标图像中的初始位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的位移的实现方式相同，详细参见上文的相关描述，此处不再赘述。

处理器将初始图像、N张图像和目标图像中拍摄时间相邻的两张图像组合起来，得到至少两个参考图像组，进而获取这至少两个参考图像组各自对应的位移，每个参考图像组对应的位移实质上是参考图像组中后一图像与前一图像中具有同一标识的位置标记的位移量，最终，将各参考图像组各自对应的位移叠加起来，即可获得目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移。

步骤303：根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

处理器确定出目标位移后，即可根据该目标位移、位置标记所在的目标圆周的直径以及初始位置标记对应的初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角，该桨距角表征的是目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记转过的角度。

具体实现时，处理器可以基于式(1)计算上述目标图像对应的桨距角：

α+arcsin(RD/L)*2(1)

其中，α为初始位置标记对应的初始桨距角，RD为目标图像中的位置标记相对于初始图像中的初始位置标记的目标位移，L为目标圆周的直径。

上述风力发电机组叶片桨距角的测量方法基于机器视觉算法实现对于桨距角的直接测量，有效地保证了桨距角测量的准确性。具体的，在本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量方法中，先获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，此处的图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，此处的目标圆周上分布设置有多个位置标记，这多个位置标记表面上设置有不同的标识；然后根据该目标图像中的位置标记对应的像素位置，和该图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始位置标记的目标位移，此处的初始位置标记对应于初始桨距角；进而根据上述目标位移、目标圆周的直径以及初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。相比现有技术中基于旋转编码器测量桨距角的方案，本申请实施例提供的技术方案直接基于目标图像中位置标记的位移量确定风机的桨距角，由于图像能够客观准确地反映变桨轴承的位置变化，因此，通过本申请实施例提供的技术方案基于图像进行桨距角的量化测量，能够保证桨距角测量的准确性。

本申请实施例还提供了一种风力发电机组叶片桨距角的测量装置。参见图6，图6为本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量装置600的结构示意图。如图6所示，该装置包括：

图像获取模块501，用于获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像；所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承的目标圆周的位置；所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

位移确定模块502，用于根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始位置标记的目标位移；所述初始位置标记对应于初始桨距角；

桨距角确定模块503，用于根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

可选的，所述目标图像包括所述初始位置标记，所述位移确定模块502具体用于：

根据所述目标图像中的初始位置标记对应的像素位置与所述初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的初始位置标记与所述初始图像中的初始位置标记之间的像素偏移量；

根据所述像素偏移量和目标比例确定所述目标位移；所述目标比例是根据两个位置标记间的实际距离与在所述图像采集装置拍摄的图像中这两个位置标记之间的像素偏移量确定的。

可选的，所述目标图像不包括所述初始位置标记，所述图像采集装置在所述目标图像的拍摄时间与所述初始图像的拍摄时间之间拍摄得到N张图像，所述初始图像、所述N张图像和所述目标图像中拍摄时间相邻的两张图像包括具有同一标识的位置标记；所述N为大于或等于1的整数；则所述位移确定模块502具体用于：

组合所述初始图像、所述N张图像和所述目标图像中各拍摄时间相邻的两张图像，得到多个参考图像组；

获取所述多个参考图像组各自对应的位移；所述参考图像组对应的位移是根据该参考图像组中具有同一标识的位置标记之间的像素偏移量确定的；

叠加所述多个参考图像组各自对应的位移，得到所述目标位移。

可选的，所述装置还包括：

初始位置标记确定模块，用于当所述变桨轴承停止转动，且所述图像采集装置正对拍摄所述初始位置标记时，获取所述图像采集装置在第一预设时间段内采集的多张参考初始图像；针对所述多张参考初始图像中的每张参考初始图像，确定该参考初始图像中的初始位置标记与该参考初始图像的中线之间的距离，作为该参考初始图像对应的参考距离；确定所述参考距离最小的参考初始图像作为所述初始图像，确定所述初始图像中的初始位置标记对应的像素位置；

目标位置标记确定模块，用于当所述图像采集装置正对拍摄所述位置标记时，获取所述图像采集装置在第二预设时间段内采集的多张参考目标图像；针对所述多张参考目标图像中的每张参考目标图像，确定该参考目标图像中的所述位置标记与该参考目标图像的中线之间的距离，作为该参考目标图像对应的参考距离；确定所述参考距离最小的参考目标图像作为所述目标图像，确定所述目标图像中的所述位置编辑对应的像素位置。

可选的，所述装置还包括：

二值化处理模块，用于对所述图像采集装置拍摄的图像进行二值化处理；

位置标记确定模块，用于基于二值化处理后的图像依次进行轮廓识别和形状识别，确定位置标记；

像素位置确定模块，用于确定所述位置标记的中心点的像素，作为所述位置标记对应的像素位置。

可选的，所述桨距角确定模块503具体用于：

通过式(1)计算所述目标图像对应的桨距角：

α+arcsin(RD/L)*2(1)

其中，所述α为所述初始桨距角，所述RD为所述目标位移，所述L为所述目标圆周的直径。

可选的，所述位置标记为所述变桨轴承上均匀分布的螺栓，不同的螺栓表面设置有不同的标识。

上述风力发电机组叶片桨距角的测量装置基于机器视觉算法实现对于桨距角的直接测量，有效地保证了桨距角测量的准确性。具体的，在本申请实施例提供的风力发电机组叶片桨距角的测量装置中，先获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，此处的图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，此处的目标圆周上分布设置有多个位置标记，这多个位置标记表面上设置有不同的标识；然后根据该目标图像中的位置标记对应的像素位置，和该图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定目标图像中的位置标记相对于初始位置标记的目标位移，此处的初始位置标记对应于初始桨距角；进而根据上述目标位移、目标圆周的直径以及初始桨距角，确定目标图像对应的桨距角。本申请实施例提供的装置直接基于目标图像中位置标记的位移量确定风机的桨距角，由于图像能够客观准确地反映变桨轴承的位置变化，因此，通过本申请实施例提供的装置基于图像进行桨距角的量化测量，能够保证桨距角测量的准确性。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，该计算机程序用于执行上述方法实施例介绍的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

本申请实施例还提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述方法实施例介绍的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种风力发电机组叶片桨距角的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承上的目标圆周的位置，所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始图像中的初始位置标记的目标位移，所述初始位置标记对应于初始桨距角；

根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标图像包括所述初始位置标记，则所述根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始图像中的初始位置标记的目标位移，包括：

根据所述目标图像中的初始位置标记对应的像素位置与所述初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的初始位置标记与所述初始图像中的初始位置标记之间的像素偏移量；

根据所述像素偏移量和目标比例确定所述目标位移；所述目标比例是根据两个位置标记间的实际距离与在所述图像采集装置拍摄的图像中这两个位置标记之间的像素偏移量确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标图像不包括所述初始位置标记，所述图像采集装置在所述目标图像的拍摄时间与所述初始图像的拍摄时间之间拍摄得到N张图像，所述初始图像、所述N张图像和所述目标图像中拍摄时间相邻的两张图像包括具有同一标识的位置标记；N为大于或等于1的整数；

则所述根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始位置标记的目标位移，包括：

组合所述初始图像、所述N张图像和所述目标图像中各拍摄时间相邻的两张图像，得到多个参考图像组；

获取所述多个参考图像组各自对应的位移；所述参考图像组对应的位移是根据该参考图像组中具有同一标识的位置标记之间的像素偏移量确定的；

叠加所述多个参考图像组各自对应的位移，得到所述目标位移。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述初始图像中的初始位置标记对应的像素位置：

当所述变桨轴承停止转动且所述图像采集装置正对拍摄所述初始位置标记时，获取所述图像采集装置在第一预设时间段内采集的多张参考初始图像；

针对所述多张参考初始图像中的每张参考初始图像，确定该参考初始图像中的初始位置标记与该参考初始图像的中线之间的距离，作为该参考初始图像对应的参考距离；

确定所述参考距离最小的参考初始图像作为所述初始图像，确定所述初始图像中的初始位置标记对应的像素位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述图像采集装置拍摄的图像中的位置标记对应的像素位置：

对所述图像采集装置拍摄的图像进行二值化处理；

基于二值化处理后的图像依次进行轮廓识别和形状识别，确定位置标记；

确定所述位置标记的中心点的像素，作为所述位置标记对应的像素位置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述位置标记为所述变桨轴承上均匀分布的螺栓，螺栓表面设置标识。

7.一种风力发电机组叶片桨距角的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

图像获取模块，用于获取图像采集装置拍摄的包括有位置标记的目标图像，所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承的目标圆周的位置，所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置有标识；

位移确定模块，用于根据所述目标图像中的位置标记对应的像素位置和所述图像采集装置拍摄的初始图像中的初始位置标记对应的像素位置，确定所述目标图像中的位置标记相对于所述初始位置标记的目标位移；所述初始位置标记对应于初始桨距角；

桨距角确定模块，用于根据所述目标位移、所述目标圆周的直径以及所述初始桨距角，确定所述目标图像对应的桨距角。

8.一种风力发电机组叶片桨距角测量系统，其特征在于，所述系统包括：图像采集装置和处理器，所述图像采集装置与所述处理器通信连接；

所述图像采集装置固定安装在能够拍摄到变桨轴承的目标圆周的位置，所述目标圆周上分布设置有多个位置标记，所述位置标记表面上设置标识；

所述图像采集装置，用于拍摄所述目标圆周上设置的位置标记；

所述处理器，用于执行权利要求1至6任一项所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置设置在风力发电机组的轮毂内，拍摄固定在变桨轴承上的叶根螺栓。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1至6任一项所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

11.一种包括指令的计算机产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上权利要求1至6任一项所述的风力发电机组叶片桨距角的测量方法。

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