CN115791796A - 一种基于无人机的风力发电机巡检方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的风力发电机巡检方法及装置，所述巡检方法中，航摄仪在悬停姿态下进行图像采集；无人机悬停点位处于叶片的前方或/和后方，在悬停点位航摄仪完成拍摄流程：通过云台改变视场区域；所述朝向改变方式为：视场区域沿平行于转动平面的直线平移；当目标叶片转动至视场区域时采集图像；在悬停点位所采集的图像包括第一图像和第二图像，第一图像为目标叶片处于第一位置时所采集到的图像，第二图像为目标叶片处于第二位置时所采集到的图像，第一位置的目标叶片转动180°到达第二位置。所述装置可自动执行所述巡检方法。采用本方案提供的技术方案，可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，航线规划简单。

Description

一种基于无人机的风力发电机巡检方法及装置

技术领域

本发明涉及航摄技术领域，特别是涉及一种基于无人机的风力发电机巡检方法。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的设备，是新能源发电领域的重要组成部分，中国已成为全球范围内增长最快的风电发展市场。风力发电机一般包括叶片、发电机、调向器、塔架、限速安全架构和储能装置等。叶片是风力发电机中最基础同时为最关键、最昂贵的部件，其良好的性能是保证机组正常稳定运行的首要因素。

由于叶片整体裸露在自然环境中工作，受风沙侵蚀，使用一定年限后一般都会出现表面磨损、穿孔等缺陷，这不仅影响发电效率，严重时甚至出现安全隐患：当叶片发生失效事故特别是单片断裂事故时，叶片之间的平衡状态被破坏，发电机组振动会突然加剧，此种状态下如不存在机组保护措施或机组保护未及时介入，将对发电机组轴系以及塔筒带来严重危害，严重时可能导致整台机组被毁。在风力发电机长期运行过程中，叶片发生失效通常需要长期的过程，如前期能够对叶片表面损伤情况进行有效监测，可有效避免出现如叶片断裂现象这样的严重事故。因此定期进行风力发电机的巡检和维护是风力发电运维的重要组成部分。

目前，对叶片表面进行损伤检测较为常见的方式包括：人工高空(攀爬或悬吊)肉眼贴近检查、地面热成像设备图像检查、地面望远镜或者长焦距相机目视检查，以上方式中，受限于检查设备性能和检查方式，存在效率低、危险系数大等问题，随着无人机以及航摄技术的成熟，现有技术中出现了依靠无人机进行风力发电机表面手动或自动化巡检的方式，具体方案包括如申请号为CN202011275910.2、CN201911393629.6、CN202210088479.3、CN202010115183.7、CN201910753262.8、CN202110643559.6、CN202011275910.2等专利申请文件提供的技术方案。

对用于风力发电机叶片表面损伤检测的检测技术进行进一步优化，无疑对推进我国清洁能源发展进程具有积极的意义。

发明内容

针对上述提出的相对用于风力发电机叶片表面损伤检测的检测技术进行进一步优化，无疑对推进我国清洁能源发展进程具有积极的意义的技术问题，本发明提供了一种基于无人机的风力发电机巡检方法及装置。采用本方案提供的技术方案，可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，航线规划简单。

针对上述问题，本发明提供的一种基于无人机的风力发电机巡检方法通过以下技术要点来解决问题：一种基于无人机的风力发电机巡检方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，航摄仪在无人机悬停姿态下对目标叶片进行图像采集；

其中，

无人机悬停点位处于叶片的前方或/和后方，在悬停点位，航摄仪完成拍摄流程；

所述拍摄流程中：

通过云台改变相机镜头朝向调整视场区域；

所述朝向改变方式为：在目标叶片的转动平面上，视场区域沿平行于所述转动平面的直线平移；

当目标叶片转动至视场区域时，相机采集图像；

在悬停点位所采集的图像包括第一图像和第二图像，在目标叶片的转动轨迹上，第一图像为目标叶片处于第一位置时相机所采集到的图像，第二图像为目标叶片处于第二位置时相机所采集到的图像，在所述转动平面上，第一位置的目标叶片转动180°到达第二位置。

现有技术中，风力发电机的叶片一般安装为具有一定的仰角以及锥角，由于锥角的存在，所述转动平面可视为垂直于叶片转动轴线的平面、叶片上任意一点转动所形成圆环所在的平面。镜头在云台的作用下实现视场区域沿直线平移时，当镜头转动的角度足够大时，镜头能够在转动平面上形成条形可拍摄区域，这样，目标叶片能够在两个位置进入视场区域，其中一个位置为第一位置，另一个位置为第二位置，第一位置的目标叶片转动180°后即到达第二位置。为实现视场区域沿直线平移，镜头绕云台上的单轴转动即可，该轴与所述直线垂直。同时，现有风力发电机上一般设置三片叶片，所述目标叶片可被理解为三片叶片中需要被巡检的叶片，可为风力发电机上的部分叶片也可为全部叶片。

区别于现有技术，本方案在无人机悬停、镜头朝向通过云台调整的基础上，提供了一种所拍摄图像包括第一图像以及第二图像的技术方案，采用本方案，不仅可实现叶片不停转巡检，同时从覆盖面积以及图像特征识别角度，具有航线规划简单的特点。

具体的，本方案利用：在悬停点位，通过云台改变相机镜头朝向即可获得第一图像和第二图像，而相对于第一位置的目标叶片，当目标叶片转动180°后，对于暴露在视场区域的目标叶片表面，如无人机悬停点位处于叶片的前方上侧、第一位置所获得的第一图像能够清晰展示目标叶片当下状态顶面(前缘)以及正面上侧(迎风面上侧)细节时，在第二位置所获得的第二图像能够清晰展示目标叶片底面(相对于所述顶面的后缘)以及正面下侧(相对于所述上侧的迎风面下侧)细节；以其他相对位置对目标叶片进行拍摄时，即使针对目标叶片上的同一目标区域，由于出现在不同视场区域中，故获得所述第一图像以及第二图像相当于改变了针对该目标区域的拍摄角度，在成像中相应遮挡/清晰区域改变、叶片表面缺陷以不同样式反映在图像中，特别是针对叶片上容易出现的风蚀缺陷，斜向拍摄方式更容易获得与周围对比明显的缺陷细节，这样，利于获得更多的叶片表面图像特征信息，从而提升叶片表面缺陷识别率以及缺陷清晰程度。

综上，本方案在同一悬停点位可获得目标叶片不同位置的图像信息、能够以不同拍摄角度对叶片表面特征信息进行提取，相对于现有技术中如风力发电机停机巡检时无人机绕目标叶片螺旋形飞行拍摄、风力发电机转动过程中无人机随转跟踪拍摄、风力发电机转动过程中云台转动改变拍摄区域覆盖不同径向位置的叶片段落，从覆盖面积以及特征识别效果角度，本方案通过简单的视场区域调整，即可相对全面、清晰的获得目标叶片的表面特征信息，在设置更少悬停点位以及更短拍摄航线的前提下，即可全面获得目标叶片目标区域的图像信息和/或清晰的图像特征信息达到巡检目的，从而达到方便规划航线的目的。

作为本领技术人员，现有风力发电机常规巡检中，一般采用尽可能覆盖叶片全部表面的图像获取形式，故为保障图像特征提取效果，针对任意目标叶片，将目标叶片的全部表面分割成多个区域，单次拍摄仅针对其中一个区域，故作为优选方式，从图像质量角度，在单个悬停点位上，针对第一位置和第二位置下的目标叶片，相机均对目标叶片进行多次拍摄，每次拍摄覆盖不同的目标叶片表面，根据叶片的形式，这些区域一般沿着叶片的长度方向依次排布，根据这些图像的后期使用方法：如拍摄完的照片将通过拼接的方式，合成为一张完整的风力发电机叶片、选择单张照片进行查看等，可对相邻两个区域的相对位置进行规定。以上提出的方案与现有技术的区别在于悬停点位采集的图像包括第一图像和第二图像，同时通过视场区域变换满足第一图像和第二图像的拍摄要求，故应该理解成：在悬停点位，无论是对第一位置或第二位置的目标叶片进行了多少次图像采集均应该落入本方案的构思范围以内。

作为所述基于无人机的风力发电机巡检方法更进一步的技术方案：

作为一种可充分利用悬停点位的全部视场，以采集该悬停点位下目标叶片全部可采集区域的图像，以简化航线规划以及提高巡检效率；同时，均采用多张图像形成所述的第一图像、第二图像，使得单张图像能够更为清晰反映叶片表面细节；同时，通过对第一图像以及第二图像获取顺序规定，保障图像获取效率的技术方案，设置为：所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置目标叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置目标叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着目标叶片径向方向移动，由目标叶片的一端至另一端依次采集各张图像。

本方案在具体实施时，根据叶片长条形的结构特点，第一图像以及第二图像各自所包括的多张图像均可为沿着叶片长度方向依次排列的多个区域对应的图像；悬停点位相机所采集的全部图像覆盖全部可采集区域即尽可能利用当下悬停状态航摄仪的视场范围；限定完成第一图像采集后再进行第二图像采集即旨在在满足拍摄设定的基础上，使得云台单次转动的角度更小，这样可缩短图像采集时间；以上限定的第一图像、第二图像采集方式即用于限定图像采集顺序，用于匹配如上提出的缩短采集时间问题。在一个具体实现方式中，采用如下方式完成图像采集：航摄仪随无人机悬停后，先对第一位置下目标航片进行图像采集，云台带动镜头调整朝向的方式为使得视场区域沿着第一位置下目标叶片的径向方向移动，第一图像采集顺序由叶根到叶尖、由叶尖到叶根均可，完成第一图像采集后，云台带动镜头调整至能够采集第二位置下目标叶片的朝向，而后按照由叶根到叶尖或者由叶尖到叶根的顺序完成全部的第二图像采集。作为本领域技术人员，当运用为目标叶片上具有规定的巡检范围时，第一图像、第二图像所包括的图像能够覆盖规定的巡检范围即可。

作为一种巡检范围包括全部叶片，同时能够保障图像采集效率的技术方案，设置为：所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；

各视场区域中，各叶片经过视场区域时均对叶片进行拍摄，对全部叶片采集图像后，通过云台调整至下一个视场区域。本方案的构思即为：镜头在特定姿态下，随着风力发电机叶片的转动，当全部叶片依次经过视场区域并对各叶片进行图像采集后，再通过云台调整镜头朝向以改变视场区域在空间的位置，以对叶片的其他区域进行图像采集，采用本方案，在叶片旋转一圈后即可对每个叶片的特定区域进行拍摄，不仅采集效率高，同时云台动作控制简单。

与以上构思相同的，针对特定姿态下镜头对全部叶片均进行图像采集的运用，为实现：简化航线规划以及保障图像获取效率；使得单张图像能够更为清晰反映叶片表面细节设置为：所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着叶片径向方向移动，由叶片的一端至另一端依次采集各张图像。作为本领域技术人员，可以理解的，当目标叶片并非风力发电机的全部叶片时，仅当目标叶片经过当下视场区域时进行图像采集即可，而针对全部叶片巡检的运用，任意叶片进入当下的视场区域时均触发图像采集。

为通过后期图像拼接，获得能够直观反映目标叶片各位置表面情况的整合图像或模型，设置为：第一图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率；

第二图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率。可以理解的，以上重叠率即用于相关图像之间的拼接，具体拼接方式可采用常规的特征识别方式，具体重叠率要求根据相机性能、所采用拼接软件需求等进行设定。

风力发电机在运行时，叶片的前缘是作为风切入测的切风面，叶片前缘和叶片迎风面一般为风蚀严重区域，为更为清晰反映这些区域的图像特征，设置为：叶片无人机悬停的位置满足：相机采集图像时，目标叶片位于镜头的下侧。本方案即为：相机在采集图像时，以由图像采集区域的上方完成图像采集，如相机位置为叶片的正面上方时，第一位置时叶片表面特征识别质量好的区域为前缘以及迎风面上侧，则第二位置时叶片表面特征识别质量好的区域为后缘以及迎风面下侧，当调整相机位置至叶片的背侧上方时，第一位置时叶片表面特征识别质量好的区域为前缘以及背风面上侧，则第二位置时叶片表面特征识别质量好的区域为后缘以及背风面下侧，这样，通过两个点即可获得全面的叶片表面图像。另外，采用从上朝下的拍摄方式，所得照片背景为地面或海面，与常见纯白的叶片对比度较高，更容易进行叶片图像提取和识别：若点位是自下而上拍摄，则照片可能会以天空为背景，与叶片的对比度较小，不易进行叶片图像提取，且可能因为太阳的直射产生炫光和过曝，不利于图像中特征清晰度。在具体实施时，针对如上提出的第一位置和第二位置，同时第一位置和第二位置均包括多张图像的运用，优选采用：目标叶片与地面保持水平时进入视场区域并进行拍摄，这样，可使得各张照片中叶片叶脊所占据的像素点均较多，同时叶片相邻区域的视觉近似度高，不仅便于对背景图像进行鉴别和剔除，针对叶片本身也具有图像特征一致性高的特点，如后期进行三维叶片表面图像建模时，可有效保障贴图质量以利于叶片表面缺陷判定。

为保障叶片表面缺陷在图像中的辨识度，设置为：无人机悬停的位置满足：相机采集图像时均以倾斜摄影的姿态采集图像。本方案以斜向拍摄的方式获得相应图像，相较于如正摄拍摄，图像中缺陷特征反映更为明显，这样可有效提升巡检质量、减少对航片数量等的要求。

针对如上提出的叶片转动至水平姿态位置时进入视场区域的运用，设置为：所述直线平行于水平线，所述第一图像以及第二图像均为目标叶片转动至水平姿态时所采集到的图像。

作为一种能够在悬停点位尽可能少、能够全面获得叶片表面图像特征、能够清晰反映叶片重点关注区域图像特征、能够保障图像获取效率、能够使得图像中图像特征更为清晰的技术方案，设置为：所述悬停点位有两个，其中一个位于转动平面前方上侧，另一个位于转动平面后方上侧；

在任意悬停点位，首先完成第一图像采集，而后进行第二图像采集；

在第一图像采集以及第二图像采集过程中均为：采集多张图像，各图像均为目标叶片局部段落的图像，图像采集顺序为由叶片的一端至另一端，依次对各局部段落进行图像采集；

其中一个悬停点位完成图像采集后，无人机携带航摄仪至下一个悬停点位进行拍摄。本方案中，两个悬停点位的图像拍摄顺序旨在保障图像获取效率、两个悬停点位相对于叶片的位置选择旨在利用尽可能少的悬停点位实现叶片表面图像全面获取和重点区域重点突出、第一图像以及第二图像各自图像数量以及拍摄所需旨在保障特征信息识别度以及图像获取效率。

本领域技术人员在实现本方法时，悬停点位并不局限于以上优选的两个点位，根据具体图像采集需要可设置为为正整数的N个，在N个点位分别对3个风机叶片中的部分或全部进行图像采集，图像采集时将每一个风机叶片分为n个采集段(采集段可重叠，保证不遗漏叶片任何一个角落以及所需图像重叠率)，图像采集时通过云台控制相机旋转进行不同采集段的采集，无需无人机进行复杂的航线飞行进行采集，同时风机也无需停机。

本方案还公开了一种基于无人机的风力发电机不停机巡检装置，包括无人机、搭载在无人机上的航摄仪，还包括控制模块，所述控制模块用于控制无人机以及航摄仪工作，控制模块中存储有可执行的计算机程序，所述计算机程序用于控制无人机以及航摄仪自动执行如上任意一项所述的巡检方法。作为本领域技术人员，以上巡检方法的实现可通过技术人员人工控制完成，也可通过控制模块自主控制完成，实现风力发电机叶片自动巡检。以上方式即为相应巡检方法可由巡检装置自动完成的运用。在具体实施时，所述控制模块可作为机载设备，也可为地面设备；同时，所述控制模块可作为无人机/航摄仪的组成部分。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供的巡检方法以及巡检装置中，具体构思为通过在同一悬停点位可获得目标叶片不同位置的图像信息、能够以不同拍摄角度对叶片表面特征信息进行提取，相对于现有技术中如风力发电机停机巡检时无人机绕目标叶片螺旋形飞行拍摄、风力发电机转动过程中无人机随转跟踪拍摄、风力发电机转动过程中云台转动改变拍摄区域覆盖不同径向位置的叶片段落，从覆盖面积以及特征识别效果角度，本方案通过简单的视场区域调整，即可相对全面、清晰的获得目标叶片的表面特征信息，在设置更少悬停点位以及更短拍摄航线的前提下，即可全面获得目标叶片目标区域的图像信息和/或清晰的图像特征信息达到巡检目的，从而达到方便规划航线的目的。

附图说明

图1为本方案所述的基于无人机的风力发电机巡检方法一个具体运用实施例中，反映悬停点位相对于风力发电机位置的示意图；

图2为本方案所述的基于无人机的风力发电机巡检方法一个具体运用实施例中，反映其中一个悬停点位下拍摄流程的示意图；

图3为相对于图2，反映另中一个悬停点位下拍摄流程的示意图；

图4为图2以及图3所展示拍摄流程在目标叶片上的覆盖区域示意图；

图5为本方案所述的基于无人机的风力发电机巡检方法一个具体运用实施例中，第一图像以及第二图像各自包括图像在叶片上的区域展示示意图；

图6为现有风力发电机叶片外观区域划分示意图。

图6中的附图标记分别为：1、后缘，2、前缘，3、迎风面，4、叶尖。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图6所示，一种基于无人机的风力发电机巡检方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，航摄仪在无人机悬停姿态下对目标叶片进行图像采集；

其中，

无人机悬停点位处于叶片的前方或/和后方，在悬停点位，航摄仪完成拍摄流程；

所述拍摄流程中：

通过云台改变相机镜头朝向调整视场区域；

所述朝向改变方式为：在目标叶片的转动平面上，视场区域沿平行于所述转动平面的直线平移；

当目标叶片转动至视场区域时，相机采集图像；

在悬停点位所采集的图像包括第一图像和第二图像，在目标叶片的转动轨迹上，第一图像为目标叶片处于第一位置时相机所采集到的图像，第二图像为目标叶片处于第二位置时相机所采集到的图像，在所述转动平面上，第一位置的目标叶片转动180°到达第二位置。

现有技术中，风力发电机的叶片一般安装为具有一定的仰角以及锥角，由于锥角的存在，所述转动平面可视为垂直于叶片转动轴线的平面、叶片上任意一点转动所形成圆环所在的平面。镜头在云台的作用下实现视场区域沿直线平移时，当镜头转动的角度足够大时，镜头能够在转动平面上形成条形可拍摄区域，这样，目标叶片能够在两个位置进入视场区域，其中一个位置为第一位置，另一个位置为第二位置，第一位置的目标叶片转动180°后即到达第二位置。为实现视场区域沿直线平移，镜头绕云台上的单轴转动即可，该轴与所述直线垂直。同时，现有风力发电机上一般设置三片叶片，所述目标叶片可被理解为三片叶片中需要被巡检的叶片，可为风力发电机上的部分叶片也可为全部叶片。

区别于现有技术，本方案在无人机悬停、镜头朝向通过云台调整的基础上，提供了一种所拍摄图像包括第一图像以及第二图像的技术方案，采用本方案，不仅可实现叶片不停转巡检，同时从覆盖面积以及图像特征识别角度，具有航线规划简单的特点。

具体的，本方案利用：在悬停点位，通过云台改变相机镜头朝向即可获得第一图像和第二图像，而相对于第一位置的目标叶片，当目标叶片转动180°后，对于暴露在视场区域的目标叶片表面，如无人机悬停点位处于叶片的前方上侧、第一位置所获得的第一图像能够清晰展示目标叶片当下状态顶面以及正面上侧细节时，在第二位置所获得的第二图像能够清晰展示目标叶片底面(相对于所述顶面)以及正面下侧细节；以其他相对位置对目标叶片进行拍摄时，即使针对目标叶片上的同一目标区域，由于出现在不同视场区域中，故获得所述第一图像以及第二图像相当于改变了针对该目标区域的拍摄角度，在成像中相应遮挡/清晰区域改变、叶片表面缺陷以不同样式反映在图像中，特别是针对叶片上容易出现的风蚀缺陷，斜向拍摄方式更容易获得与周围对比明显的缺陷细节，这样，利于获得更多的叶片表面图像特征信息，从而提升叶片表面缺陷识别率以及缺陷清晰程度。

综上，本方案在同一悬停点位可获得目标叶片不同位置的图像信息、能够以不同拍摄角度对叶片表面特征信息进行提取，相对于现有技术中如风力发电机停机巡检时无人机绕目标叶片螺旋形飞行拍摄、风力发电机转动过程中无人机随转跟踪拍摄、风力发电机转动过程中云台转动改变拍摄区域覆盖不同径向位置的叶片段落，从覆盖面积以及特征识别效果角度，本方案通过简单的视场区域调整，即可相对全面、清晰的获得目标叶片的表面特征信息，在设置更少悬停点位以及更短拍摄航线的前提下，即可全面获得目标叶片目标区域的图像信息和/或清晰的图像特征信息达到巡检目的，从而达到方便规划航线的目的。

作为本领技术人员，现有风力发电机常规巡检中，一般采用尽可能覆盖叶片全部表面的图像获取形式，故为保障图像特征提取效果，针对任意目标叶片，将目标叶片的全部表面分割成多个区域，单次拍摄仅针对其中一个区域，故作为优选方式，从图像质量角度，在单个悬停点位上，针对第一位置和第二位置下的目标叶片，相机均对目标叶片进行多次拍摄，每次拍摄覆盖不同的目标叶片表面，根据叶片的形式，这些区域一般沿着叶片的长度方向依次排布，根据这些图像的后期使用方法：如拍摄完的照片将通过拼接的方式，合成为一张完整的风力发电机叶片、选择单张照片进行查看等，可对相邻两个区域的相对位置进行规定。以上提出的方案与现有技术的区别在于悬停点位采集的图像包括第一图像和第二图像，同时通过视场区域变换满足第一图像和第二图像的拍摄要求，故应该理解成：在悬停点位，无论是对第一位置或第二位置的目标叶片进行了多少次图像采集均应该落入本方案的构思范围以内。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进行进行进一步细化：

作为一种可充分利用悬停点位的全部视场，以采集该悬停点位下目标叶片全部可采集区域的图像，以简化航线规划以及提高巡检效率；同时，均采用多张图像形成所述的第一图像、第二图像，使得单张图像能够更为清晰反映叶片表面细节；同时，通过对第一图像以及第二图像获取顺序规定，保障图像获取效率的技术方案，设置为：所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置目标叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置目标叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着目标叶片径向方向移动，由目标叶片的一端至另一端依次采集各张图像。

本方案在具体实施时，根据叶片长条形的结构特点，第一图像以及第二图像各自所包括的多张图像均可为沿着叶片长度方向依次排列的多个区域对应的图像；悬停点位相机所采集的全部图像覆盖全部可采集区域即尽可能利用当下悬停状态航摄仪的视场范围；限定完成第一图像采集后再进行第二图像采集即旨在在满足拍摄设定的基础上，使得云台单次转动的角度更小，这样可缩短图像采集时间；以上限定的第一图像、第二图像采集方式即用于限定图像采集顺序，匹配如上提出的缩短采集时间问题。在一个具体实现方式中，采用如下方式完成图像采集：航摄仪随无人机悬停后，先对第一位置下目标航片进行图像采集，云台带动镜头调整朝向的方式为使得视场区域沿着第一位置下目标叶片的径向方向移动，第一图像采集顺序由叶根到叶尖4、由叶尖4到叶根均可，完成第一图像采集后，云台带动镜头调整至能够采集第二位置下目标叶片的朝向，而后按照由叶根到叶尖4或者由叶尖4到叶根的顺序完成全部的第二图像采集。作为本领域技术人员，当运用为目标叶片上具有规定的巡检范围时，第一图像、第二图像所包括的图像能够覆盖规定的巡检范围即可。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上进行进行进一步细化：

作为一种巡检范围包括全部叶片，同时能够保障图像采集效率的技术方案，设置为：所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；

各视场区域中，各叶片经过视场区域时均对叶片进行拍摄，对全部叶片采集图像后，通过云台调整至下一个视场区域。本方案的构思即为：镜头在特定姿态下，随着风力发电机叶片的转动，当全部叶片依次经过视场区域并对各叶片进行图像采集后，再通过云台调整镜头朝向以改变视场区域在空间的位置，以对叶片的其他区域进行图像采集，采用本方案，在叶片旋转一圈后即可对每个叶片的特定区域进行拍摄，不仅采集效率高，同时云台动作控制简单。

与以上构思相同的，针对特定姿态下镜头对全部叶片均进行图像采集的运用，为实现：简化航线规划以及保障图像获取效率；使得单张图像能够更为清晰反映叶片表面细节设置为：所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着叶片径向方向移动，由叶片的一端至另一端依次采集各张图像。作为本领域技术人员，可以理解的，当目标叶片并非风力发电机的全部叶片时，仅当目标叶片经过当下视场区域时进行图像采集即可，而针对全部叶片巡检的运用，任意叶片进入当下的视场区域时均触发图像采集。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上进行进行进一步细化：

为通过后期图像拼接，获得能够直观反映目标叶片各位置表面情况的整合图像或模型，设置为：第一图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率；

第二图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率。可以理解的，以上重叠率即用于相关图像之间的拼接，具体拼接方式可采用常规的特征识别方式，具体重叠率要求根据相机性能、所采用拼接软件需求进行设定。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上进行进行进一步细化：

风力发电机在运行时，风力发电机叶片从外观看可以划分为四个部分：PS面(迎风面3)、SS面(背风面，位于迎风面3的背侧)、前缘2(风切入侧)、后缘1(风切出侧)，具体如图6所示。叶片在工作时，叶片的前缘2是作为风切入测的切风面，叶片前缘2和叶片迎风面3一般为风蚀严重区域，为更为清晰反映这些区域的图像特征，设置为：叶片无人机悬停的位置满足：相机采集图像时，目标叶片位于镜头的下侧。本方案即为：相机在采集图像时，以由图像采集区域的上方完成图像采集，如相机位置为叶片的正面上方时，第一位置时叶片表面特征识别质量好的区域为前缘2以及迎风面3上侧，则第二位置时叶片表面特征识别质量好的区域为后缘1以及迎风面3下侧，当调整相机位置至叶片的背侧上方时，第一位置时叶片表面特征识别质量好的区域为前缘2以及背风面上侧，则第二位置时叶片表面特征识别质量好的区域为后缘1以及背风面下侧迎风面3迎风面3，这样，通过两个点即可获得全面的叶片表面图像。另外，采用从上朝下的拍摄方式，所得照片背景为地面或海面，与常见纯白的叶片对比度较高，更容易进行叶片图像提取和识别：若点位是自下而上拍摄，则照片可能会以天空为背景，与叶片的对比度较小，不易进行叶片图像提取，且可能因为太阳的直射产生炫光和过曝，不利于图像中特征清晰度。在具体实施时，针对如上提出的第一位置和第二位置，同时第一位置和第二位置均包括多张图像的运用，优选采用：目标叶片与地面保持水平时进入视场区域并进行拍摄，这样，可使得各张照片中叶片叶脊所占据的像素点均较多，同时叶片相邻区域的视觉近似度高，不仅便于对背景图像进行鉴别和剔除，针对叶片本身也具有图像特征一致性高的特点，如后期进行三维叶片表面图像建模时，可有效保障贴图质量以利于叶片表面缺陷判定。

实施例6：

本实施例在实施例1的基础上进行进行进一步细化：

为保障叶片表面缺陷在图像中的辨识度，设置为：无人机悬停的位置满足：相机采集图像时均以倾斜摄影的姿态采集图像。本方案以斜向拍摄的方式获得相应图像，相较于如正摄拍摄，图像中缺陷特征反映更为明显，这样可有效提升巡检质量、减少对航片数量等的要求。

针对如上提出的叶片转动至水平姿态位置时进入视场区域的运用，设置为：所述直线平行于水平线，所述第一图像以及第二图像均为目标叶片转动至水平姿态时所采集到的图像。

作为一种能够在悬停点位尽可能少、能够全面获得叶片表面图像特征、能够清晰反映叶片重点关注区域图像特征、能够保障图像获取效率、能够使得图像中图像特征更为清晰的技术方案，设置为：所述悬停点位有两个，其中一个位于转动平面前方上侧，另一个位于转动平面后方上侧；

在任意悬停点位，首先完成第一图像采集，而后进行第二图像采集；

在第一图像采集以及第二图像采集过程中均为：采集多张图像，各图像均为目标叶片局部段落的图像，图像采集顺序为由叶片的一端至另一端，依次对各局部段落进行图像采集；

其中一个悬停点位完成图像采集后，无人机携带航摄仪至下一个悬停点位进行拍摄。本方案中，两个悬停点位的图像拍摄顺序旨在保障图像获取效率、两个悬停点位相对于叶片的位置选择旨在利用尽可能少的悬停点位实现叶片表面图像全面获取和重点区域重点突出、第一图像以及第二图像各自图像数量以及拍摄所需旨在保障特征信息识别度以及图像获取效率。

为便于说明，如图1和图2所示，相机以位于叶片正前方上侧的方式采集图像(图1所示A点)，且目标叶片转动至水平时进入视场区域进行图像采集。具体的，第一图像的采集方式为云台控制相机按照左图所示方式拍摄：所示箭头所指为镜头摆动方式，视场区域由目标叶片的叶根至叶尖4移动，以分别对目标叶片相应段落进行图像采集，此时展示在图像中的重点区域为目标叶片的顶侧以及迎风面3上侧。当完成第一图像采集后，进行按照右图所示的拍摄方式获得第二图像。在第二图像获取方式中，所示箭头所指为镜头摆动方式，视场区域由目标叶片的叶根至叶尖4移动，以分别对目标叶片相应段落进行图像采集，此时展示在图像中的重点区域为目标叶片的底侧(相对于所述顶侧)以及迎风面3下侧(相对于所述上侧)。

而图3所示为相机以位于叶片正后方上侧的方式采集图像(图2所示A点)，且目标叶片转动至水平时进入视场区域进行图像采集。具体的，第一图像的采集方式为云台控制相机按照左图所示方式拍摄：所示箭头所指为镜头摆动方式，视场区域由目标叶片的叶根至叶尖4移动，以分别对目标叶片相应段落进行图像采集，此时展示在图像中的重点区域为目标叶片的顶侧以及背风面上侧。当完成第一图像采集后，进行按照右图所示的拍摄方式获得第二图像。在第二图像获取方式中，所示箭头所指为镜头摆动方式，视场区域由目标叶片的叶根至叶尖4移动，以分别对目标叶片相应段落进行图像采集，此时展示在图像中的重点区域为目标叶片的底侧(相对于所述顶侧)以及背风面下侧(相对于所述上侧)。

如图5所示，图2和图3所展示第一图像、第二图像的拍摄方式可以理解成各自均为：沿着目标叶片的长度方向，所包含图像分别是A区域、B区域、C区域、D区域、E区域，拍摄顺序为由A区域依次到E区域或者由E区域依次到A区域。

如图4所示，图2和图3所展示悬停点位分别位于正前方上侧以及正后方上侧的拍摄方式，分别进行一次第一图像采集和第二图像采集，定义图2左侧所示拍摄方式为第一拍摄流程，右侧所示拍摄方式为第二拍摄流程；定义图3左侧所示拍摄方式为第三拍摄流程，右侧所示拍摄方式为第四拍摄流程，可获得如图4所示的拍摄区域在目标叶片上的覆盖范围。作为本领域技术人员可以理解的：图4采用二维图示意，实际上在空间中，第一拍摄流程、第二拍摄流程、第三拍摄流程以及第四拍摄流程在目标叶片上对应的区域均不相同。

进一步说明的是：图1所展示圆环为风力发电机转轴位于其上、并与水平面平行的平面，箭头所指方向代表风力发电机转动方向。

图2和图3中，各直线朝向指向均代表调整了一次视场区域后的镜头朝向，按照弧线朝向指向方式进行调整。

实施例7：

本实施例在实施例1的基础上，提供一种基于无人机的风力发电机不停机巡检装置，包括无人机、搭载在无人机上的航摄仪，还包括控制模块，所述控制模块用于控制无人机以及航摄仪工作，控制模块中存储有可执行的计算机程序，所述计算机程序用于控制无人机以及航摄仪自动执行实施例1所述的巡检方法。作为本领域技术人员，以上巡检方法的实现可通过技术人员人工控制完成，也可通过控制模块自主控制完成，实现风力发电机叶片自动巡检。以上方式即为相应巡检方法可由巡检装置自动完成的运用。在具体实施时，所述控制模块可作为机载设备，也可为地面设备；同时，所述控制模块可作为无人机/航摄仪的组成部分。

实施例8：

本实施例提供一种具体的巡检方法实现方式：

当无人机悬停于图1所示A点时，如图2左图所展示拍摄流程和右图所展示拍摄流程，得到图4箭头所示第一拍摄流程覆盖区域和第二拍摄流程覆盖区域；当悬停于B点时，如图3左图所展示拍摄流程和右图所展示拍摄流程，得到图4箭头所示第三拍摄流程覆盖区域和第四拍摄流程覆盖区域。

以第一拍摄流程进行举例说明，由图2可知将叶片图像采集分为了沿着叶片长度方向的多个采集段，在叶片上，以靠近风机中心为采集段1，向远离风机中心方向，依次为采集段2，以此类推至采集段n。当具有三片叶片的风力发电机旋转一周后，采集时在采集段1对应的视场区域采集3个叶片的信息后，云台控制相机转动和对焦至采集段2对应的视场区域，对经过该视场区域的3个叶片信息进行采集，直至采集完采集段n对应区域下的3个叶片的信息，之后，云台控制相机旋转对第二拍摄流程进行采样。之后无人机飞到B点以同样方式进行采集，直至采集完整个拍摄流程。

实施例9：

本实施例在实施例8的基础上，提供一种具体的巡检方法实现方式：

具体巡检过程如下：

步骤1：将叶片分为n个采集段，分别为A、B、C、D、E等，如图5所示。相邻采集段可部分重叠。保证叶片每个部分都采集到和具有相应的图像重叠率。

步骤2：通过人工操控或无人机自动飞至图1所示点位A，并悬停于点位A，通过云台将无人机相机镜头对准叶片的A位置保持不动，当叶片旋转经过A位置时，相机进行抓拍。风机叶片旋转一圈，相机便能依次抓拍的叶片1、叶片2和叶片3的A位置的图像信息。无人机相机具有自动快速对焦功能，当叶片旋转至A位置时，自动快速对焦并完成图像采集。

步骤3：当采集完三个叶片的A位置后，通过云台转动将镜头对准叶片的B位置，对三个叶片的B位置进行图像采集…依次类推，直至在点位A采集完三个叶片的图像信息，这些图像为第一图像，而后在点位A采集三个叶片的第二图像。

步骤4：通过人工操控或无人机自动飞至图1所示点位B并悬停于点位B，重复上述步骤2和步骤3，采集点位B时三个叶片的图像信息，这些图像包括第一图像和第二图像，采集了B点位的第一图像后再进行第二图像采集。

步骤5，根据采集到的图像信息合成为一种较长的完整风机叶片照片。

实施例10：

本实施例提供一种具体的巡检方法实现方式：

该实施例与实施例9有区别的是，悬停点位不再是图1所示的点位A和点位B，具体点位本领域技术人员根据需要进行设定，即同以上步骤2、步骤3和步骤4，在执行两个点位拍摄后，可根据需要，在步骤5之前通过人工操控或无人机自动飞至其他点位进行图像采集。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的风力发电机巡检方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，其特征在于，所述图像获取步骤中，航摄仪在无人机悬停姿态下对目标叶片进行图像采集；

其中，

无人机悬停点位处于叶片的前方或/和后方，在悬停点位，航摄仪完成拍摄流程；

所述拍摄流程中：

通过云台改变相机镜头朝向调整视场区域；

所述朝向改变方式为：在目标叶片的转动平面上，视场区域沿平行于所述转动平面的直线平移；

当目标叶片转动至视场区域时，相机采集图像；

在悬停点位所采集的图像包括第一图像和第二图像，在目标叶片的转动轨迹上，第一图像为目标叶片处于第一位置时相机所采集到的图像，第二图像为目标叶片处于第二位置时相机所采集到的图像，在所述转动平面上，第一位置的目标叶片转动180°到达第二位置。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置目标叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置目标叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着目标叶片径向方向移动，由目标叶片的一端至另一端依次采集各张图像。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；

各视场区域中，各叶片经过视场区域时均对叶片进行拍摄，对全部叶片采集图像后，通过云台调整至下一个视场区域。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，所述第一图像以及第二图像均包括多张图像；

在悬停点位相机所采集的全部图像中：

第一位置叶片上的全部可采集区域被第一图像所覆盖；

第二位置叶片上的全部可采集区域被第二图像所覆盖；

在拍摄流程中，当完成全部第一图像采集后再对第二图像进行采集；

第一图像以及第二图像的采集方式均为：云台使得视场区域沿着叶片径向方向移动，由叶片的一端至另一端依次采集各张图像。

5.根据权利要求2或4所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，

第一图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率；

第二图像中相邻两个采集区域所对应的图像具有设定的重叠率。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，无人机悬停的位置满足：相机采集图像时，目标叶片位于镜头的下侧。

7.根据权利要求1所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，无人机悬停的位置满足：相机采集图像时均以倾斜摄影的姿态采集图像。

8.根据权利要求6所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，所述直线平行于水平线，所述第一图像以及第二图像均为目标叶片转动至水平姿态时所采集到的图像。

9.根据权利要求8所述的基于无人机的风力发电机巡检方法，其特征在于，所述悬停点位有两个，其中一个位于转动平面前方上侧，另一个位于转动平面后方上侧；

在任意悬停点位，首先完成第一图像采集，而后进行第二图像采集；

在第一图像采集以及第二图像采集过程中均为：采集多张图像，各图像均为目标叶片局部段落的图像，图像采集顺序为由叶片的一端至另一端，依次对各局部段落进行图像采集；

其中一个悬停点位完成图像采集后，无人机携带航摄仪至下一个悬停点位进行拍摄。

10.一种基于无人机的风力发电机不停机巡检装置，包括无人机、搭载在无人机上的航摄仪，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块用于控制无人机以及航摄仪工作，控制模块中存储有可执行的计算机程序，所述计算机程序用于控制无人机以及航摄仪自动执行权利要求1至9中任意一项所述的巡检方法。

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