基于移動平臺的管道泄漏自動檢測系統(tǒng)
作者：邱楷中 電子系；宋嘉昊 自動化系；敖文軒 電子系；顧聆語 經(jīng)管學(xué)院
指導(dǎo)老師：趙千川 自動化系
關(guān)鍵詞：二維碼導(dǎo)航；圖像識別；水滴檢測
摘要
本作品提供了一套基于計算機(jī)視覺進(jìn)行水滴識別的移動平臺系統(tǒng)，從而解決當(dāng)前火電廠使用人工巡檢的方式檢測管道泄漏過程中效率低下、重復(fù)性高、浪費(fèi)勞動力的問題，通過在工廠地面布置嵌入指令集的二維碼，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)掃描地面的二維碼于工廠內(nèi)自動導(dǎo)航，到達(dá)指定區(qū)域使用機(jī)械臂調(diào)整位姿進(jìn)行管道關(guān)鍵部位的水滴滴落檢測。
核心難點(diǎn)——水滴檢測
水滴無色透明，在不同環(huán)境下有著不同的表現(xiàn)，同時其相比于整體的背景屬于小目標(biāo)，現(xiàn)成的小目標(biāo)檢測算法尚未成熟，無法套用現(xiàn)成框架去解決這個問題。
圖1 亮環(huán)境、暗環(huán)境中的水滴對比
考慮到工廠內(nèi)的檢測背景，我們將檢測思路從單一圖片中的水滴識別轉(zhuǎn)化為視頻流中的運(yùn)動物體識別，將整體的圖像識別轉(zhuǎn)化為可疑區(qū)域(ROI)檢測及物體分類兩個步驟。
圖2 具體檢測流程圖
系統(tǒng)集成
該套系統(tǒng)主要由圖像識別模塊、高度自適應(yīng)模塊、移動平臺模塊構(gòu)成，分別采用攝像頭、七自由度機(jī)械臂、先鋒機(jī)器人底盤構(gòu)成。
系統(tǒng)的核心部分在于二維碼導(dǎo)航技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，我們先是在電設(shè)小車上進(jìn)行仿真平臺的搭建，開發(fā)測試二維碼相關(guān)指令集，將指令集內(nèi)嵌至二維碼當(dāng)中作為導(dǎo)航的技術(shù)之一。而后將技術(shù)遷移至先鋒機(jī)器人底盤上，實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制。
圖3 仿真平臺示意圖
圖4 電設(shè)小車及二維碼開發(fā)
機(jī)械臂則是采用七自由度機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)在同一地點(diǎn)進(jìn)行不同高度檢測、同一高度進(jìn)行多角度觀察的功能。
系統(tǒng)的整體集成架構(gòu)如圖5所示，藍(lán)線為自底向上的信息流動過程，由于機(jī)械臂搭載至Linux系統(tǒng)，因此我們還進(jìn)行了進(jìn)程間的跨系統(tǒng)通信，如圖6。
圖5 系統(tǒng)集成框架
圖6 系統(tǒng)進(jìn)程框架圖
實(shí)際檢測結(jié)果
利用該套算法和系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的仿真環(huán)境中檢測水滴，可以看到的結(jié)果是——亮光環(huán)境中捕捉水滴準(zhǔn)確，在暗光環(huán)境中，即使在人眼幾乎不可見水滴的情況下仍然有著非常好的效果。
圖7 亮光環(huán)境中的水滴捕獲效果
圖8 暗光環(huán)境中的水滴捕獲效果
這里為了針對暗光環(huán)境中的檢測，我們在系統(tǒng)上加裝了攝像頭，以起到提升水滴檢測效果的作用。在暗光、亮光環(huán)境當(dāng)中，我們在視頻流中的水滴捕獲率高達(dá)98%以上。
