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 經管學院
指導老師：趙千川 自動化系
關鍵詞：二維碼導航；圖像識別；水滴檢測
摘要
本作品提供了一套基于計算機視覺進行水滴識別的移動平臺系統(tǒng)，從而解決當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、重復性高、浪費勞動力的問題，通過在工廠地面布置嵌入指令集的二維碼，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)掃描地面的二維碼于工廠內自動導航，到達指定區(qū)域使用機械臂調整位姿進行管道關鍵部位的水滴滴落檢測。
核心難點——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，現(xiàn)成的小目標檢測算法尚未成熟，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
考慮到工廠內的檢測背景，我們將檢測思路從單一圖片中的水滴識別轉化為視頻流中的運動物體識別，將整體的圖像識別轉化為可疑區(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、高度自適應模塊、移動平臺模塊構成，分別采用攝像頭、七自由度機械臂、先鋒機器人底盤構成。
系統(tǒng)的核心部分在于二維碼導航技術的實現(xiàn)，我們先是在電設小車上進行仿真平臺的搭建，開發(fā)測試二維碼相關指令集，將指令集內嵌至二維碼當中作為導航的技術之一。而后將技術遷移至先鋒機器人底盤上，實現(xiàn)相關控制。
圖3 仿真平臺示意圖
圖4 電設小車及二維碼開發(fā)
機械臂則是采用七自由度機械臂，實現(xiàn)在同一地點進行不同高度檢測、同一高度進行多角度觀察的功能。
系統(tǒng)的整體集成架構如圖5所示，藍線為自底向上的信息流動過程，由于機械臂搭載至Linux系統(tǒng)，因此我們還進行了進程間的跨系統(tǒng)通信，如圖6。
圖5 系統(tǒng)集成框架
圖6 系統(tǒng)進程框架圖
實際檢測結果
利用該套算法和系統(tǒng)在實驗室內的仿真環(huán)境中檢測水滴，可以看到的結果是——亮光環(huán)境中捕捉水滴準確，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)境當中，我們在視頻流中的水滴捕獲率高達98%以上。
