计算机视觉在电气自动化中的应用
2019．8 综 述
电脑乐园
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计算机视觉在电气自动化中的应用
齐浚楷
宝鸡中学
摘要：1732年富兰克林发现了电之后，电对人类社会产生了翻天覆地的影响：从爱迪生发明电灯，到18世纪60年代的英国第一次工业革命，再到通用计算机的使用，直到现代社会互联网、大数据、人工智能时代的来临，电对人类社会的发展进程做出了突出的贡献，电也同时是现代社会不可或缺的关键组成。电气自动化随着高压电的传输和使用应运而生，现代电网也在朝着信息化、智能化发展。在此形势下，本文基于机器人与计算机视觉，提出一种实际应用方法。
关键词：计算机视觉；电气自动化；应用
计算机视觉，即使用多种算法解决图像识别的问题，使得计算机能够根据输入的图像信息，识别出图像中的物体信息。例如，在
输入一张教室监控的截图，能够识别出人脸并且同时可以进行人数
计数。在电气自动化朝着智能化发展的过程中，就可以使用机器人
代替人工对电网进行检修、对电气设备进行测试维护等操作。现代
电网中，使用人力在电网的检修、电气设备的维护和测试中，由于
电压极高，仍然存在较大的安全隐患，对人身安全和财产安全都会
产生一定程度的影响。然而如果要使用机器人代替人力的电气工
作，由于工作环境复杂，输入量多变，情况洪泛，计算机视觉是首
先必须要解决的问题。
1.计算机视觉的应用原理 计算机视觉系统的应用，主要由多个模块顺序配合使用，达到识别定位的目的。 1.1硬件输入模块 计算机视觉的输入是图像信息，在此使用一种三维深度相机对图像进行采集。三维相机一方面能够输出二维的RGB 图像，另一方面三维深度相机能够对场景进行三维重建，可以通过点云图像输出任何一点的三维坐标值，方便后期的图像处理与坐标定位。采集到图像信息之后能够与计算机进行通信，将图像信息传输给计算机进行后续操作处理。三维深度相机主要有TOF、单目、双目等主要解决方案，只要使其能够达到具体情况下的使用精度即可。 1.2软件处理模块 软件处理模块是计算机视觉的核心模块，主要任务要求是通过
硬件输入模块（即三维深度相机）输入的图像进行程序算法处理，
根据其不同环境下的功能要求，达到识别图像中的关键信息因子，
并且能够输出其三维坐标，以便后续的模块继续进行操作处理。软
件处理模块的运行模式主要由两部分组成：第一部分，通过三维相
机输入的RGB 二维图像信息使用Python 或C/C++等编程语言，使
用机器学习（tensorflow）和图像处理(opencv)的方法对RGB 图像进行识别处理，根据具体需求识别出关键信息，例如；对高压电缆绝缘层进行检修维护，即通过RGB 二维图像识别出高压电缆绝缘层有没有裂痕划痕，并且在RGB 图像中识别出其图像位置。第二部分，结合RGB 二维图像在深度点云图中进行定位，输出其三维坐标。 1.3机器人作业模块 得到了目标位置的信息之后，即可以使用机器人对目标位置进行作业。首先将机器人的坐标系与三维深度相机坐标系原点进行统一，可以使用旋转矩阵的方法对其坐标系进行转化统一，也可将机器人坐标系原点与三维相机坐标系原点统一到自定义世界坐标系下。机器人的作业起点即为机器人坐标系原点，机器人作业终点即为软件处理模块输出的目标位置的三维坐标，可以根据需求在机器人末端关节改装不同的操作模块对目标位置进行操作。例如；在机器人关节末端改装启动抓手进行物体的搬运和移动、或在机器人关
节末端改装电动扳手进行螺丝螺母的安装与拆卸等。 2.计算机视觉应用的优势
2.1保证人身安全
在每年的电网工作中，平均会有几十位一线电网工人为了我们
普通人的用电安全需求付出宝贵的生命。在计算机视觉结合工业机
器人应用在电气自动化中时，如果在环境复杂，操作难度较高的情
况下最多只会造成机器人的损坏，机器有价、生命无价。计算机视
觉应用在电气自动化中很大程度上可以保证人身安全，即完成了任
务目标，又可以极大的保护电网工人。
2.2操作效率较高
在计算机视觉进行图像信息的识别过程中，平均识别过程与信
息输出过程已经可以保证在毫秒级别，精度可以保证在0.02mm，相比于人眼在某些检修工作下的识别过程可以超过数万倍甚至百
万倍的速度与准确度。在具体操作过程中，机器人的作业速度也是人力的数十倍。 2.3操作规范化程度高 如今电网操作规范化要求高，对设备财产安全能够起到很大的保障作用。但是，仍然存在极少数工人操作不规范、安全程序步骤省略等问题，对设备和人身财产造成损失。在计算机视觉结合机器人的电气自动化操作过程中，可以由专业规范安全员设计操作程序，一套完备安全的操作程序可以保证设备的安全检修生产和人员
安全。 3.结论与展望：
如今电气自动化发展到现代，已经能够普遍应用高精度的自动
化设备对电网电路进行维护、生产、检修、调度等一系列工作，但
是仍然离不开人力需求。未来的电气自动化会向着信息化、智能化
等方向发展，配合计算机视觉与工业机器人的应用，将会使电气自
动化走入一个全新的更高领域。
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