一种输电导线弧垂的三维重建方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种输电导线弧垂的三维重建方法及系统，其中，所述方法包括：对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像；检测所述图像中输电导线弧垂的外接矩形，并针对所述外接矩形内的点进行立体匹配，得到所述输电导线弧垂的三维点云；根据所述三维点云和空间关系，确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标，并通过所述三维坐标拟合出所述输电导线弧垂，以完成对所述输电导线弧垂的三维重建过程。本申请提供的技术方案，能够减少三维重建的成本，并提高三维重建的精度。

A 3D reconstruction method and system of transmission line sag

The embodiment of the invention relates to a three-dimensional reconstruction method and system of the transmission line sag, wherein the method comprises: parameter calibration of the binocular camera, obtaining an image by using the binocular camera after parameter calibration; detecting the external rectangle of the transmission line sag in the image, and stereo matching the points in the external rectangle to obtain the transmission conductance According to the three-dimensional point cloud and spatial relationship, determine the three-dimensional coordinates of each point in the transmission line sag, and fit the transmission line sag through the three-dimensional coordinates to complete the three-dimensional reconstruction process of the transmission line sag. The technical scheme provided by the application can reduce the cost of 3D reconstruction and improve the precision of 3D reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
一种输电导线弧垂的三维重建方法及系统
本申请涉及数据处理
，特别涉及一种输电导线弧垂的三维重建方法及系统。
技术介绍
输电通道存在很多影响其安全供电的危险源(吊车、挖掘机、很高的树木)。为了确定危险源与输电导线的距离，除了检测危险源，还要对输电导线的弧垂进行三维重建，以判断危险源和输电导线的距离是否太近，是否要发出警告。在目前电力系统中，利用双目视觉实现输电导线弧垂的三维重建，并用于输电安全的方案尚未出现。现有的方法有的基于单目视觉，其准确性不高；有的基于雷达，其成本太高。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种输电导线弧垂的三维重建方法及系统，能够减少三维重建的成本，并提高三维重建的精度。为实现上述目的，本申请提供一种输电导线弧垂的三维重建方法，所述方法包括：对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像；检测所述图像中输电导线弧垂的外接矩形，并针对所述外接矩形内的点进行立体匹配，得到所述输电导线弧垂的三维点云；根据所述三维点云和空间关系，确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标，并通过所述三维坐标拟合出所述输电导线弧垂，以完成对所述输电导线弧垂的三维重建过程。进一步地，对双目摄像机进行参数标定包括：利用张氏标定法基于棋盘格图像确定所述每个摄像机的内部参数和畸变参数；其中，所述内部参数用于表征所述双目摄像机的内部结构，所述畸变参数用于表征径向畸变和切向畸变，接着，基于每个摄像机采集的图像，提取图像上像素值突变的角点，并计算这些角点上的SIFT特征描述子，使用Hamming距离两两匹配不同图像中的对应控制点，建立两个摄像机之间的姿态关系；其中，控制点是图像中在某方面属性突出的像素点，是在某些属性上强度最大或者最小的孤立点、线段的终点。进一步地，所述方法还包括：提取所述外接矩形中的各个点的SIFT特征，并在另一个摄像机采集的图像中通过海明距离查询到对应点，并确定所述对应点在双目摄像机的两个图像中的各自的坐标。进一步地，按照以下公式确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标：X＝(xL*b)/(xL-xR)Y＝(y*b)/(xL-xR)Z＝(f*b)/(xL-xR)其中，X、Y、Z是世界坐标系中某个弧垂点的三维坐标，(xL,y)和(xR,y)是该弧垂点在两个双目摄像机中的坐标，f是双目摄像机的焦距，b是双目摄像机两个摄像头中心之间的距离。进一步地，拟合出所述输电导线弧垂包括：随机选择N个三维重建的点；通过随机选择的点拟合二次方程，并计算除所述随机选择的点之外的数据点在所述二次方程中的误差，并基于该误差判断是否将所述数据点加入至随机选择的点中；若当前随机选择的点的总数量大于预设数量阈值，基于当前随机选择的点再次拟合二次方式，并计算当前随机选择的点在再次拟合的二次方程中的误差；比较计算得到的误差和当前的最优误差，并根据比较结果输出拟合模型。进一步地，基于该误差判断是否将所述数据点加入至随机选择的点中包括：若该误差小于预设误差阈值，将所述数据点加入至随机选择的点中。进一步地，比较计算得到的误差和当前的最优误差，并根据比较结果输出拟合模型包括：若计算得到的误差小于当前的最优误差，保存所述计算得到的误差和再次拟合得到的二次方式；判断当前的迭代次数是否达到最大迭代次数，若达到，输出当前的拟合模型；若没有达到，返回随机选择N个三维重建的点的步骤。为实现上述目的，本申请还提供一种输电导线弧垂的三维重建系统，所述系统包括：图像获取单元，用于对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像；三维点云构建单元，用于检测所述图像中输电导线弧垂的外接矩形，并针对所述外接矩形内的点进行立体匹配，得到所述输电导线弧垂的三维点云；三维重建单元，用于根据所述三维点云和空间关系，确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标，并通过所述三维坐标拟合出所述输电导线弧垂，以完成对所述输电导线弧垂的三维重建过程。进一步地，所述图像获取单元包括：标定模块，用于利用张氏标定法基于棋盘格图像确定所述每个摄像机的内部参数和畸变参数；其中，所述内部参数用于表征所述双目摄像机的内部结构，所述畸变参数用于表征径向畸变和切向畸变。接着，基于每个摄像机采集的图像，提取图像上像素值突变的角点，并计算这些角点上的SIFT特征描述子，使用Hamming距离两两匹配不同图像中的对应控制点，建立两个摄像机之间的姿态关系；其中，控制点是图像中在某方面属性突出的像素点，是在某些属性上强度最大或者最小的孤立点、线段的终点。进一步地，所述三维重建单元包括：随机选择模块，用于随机选择N个三维重建的点；误差计算模块，用于通过随机选择的点拟合二次方程，并计算除所述随机选择的点之外的数据点在所述二次方程中的误差，并基于该误差判断是否将所述数据点加入至随机选择的点中；再次拟合模块，用于若当前随机选择的点的总数量大于预设数量阈值，基于当前随机选择的点再次拟合二次方式，并计算当前随机选择的点在再次拟合的二次方程中的误差；模型输出模块，用于比较计算得到的误差和当前的最优误差，并根据比较结果输出拟合模型。由上可见，通过本申请提供的技术方案，可以基于双目视觉技术实现高精度的三维重建过程，避免了现有方法中准确率不高的问题，同时通过检测弧垂，并重点关注弧垂的重建，减少了重建的时间，从而节省了系统的整体成本。具体地，本专利技术采用基于双目视觉的三维重建技术，可以准确地重建出实际的三维弧垂，精度能够满足电力系统的实际需求，可以有效地用于判断危险源和导线弧垂的距离，能够自动检测危险源的危害程度，切实确保输电导线的安全和居民用电的稳定性。附图说明图1为本申请实施例中输电导线弧垂的三维重建方法的步骤图；图2为本申请实施例中输电导线弧垂的三维重建系统的功能模块示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。请参阅图1，本申请提供一种输电导线弧垂的三维重建方法，所述方法包括：S1：对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像。在本实施方式中，使用熟知的张氏标定法，标定摄像头的内部和畸变等参数。采用张氏标定法基于棋盘格图像确定摄像头的内部和畸变参数。内部参数是双目摄像头的内部结构参数；畸变参数是径向畸变和切向畸变。接着，基于每个摄像机采集的图像，提取图像上像素值突变的角点，并计算这些角点上的SIFT特征描述子，使用Hamming距离两两匹配不同图像中的对应控制点，建立两个摄像机之间的姿态关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电导线弧垂的三维重建方法，其特征在于，所述方法包括：/n对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像；/n检测所述图像中输电导线弧垂的外接矩形，并针对所述外接矩形内的点进行立体匹配，得到所述输电导线弧垂的三维点云；/n根据所述三维点云和空间关系，确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标，并通过所述三维坐标拟合出所述输电导线弧垂，以完成对所述输电导线弧垂的三维重建过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种输电导线弧垂的三维重建方法，其特征在于，所述方法包括：
对双目摄像机进行参数标定，并利用参数标定后的所述双目摄像机获取图像；
检测所述图像中输电导线弧垂的外接矩形，并针对所述外接矩形内的点进行立体匹配，得到所述输电导线弧垂的三维点云；
根据所述三维点云和空间关系，确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标，并通过所述三维坐标拟合出所述输电导线弧垂，以完成对所述输电导线弧垂的三维重建过程。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对双目摄像机进行参数标定包括：
利用张氏标定法基于棋盘格图像确定所述每个摄像机的内部参数和畸变参数；其中，所述内部参数用于表征所述双目摄像机的内部结构，所述畸变参数用于表征径向畸变和切向畸变，接着，基于每个摄像机采集的图像，提取图像上像素值突变的角点，并计算这些角点上的SIFT特征描述子，使用Hamming距离两两匹配不同图像中的对应控制点，建立两个摄像机之间的姿态关系；其中，控制点是图像中在某方面属性突出的像素点，是在某些属性上强度最大或者最小的孤立点、线段的终点。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：：
提取所述外接矩形中的各个点的SIFT特征，并在另一个摄像机采集的图像中通过海明距离查询到对应点，并确定所述对应点在双目摄像机的两个图像中的各自的坐标。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照以下公式确定所述输电导线弧垂中各个点的三维坐标：
X＝(xL*b)/(xL-xR)
Y＝(y*b)/(xL-xR)
Z＝(f*b)/(xL-xR)
其中，X、Y、Z是世界坐标系中某个弧垂点的三维坐标，(xL,y)和(xR,y)是该弧垂点在两个双目摄像机中的坐标，f是双目摄像机的焦距，b是双目摄像机两个摄像头中心之间的距离。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拟合出所述输电导线弧垂包括：
随机选择N个三维重建的点；
通过随机选择的点拟合二次方程，并计算除所述随机选择的点之外的数据点在所述二次方程中的误差，并基于该误差判断是否将所述数据点加入至随机选择的点中；
若当前随机选择的点的总数量大于预设数量阈值，基于当前随机选择的点再次拟合二次方式，并计算当前随机选择的点在再次拟合的二次方程中的误差；
比较计算得到的误差和当前的最优误差，并根据比较结果输出拟合模型。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李学钧，戴相龙，蒋勇，何成虎，杨政，
申请(专利权)人：江苏濠汉信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32