基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法，通过采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；并基于双目成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离；当输电线路与被跨越物的垂直净空距离小于或等于预设垂直净空距离时，或输电线路与被跨越物的水平净空距离小于或等于预设水平净空距离时，向输电线路运维人员发出净距越限告警。本发明专利技术将输电线路净距计算与安全告警问题，利用图像处理的方式结合双目成像模型进行解决，充分利用现有的直升机、无人机巡检所采集的图像信息，与现有的接触式和非接触式监测方法相比，监测的灵活性更强、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高。应用普遍性与可推广性更高。应用普遍性与可推广性更高。

【技术实现步骤摘要】
基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法


[0001]本专利技术涉及输电设备安全
，具体地说，涉及一种基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法。

技术介绍

[0002]输电线路的净空距离是输电线路设计及运行中的一个重要参数，线路老化、运行负荷和周围环境变化，都会造成线路弧垂改变，导致线路与被跨越物的净空距离不足，从而影响线路的安全运行。因此，对输电线路的净距进行快速自动测量，并结合交叉跨越物的最小净距要求，自动识别安全隐患，发出风险告警，具有重要的工程应用价值。
[0003]输电线路弧垂和净空距离相互关联，为了保持线路与被跨越物之间的安全距离，常使用实时监测弧垂的方式间接监测线路净空距离，以保证线路安全运行。目前常用的弧垂/净距测量方法有人工观测法和实时自动测量法。人工观测易受地理与自然环境等多种因素的影响，对于地形复杂的地区，很难开展人工作业。国内外电力部门及研究机构对输电线路弧垂实时自动监测方法已进行了多年研究，也研发出了几款弧垂在线监测装置。弧垂监测方法按照监测装置是否与输电线路相接触分为接触式与非接触式，其中接触式方法包括基于温度或基于导线应力间接测量弧垂，非接触式方法包括基于电场逆运算、超声波测距、基于全球定位系统测量弧垂。对于接触式和非接触式监测方法，虽然测量精度能达到工程所需要求，但两者都存在较大的监测成本和维护成本，应用普遍性与可推广性不高。
[0004]因此，如何提供一种监测方式更灵活、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高的监测输电线路的净空距离并进行及时进行安全告警的技术方案，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术实际需要解决的问题是：提供一种监测灵活性更强、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高的监测输电线路的净空距离并进行及时进行安全告警的技术方案。
[0006]本专利技术才用了如下的技术方案：
[0007]一种基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，包括如下步骤：
[0008]S1、采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；
[0009]S2、基于双面成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离。
[0010]优选地，步骤S1包括：
[0011]S101、采集输电线路双目巡检图像并对输电线路双目巡检图像进行预处理，得到分割后灰度图像及相机内部和外部参数信息；
[0012]在无人机或直升机巡检输电线路过程中，利用双目相机采集输电线路双目巡检图像；对获取的输电线路双目巡检图像进行分割得到分割后图像；利用张正友标定法对相机
进行参数标定，获取得到相机内部和外部参数信息，并对分割后图像进行灰度图转化得到分割后灰度图像；相机内部参数信息包括：相机光学点到成像平面的距离f，成像平面原点位置(c
x
、c
y
)，图像径向畸变参数k1、k2、k3以及图像切向畸变参数p1、p2；相机外部参数信息包括：双目相机右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R，平移向量t；
[0013]S102、对分割后灰度图像进行极线纠正；
[0014]利用图像径向畸变参数k1、k2、k3对图像进行畸变修正，如下式所示：
[0015][0016]式中，x
rad
和y
rad
分别表示像素点在水平和垂直方向上的径向畸变；x
id
和y
id
分别表示像素点在水平和垂直方向上不存在畸变的像素坐标；x
ta
和y
ta
分别表示像素点在水平和垂直方向上的切向畸变；r表示x
id
和y
id
的平方和；
[0017]利用相机外部参数信息将左右相机像平面进行旋转平移，使两个像平面在y轴方向上保持同一水平点；
[0018]S103、对极线纠正后的左右灰度图像进行立体匹配，使匹配后的图像能量值最小，获取最小能量值时各像素点的视差值，并以此求取各空间点的深度值，即z轴坐标；
[0019]采用SGM算法对分割后灰度图像进行空间立体匹配，视差范围(D
min
～D
max
)，反复迭代得到最小能量值，进而完成立体匹配；SGM提出的能量函数E(D)如下式所示：
[0020][0021]式中，D
q
表示像素点q的视差值；C(p,D
p
)表示当像素点p的视差值为D
p
时的匹配代价；P1和P2表示惩罚系数，T[
·
]表示判断函数，括号内容表示判断条件，是则返回1，否则返回0，；
[0022]S104、对立体匹配后的图像进行边缘检测，提取图像特征点；
[0023]将Sobel算子与立体匹配后的图像做平面卷积得到水平和垂直方向上的亮度差分近似值G
x
和G
y
，表达式为：
[0024][0025]式中，Sobel_g
x
和Sobel_g
y
分别为Sobel算子在水平和垂直方向上的卷积因子，A表示图像中目标像素点及其相邻8个方向上的灰度值矩阵，目标像素点为输电线路和对应的被跨越物的像素点；
[0026]平面卷积后的图像的灰度为G，
[0027]对平面卷积后的图像进行边缘检测得到图像特征点。
[0028]优选地，步骤S2包括：
[0029]S201、获取空间点三维坐标；
[0030]基于双目成像模型对输电线路及被跨越物特征点进行三维坐标转化，对于任一像素点p为例，以左相机为三维空间原点，根据相似三角形原理，推导出像素点p三维坐标的关系为
[0031][0032]式中，x
p
表示像素点p的x轴坐标；y
p
表示像素点p的y轴坐标；z
p
表示像素点p的z轴坐标；y
pL
、y
pR
分别表示在y
‑
z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距y轴坐标原点的距离；x
pL
、x
pR
表示在x
‑
z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距x轴坐标原点的距离；B表示基准距离，即左右相机间距；像素点p的三维坐标(x
p
,y
p
,z
p
)为
[0033][0034]式中，d表示各像素点视差值；
[0035]S202、按输电线路与被跨越物位置关系分为垂直和水平方向进行输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离计算：
[0036]利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在水平方向上的最小净空距离坐标点：
[0037][0038]式中，Δx和Δy分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；S2、基于双面成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离。2.如权利要求1所述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，步骤S1包括：S101、采集输电线路双目巡检图像并对输电线路双目巡检图像进行预处理，得到分割后灰度图像及相机内部和外部参数信息；在无人机或直升机巡检输电线路过程中，利用双目相机采集输电线路双目巡检图像；对获取的输电线路双目巡检图像进行分割得到分割后图像；利用张正友标定法对相机进行参数标定，获取得到相机内部和外部参数信息，并对分割后图像进行灰度图转化得到分割后灰度图像；相机内部参数信息包括：相机光学点到成像平面的距离f，成像平面原点位置(c
x
、c
y
)，图像径向畸变参数k1、k2、k3以及图像切向畸变参数p1、p2；相机外部参数信息包括：双目相机右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R，平移向量t；S102、对分割后灰度图像进行极线纠正；利用图像径向畸变参数k1、k2、k3对图像进行畸变修正，如下式所示：式中，x
rad
和y
rad
分别表示像素点在水平和垂直方向上的径向畸变；x
id
和y
id
分别表示像素点在水平和垂直方向上不存在畸变的像素坐标；x
ta
和y
ta
分别表示像素点在水平和垂直方向上的切向畸变；r表示x
id
和y
id
的平方和；利用相机外部参数信息将左右相机像平面进行旋转平移，使两个像平面在y轴方向上保持同一水平点；S103、对极线纠正后的左右灰度图像进行立体匹配，使匹配后的图像能量值最小，获取最小能量值时各像素点的视差值，并以此求取各空间点的深度值，即z轴坐标；采用SGM算法对分割后灰度图像进行空间立体匹配，选取视差范围(D
min
～D
max
)，反复迭代得到最小能量值，进而完成立体匹配；SGM提出的能量函数E(D)如下式所示：式中，D
q
表示像素点q的视差值；C(p,D
p
)表示当像素点p的视差值为D
p
时的匹配代价；P1和P2表示惩罚系数，T[
·
]表示判断函数，括号内容表示判断条件，是则返回1，否则返回0，；S104、对立体匹配后的图像进行边缘检测，提取图像特征点；将Sobel算子与立体匹配后的图像做平面卷积得到水平和垂直方向上的亮度差分近似值G
x
和G
y
，表达式为：式中，Sobel_g
x
和Sobel_g
y
分别为Sobel算子在水平和垂直方向上的卷积因子，A表示图像中目标像素点及其相邻8个方向上的灰度值矩阵，目标像素点为输电线路和对应的被跨越物的像素点；
平面卷积后的图像的灰度为G，对平面卷积后的图像进行边缘检测得到图像特征点。3.如权利要求1所述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，步骤S2包括：S201、获取空间点三维坐标；基于双目成像模型对输电线路及被跨越物特征点进行三维坐标转化，对于任一像素点p为例，以左相机为三维空间原点，根据相似三角形原理，推导出像素点p三维坐标的关系为式中，x
p
表示像素点p的x轴坐标；y
p
表示像素点p的y轴坐标；z
p
表示像素点p的z轴坐标；y
pL
、y
pR
分别表示在y
‑
z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距y轴坐标原点的距离；x
pL
、x
pR
表示在x
‑
z投影平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，李昊，熊小伏，张波，陈红州，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：