【技术实现步骤摘要】
基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法
[0001]本专利技术涉及一种基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，属于计算机视觉与输电线路巡检领域。
技术背景
[0002]国家对输电线路自身及周围地物之间的距离是有明确要求和标准的。国家电网有限公司近年来公布的运行数据表明，由于输电线路与被跨物间如竹木生长、地形地貌变化、大型施工机械等外部因素的净空距离过小(以下称交跨距离)导致线路跳闸率居高不下，给国民安全以及国民经济带来巨大的损失。所以，有必要定期对输电线的交跨距离进行检测，确保电力线下方一定范围内无危险交跨物。
[0003]目前，输电线路与下方被跨越物的交跨距离测量的方式主要包括人工目测、绳测、经纬仪和全站仪等，并且不同方式之间缺乏统一、客观的作业规范。除此之外，人工测量方式不仅依赖于巡检人员的状态和经验，而且检测效率与准确率都比较低。随着电网规模增大，人工测量方式已经无法满足电力线巡检的覆盖面与即时性要求，亟需一种有效的智能化手段代替人工测量方式。但目前有效、简单易行的智能化输电线路交跨区距离测量方式并不多。因此一种测量精度高，稳定性能好的输电线路交跨距离测量方法对测绘领域具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种输电线路交跨距离测量方法，实现对输电线路与下方交跨区域距离的准确测量，降低测绘人员工作强度与危险系数，提高工作效率。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，通过设计交互式测距软件，自...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用三目相机拍摄目标输电线路图像，获得三目图像以及相机拍摄时的俯仰角和滚转角；2)对三目图像进行协同校正；3)基于相机姿态确定用于电力线匹配的双目图像，定义为并提取与拟合双目图像中所有的电力线；根据极线约束重建电力线的三维向量；4)在校正后的左目图像中的电力线上任意选择一个点作为目标点根据空间几何关系确定目标点P
k
在左目图像中对应的铅垂线；并利用铅垂线轨迹法得到目标点P
k
在校正后的左目图像中对应可能的交跨点集合其中为交跨点集合K
k
中第a个交跨点在校正后的左目图像中的坐标；5)在右目图像中寻找所述交跨点集合K
k
中所有点对应的匹配点，得到匹配点集合并计算交跨点对应的视差其中6)根据空间先验知识从交跨点集合K
k
中确定电力线上任一点的真正交跨点，并计算对应的交跨距离；7)重复步骤4)
‑
6)，得到电力线上所有点的交跨距离。2.根据权利要求1所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤2)中，具体步骤包括：21)根据张氏标定法获得三目相机的标定参数，利用Bouguet算对获得的左目图像与右目图像信息{I
left
,I
right
}进行初次水平校正，校正后得到行对准图像{I'
left
,I'
right
}，且I'
left
＝I
left
，具体步骤如下：a.利用Bouguet算法获得左目相机的整体旋转矩阵R
l
、右目相机的整体旋转矩阵R
r
；b.左目图像保持不变，右目图像围绕着右摄像机的光心旋转，旋转矩阵为旋转后得到行对准图像{I'
left
,I'
right
}，且I'
left
＝I
left
；22)重复步骤21)对图像信息{I
left
,I
up
}进行校正，得到左目相机的整体旋转矩阵R
l2
和上目相机的整体旋转矩阵R
u
，将上目图像围绕上目摄像机的光心旋转，旋转矩阵为得到列准图像{I
″
left
,I'
up
}，且I
″
left
＝I
left
；23)初次校正后得到三目图像{I
left
,I'
right
,I'
up
}，利用SURF算法获取三目图像特征点对初次校正结果进行优化得到三目图像{I1,I2,I3}，I1、I2、I3分别指经过校正后的左目图像、右目图像、上目图像，其中校正后左目图像I1、右目图像I2的极线与左目图像I1、右目图像I2横轴平行，校正后的左目图像I1、上目图像I3的极线与左目图像I1，上目图像I3纵轴平行，且左目图像I1、右目图像I2的横向视差与左目图像I1、上目图像I3的纵向视差相等。3.根据权利要求2所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤23)中，具体步骤包括：a.利用SURF算法获取校正后的三目图像{I
left
,I'
right
,I'
up
}特征点坐标
匹配点的数目为n，为左目图像I
left
中特征点坐标集合，为右目对准图像I'
right
中特征点坐标集合；为上目对准图像I'
up
中特征点坐标集合；b.设顶摄像机的主点坐标为(c
x
,c
y
)，平移顶摄像机，在主点坐标(c
x
,c
y
)上附加一个偏移量(d
x
,d
y
)，完成顶摄像机的二次校正；横向偏移纵向偏移c.以(c
x
+d
x
,c
y
+d
y
)作为新的主点坐标，重复步骤21)重新对顶摄像机进行校正得到最终的校正后的三目图像{I1,I2,I3}。4.根据权利要求1所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤3)中，具体包括以下步骤：31)根据摄像机的拍摄角度确定用于电力线匹配的双目图像，定义为如果滚转角以上目图像和左目图像作为用于电力线匹配的双目图像，即如果滚转角以右目图像和左目图像作为用于电力线匹配的双目图像，即目图像，即32)基于航拍图像中电力线的特征提取双目图像Match
l
中的所有电力线；33)重复步骤31)提取与拟合双目图像中的电力线得到N1，N2分别表示双目图像的电力线的数目，具有相同的数目j，数目s对应的电力线为同名电力线；基于极线约束，计算同名核线与同名电力线的交点得到电力线上的同名像点对此时j＝s，分别表示双目图像中第j条电力线上的某个像素点坐标，同名像点对对应的视差值为5.根据权利要求4所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤32)中，当电力线为左目图像时，提取的具体步骤如下：a.对校正后的左目图像进行预处理并获取边缘图I
edge
，边缘图I
edge
中背景灰度值为0，输电线的灰度值为255；b.在边缘图I
edge
的基础上，通过矢量跟踪算法，将边缘图I
edge
中的边缘片段变换为二维矢量，并删除边缘图I
edge
中小于设定数量像素点的边缘片段得到二维矢量集一V1，V1＝{v1,v2,...,v
i
,...,v
n1
}，其中n1为二维矢量集V1中二维矢量的个数，v
i
表示某个第i个二维矢量，v
i
包括m个灰度值为255的像素点，表示为v
i
＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(x
m
,y
m
)}；c.按照公式(1)计算二维矢量集V1中剩余特征的形状因子SI，删除形状因子SI大于设定值的过弯曲的二维矢量，得到二维矢量集二V2，V2＝{v'1,v'2,...v'
i
,...,v'
n2
},V2∈V1，其
中n2为二维矢量集二V2中二维矢量的个数；其中，其中，表示该二维矢量中的第m1个坐标，即个坐标，即表示该二维矢量中的第m2个坐标，即d.根据线段投影法聚合线特征对二维矢量集二V2进行聚合，如果两条线段共线，则进行连接得到聚合后的图像二维矢量集三V3，V3＝{v
″1,v
″2,...,v
″
i
,...,v
″
N
},V3∈V2，其中N表示二维矢量集三V3中二维矢量的个数，也表示检测到的输电线的数量，v
″
i
＝{(x1,y1),(x2,y2)，...,(x
t
,y
t
)}表示第i条输电线二维矢量，(x
t
,y
t
)为v
″
i
中的第t个像素点的坐标；e.对二维矢量集三V3中所有的输电线二维矢量v
″
i
进行迭代处理得到单像素宽度的输电线二维矢量电线二维矢量所有的输电线二维矢量v
″
i
迭代处理后得到的输电线矢量集合为二维矢量集四V4；f.假设二维矢量的拟合方程为a
k
(k＝0,1,...,r)表示拟合参数，r表示拟合多项式的极数，根据最小二乘法对进行拟合，基于二维矢量中的像素点的坐标(x1,y1),(x2,y2)...,(x
t
,y
t
)确定拟合参数a
k
(k＝0,1,...,r)，则左目图像中，由二维矢量确定的电力线方程表示为对输电线二维矢量集四V4中的所有二维矢量进行拟合得到左目图像中的所有电力线方程为N表示电力线的数量；按照拟合电力线的参数a0的大小从小到大对电力线进行排序，则左目图像中所有电力线由表示，其中j表示排序的序列号，表示第j条电力线；表示第j条电力线。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤4)中，基于空间几何关系确定在不同的相机姿态下校正后的左目图像I1中某条电力线上的一点的铅垂线方程，并利用铅垂线轨迹法获得点P
k
在校正后的左目图像I1中对应的可能交跨点集合中对应的可能交跨点集合为K
k
中第a个交跨点在I1中的坐标，为可能交跨点集合内某一点的坐标，具体步骤如下:41)确定不同相机姿态下的铅垂线；42)根据步骤41)的铅垂线轨迹法获得点P
k
对应的可能交跨点集合7.根据权利要求6所述的基于三目视觉的输电线路交跨距离测量方法，其特征在于：在步骤41)中，规定世界坐标系为O
W
‑
X
W
Y
W
Z
W
，左目图像对应的像素坐标系下点对应的铅垂线的计算步骤为：
a.当俯仰角θ
x
＝0，滚转角θ
z
＝0时，过点P的铅垂线方程为b.当相机倾斜拍摄时，即俯仰角θ
x
＝0，滚转角...
【专利技术属性】
技术研发人员：周亚琴，李庆武，吴艺，马云鹏，徐畅，刘凯祥，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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