一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，该方法是在高压输电线路正下方布置CCD相机和线结构光光源，对CCD相机进行标定得到其对应的参数，通过CCD相机接受到线结构光光源投射在高压输电线路上的投影，以实现对高压输电线的大范围监测。在夜晚的环境中，线结构光的投影检测效果更加精确。然后CCD相机接受到的图片进行阈值化处理后，使用灰度重心法求得特征点，结合CCD相机的内外参数，使用最小二乘法得到拟三维重构模型。通过特征点三点共线求得拟合直线，结合灰度跳变点求取边缘点到拟合输电线的距离。设定不同距离范围说代表的含义，确定夜间高压输电线路上是否存在异物。本发明专利技术可以实现对高压输电线路在夜间的实时，准确监控，保障输电供电安全。安全。安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法


[0001]本专利技术涉及电力输送系统的
，尤其是指一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法。

技术介绍

[0002]随着我国的经济发展的进一步加深，因此对电能的需要也日益增加。对于工业所需要的巨大电能而言，高压输送电路必不可少。高压输电线路是输送10千伏以上电压的输电线路。一旦出现安全事故，会造成巨大的经济损失，因此需要具备很高的可靠性。与此同时，对这些电路的巡检，维护等工作也需要同步开展。
[0003]但是由于高压输电线路长度很长而且经常穿越高山峡谷，对于线路的维护工作难度很大。
[0004]目前,我国的巡检仍然停留在以人工巡检为主要方式的层次上。这种方法存在许多的问题，例如劳动的强度过大,工作的效率过低。甚至对巡检人员也存在一些人身安全的问题。所以,需要一种相对来说更加安全，可靠，节俭的方法。
[0005]同时，目前已经有的图像处理方法绝大多数都是通过摄像头与无人机拍摄的图像来进行检测。但是这种方式不仅仅精确度不够高，而且在夜晚环境中，由于没有阳光的存在，拍摄到的图像信息极少，甚至完全不能使用。然而，对于高压输电线路而言，夜晚时间有异物的可能性要远超出白天。所以，需要一种能够在夜晚及时，准确检测出高压输电线路上异物的方法。
[0006]线结构光三维重构具有高精度、强实时性、速度快优点。而且，线结构光源能够在夜晚环境中正常使用，甚至有优于白天的效果。在节约成本的同时、也保障了工作人员的安全。其输出检测和分析容易，使用起来很方便。
[0007]本设计选择一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，能够在夜间迅速检测出接近输电线路的异物，保护输电线路的安全。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，该方法使用线结构光三维重构，大幅度减小背景环境对于检测的干扰，且在夜晚环境中也拥有极高的精度，直接重构出高压输电线路，并选取特征点来判断是否存在异物。完成了对高压输电线路的安全，及时监控。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，包括以下步骤：
[0010]1)在高压输电线路下方布置仰视角度的电耦合器件相机即CCD相机和线结构光光源，对线结构光光源的角度进行调整，使得其发出的线结构光能够完整投射在需要检测的高压输电线路上；
[0011]2)对线结构光光源进行标定，得到世界坐标系、相机坐标系与像平面坐标系之间
的固有参数和相对关系，保证三维重构的精度和准确性；
[0012]3)考虑到夜晚环境中输电线路上存在异物的可能性大，选择在夜晚环境中进行线结构光的检测；打开步骤1)中设定好的线结构光光源，并使用CCD相机对线结构光进行捕获，得到高压输电线路的二维模型，并对其进行阈值化操作，去除噪声和其它背景的干扰，提升三维重构的精度和准确性；
[0013]4)提取出步骤3)中高压输电线路的二维模型中的特征点，通过特征点在相机坐标系下的点坐标，结合步骤2)中得到的标定数据求得三维空间中特征点的直线方程，再采用最小二乘法拟合两条不同的直线方程，得到高压输电线路的三维模型；
[0014]5)在步骤4)中的高压输电线路的三维模型中任意选取特征点，通过三点共线的方式拟合出高压输电线路的直线方程，并求得直线方程的方向向量；
[0015]6)检测步骤4)中高压输电线路的三维模型的灰度跳变点，将它们选取为待检测的边缘特征点，再选取步骤5)中得到的高压输电线路的直线方程，通过三维空间点到直线的距离公式，求得边缘特征点到直线的距离，选取其中的最小值作为边缘点到其所在直线的距离；
[0016]7)求出步骤6)中所有边缘点到其所在直线的距离的平均值，将这个距离作为边缘点到其所在直线的标准距离，再设定一个合理的误差范围；若边缘点到其所在直线的距离处于误差范围内，则判定该边缘点为正常点，若边缘点到其所在直线的距离处于误差范围之外，则判定该边缘点为异常点。
[0017]进一步，在步骤1)中，固定CCD相机和线结构光光源的相对角度，以保证后续标定的精度，确保CCD相机拍摄角度中仅有高压输电线路和天空背景，并保证其接收到的线结构光仅由高压输电线路反射得到。
[0018]进一步，在步骤2)中，对线结构光光源进行标定，获得电耦合器件相机的内部参数以及外部参数；采用张正友标定法，获得相机的内部参数f
x
、f
y
、u0、v0，其中f
x
、f
y
是CCD相机在u轴和v轴方向上的尺度因子，u0、v0为CCD相机的主点，由于世界坐标系与相机坐标系之间存在变差，所以用旋转矩阵和平移向量来描述外部参数R、T，其中R为旋转矩阵，平移向量为T。
[0019]进一步，在步骤3)中，夜晚环境中输电线路上存在异物的可能性大，而且在白天的环境中，镜头会捕捉到太阳光的直射分量，干扰到相机对线结构光的检测，因此选取在夜晚的黑暗环境中，使用线结构光光源扫过高压输电线路，并使用CCD相机获取投射在高压输电线上的线结构光投影，得到高压输电线路的二维模型，由于是在夜晚进行的检测，因此背景图像的灰度值接近0，对高压输电线路二维模型的灰度值进行阈值处理，将所有灰度小于阈值的点，灰度改为0，以利于后续处理。
[0020]进一步，在步骤4)中，对得到的高压输电线路的二维模型使用灰度重心法提取光条上的特征点，结合步骤2)中得到的相机内部参数和外部参数获取特征点在相机坐标系下的坐标p1＝(x1,y1,z1)，p2＝(x2,y2,z2)，p3＝(x3,y3,z3)；其中p1、p2、p3不在同一条直线，再使用最小二乘法拟合出其所在的相机光平面其中a,b,c分别为该平面在x轴,y轴,z轴上的截距，重构出高压输电线的三维模型。
[0021]进一步，在步骤5)中，任意选择3个特征点p
01
＝(x
01
,y
01
,z
01
)，p
02
＝(x
02
,y
02
,z
02
)，
p
03
＝(x
03
,y
03
,z
03
)；若存在l:则代表l为一条高压输电线的拟合直线方程，其方向向量如果该直线上存在特征点数量超过阈值，则将该直线放入高压输电线的直线集合L中。
[0022]进一步，在步骤6)中，检测图像灰度，将灰度值跳变为0的点设定为边界点，重复这个操作直到历遍整个三维模型；设边界点的集合为P，取边界点的集合P中的边界点p
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)，和高压输电线的直线集合L中方向向量为的直线l，能够求出点到直线的方向向量进而求得点p
i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在高压输电线路下方布置仰视角度的电耦合器件相机即CCD相机和线结构光光源，对线结构光光源的角度进行调整，使得其发出的线结构光能够完整投射在需要检测的高压输电线路上；2)对线结构光光源进行标定，得到世界坐标系、相机坐标系与像平面坐标系之间的固有参数和相对关系，保证三维重构的精度和准确性；3)考虑到夜晚环境中输电线路上存在异物的可能性大，选择在夜晚环境中进行线结构光的检测；打开步骤1)中设定好的线结构光光源，并使用CCD相机对线结构光进行捕获，得到高压输电线路的二维模型，并对其进行阈值化操作，去除噪声和其它背景的干扰，提升三维重构的精度和准确性；4)提取出步骤3)中高压输电线路的二维模型中的特征点，通过特征点在相机坐标系下的点坐标，结合步骤2)中得到的标定数据求得三维空间中特征点的直线方程，再采用最小二乘法拟合两条不同的直线方程，得到高压输电线路的三维模型；5)在步骤4)中的高压输电线路的三维模型中任意选取特征点，通过三点共线的方式拟合出高压输电线路的直线方程，并求得直线方程的方向向量；6)检测步骤4)中高压输电线路的三维模型的灰度跳变点，将它们选取为待检测的边缘特征点，再选取步骤5)中得到的高压输电线路的直线方程，通过三维空间点到直线的距离公式，求得边缘特征点到直线的距离，选取其中的最小值作为边缘点到其所在直线的距离；7)求出步骤6)中所有边缘点到其所在直线的距离的平均值，将这个距离作为边缘点到其所在直线的标准距离，再设定一个合理的误差范围；若边缘点到其所在直线的距离处于误差范围内，则判定该边缘点为正常点，若边缘点到其所在直线的距离处于误差范围之外，则判定该边缘点为异常点。2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，其特征在于：在步骤1)中，固定CCD相机和线结构光光源的相对角度，以保证后续标定的精度，确保CCD相机拍摄角度中仅有高压输电线路和天空背景，并保证其接收到的线结构光仅由高压输电线路反射得到。3.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，其特征在于：在步骤2)中，对线结构光光源进行标定，获得电耦合器件相机的内部参数以及外部参数；采用张正友标定法，获得相机的内部参数f
x
、f
y
、u0、v0，其中f
x
、f
y
是CCD相机在u轴和v轴方向上的尺度因子，u0、v0为CCD相机的主点，由于世界坐标系与相机坐标系之间存在变差，所以用旋转矩阵和平移向量来描述外部参数R、T，其中R为旋转矩阵，平移向量为T。4.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的夜间高压输电线路异物检测方法，其特征在于：在步骤3)中，夜晚环境中输电线路上存在异物的可能性大，而且在白天的环境中，镜头会捕捉到太阳光的直射分量，干扰到相机对线结构光的检测，因此选取在夜晚的黑暗环境中，使用线结构光光源扫过高压输电线路，并使用CCD相机获取投射在高压输电线上的线结构光投影，得到高压输电线路的二维模型，由于是在夜晚进行的检测，因此背景图像的灰度值接近0，对高压输电线路二维模型的灰度值进行阈值处理，将所有灰度小于阈值的点，灰度改为0，以利于后续处理。5.根据权利要求1所述的一种基于线结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜启亮，张楠，田联房，
申请(专利权)人：华南理工大学珠海现代产业创新研究院，
类型：发明
国别省市：