一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，该方法包括以下步骤：步骤1：标定温度图；步骤2：使用无人机拍摄场地图片；步骤3：建立堆体三维表面网格模型；步骤4：计算三维表面网格模型各顶点温度；步骤5：建立堆体三维表面温度场网格模型，并基于该模型进行测量。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高了堆体温度监测和自燃预警的准确性和易用性等优点。性等优点。性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法


[0001]本专利技术涉及一种大型堆体三维表面温度场测量方法，尤其是涉及一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为重要的工业原料和燃料，在发电、冶炼、化工、建材等行业中占有重要的地位。而煤堆自燃是煤炭储运及管理的一大难题。
[0003]对于煤堆自燃的监测及预警，传统方式主要是多点测量法和红外成像法。多点测量是在煤堆上人工多点插入温度传感器来监测煤堆的温度变化，属于接触式手动检测方式，但由于煤升温时放出的CO气体对人体有害，另外，由于堆料经常变化就需要重复插入温度传感器，因此手动多点接触检测方式既易对操作人员的安全和健康造成威胁又带来大量的繁琐工作。红外热像法是通过非接触的红外测温方式，可全天候监测堆体温度情况，响应快、测温准，实现着火点的温度监测、快速火情报警、准确定位起火位置等。但目前采用人手持红外热像仪环绕煤堆进行测温拍摄，由于当前的测温相机视角有限，受到空间因素影响无法对火电厂大尺度煤堆整体进行精细测量，即使利用手持热像仪发现了温度异常点也不能准确确定温度异常点的空间位置，从而也就不能对煤堆自燃进行精准管控。
[0004]经过检索，中国专利公开号CN 112614215A公开了一种三维测量表面温度场重建方法，具体公开了使用投影设备照射出结构光，照射到待测物体表面；相机对物体进行拍照，三维重建，获得三维表面温度场模型。其中，所述三维重建步骤包括结构光解码匹配和三角测量；所述三维表面温度场模型是根据标准样片比色板数据建立的温度与颜色对照表，自动数字化解析出三维模型表面的温度信息。但是该现有专利采用了投影设备，无法针对大型堆体，同时通过查表方式来获得检测结果，存在检测精度低等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤1：标定温度图；
[0009]步骤2：使用无人机拍摄场地图片；
[0010]步骤3：建立堆体三维表面网格模型；
[0011]步骤4：计算三维表面网格模型各顶点温度；
[0012]步骤5：建立堆体三维表面温度场网格模型，并基于该模型进行测量。
[0013]作为优选的技术方案，所述的步骤1具体为：利用测温相机标定温度曲线，求解温度和灰度值的对应关系。
[0014]作为优选的技术方案，所述的温度曲线的标定是由用户选择物体进行温度的标定，进而解析出不同温度对应的测温相机图像的灰度，根据用户的需求确定温度的范围；根据该温度曲线可判断出不同灰度值对应的温度。
[0015]作为优选的技术方案，所述的步骤2具体为：
[0016]步骤2
‑
1，将双光相机以及相应的程序搭载在无人机上；
[0017]步骤2
‑
2，规划无人机的飞行路径，使得无人机拍摄的照片可以覆盖整个堆体；
[0018]步骤2
‑
3，利用无人机按照轨迹飞行，并使用双光相机同步拍摄堆体的图像。
[0019]作为优选的技术方案，所述的拍摄堆体的图像包括堆体的可见光图像以及温度图像。
[0020]作为优选的技术方案，所述的步骤3具体为：
[0021]步骤3
‑
1，利用所拍摄的可见光图像序列进行三维重建，获得场地的稀疏点云；
[0022]步骤3
‑
2，基于所建立的稀疏点云，使用三维包络面拟合算法，建立大型堆体三维表面的网格模型.
[0023]作为优选的技术方案，所述的步骤4为：将三维网格模型中的各个顶点进行坐标系变换，求解出各顶点在测温相机像素坐标系下的坐标；求解出现过该点的图象群；对图象群中的所有图像中该点的温度值求平均，求解该点的测量温度。
[0024]作为更进一步优选的技术方案，所述的步骤4具体为：
[0025]步骤4
‑
1：对双光相机进行内外参标定，确定可见光相机和温度相机的内部参数以及两者之间的外部参数；
[0026]步骤4
‑
2：筛选出步骤3中所建网格模型顶点的可观测视图群，计算出各个顶点在其可观测图象群中的每一张视图相机坐标系中的三维空间坐标；
[0027]步骤4
‑
3：将堆体三维表面的网格模型顶点变换到可见光相机坐标系下；
[0028]P＝[X,Y,Z]T
[0029]P1＝[X
c
,Y
c
,Z
c
]T
[0030][0031]根据上述公式获得世界坐标系和相机坐标系根据相机外参的变换关系；X
c
,Y
c
,Z
c
为点在世界坐标系下的坐标，X,Y,Z为点在相机坐标系下的坐标，R,t为坐标系的旋转矩阵及平移矩阵，P、P1分别为点在世界坐标系和相机坐标系下的坐标；
[0032]步骤4
‑
4：进行坐标转换，将可见光坐标系下的点变换到测温相机的局部坐标系中，坐标转换公式为：
[0033]P2＝[X
r
,Y
r
,Z
r
][0034]P2＝R1P1+t1[0035]上述公式中P2为点在测温相机坐标系下的坐标，X
r
,Y
r
,Z
r
为点在测温相机坐标系下的坐标点，R1、t1为可见光坐标系在测温相机坐标系下的旋转和平移分量；
[0036]步骤4
‑
5：根据公式，将投影到测温相机系下的点转换到到测温相机的像素坐标系中；
[0037][0038]由此公式推导出相机的相机坐标系到成像平面坐标系的变化，公式中u,v为该点在相机的像素坐标系下的坐标；f
x
，f
y
为相机的焦距，C
x
，C
y
图像像素坐标系中心点；
[0039]步骤4
‑
6：根据上一步的公式，计算出世界坐标系下大型堆体三维表面的网格模型的顶点在视图群中不同图像中的位置；如果点的坐标在图像的像素尺寸范围内，则说明该点在此时被拍入图像之中，记录下该点与此图片的映射关系；遍历该点视图群中的所有图像，计算出该点在视图群中图像上的坐标；
[0040]步骤4
‑
7：根据点与图像的映射关系，记录下每个点在不同图片中的温度值，对这些值取平均值，即为该点的温度测量值；
[0041]步骤4
‑
8：按照上述步骤遍历大型网格模型中的每个点，计算得出每个点的温度值。
[0042]作为优选的技术方案，所述的步骤5为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：标定温度图；步骤2：使用无人机拍摄场地图片；步骤3：建立堆体三维表面网格模型；步骤4：计算三维表面网格模型各顶点温度；步骤5：建立堆体三维表面温度场网格模型，并基于该模型进行测量。2.根据权利要求1所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：利用测温相机标定温度曲线，求解温度和灰度值的对应关系。3.根据权利要求2所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的温度曲线的标定是由用户选择物体进行温度的标定，进而解析出不同温度对应的测温相机图像的灰度，根据用户的需求确定温度的范围；根据该温度曲线可判断出不同灰度值对应的温度。4.根据权利要求1所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：步骤2
‑
1，将双光相机以及相应的程序搭载在无人机上；步骤2
‑
2，规划无人机的飞行路径，使得无人机拍摄的照片可以覆盖整个堆体；步骤2
‑
3，利用无人机按照轨迹飞行，并使用双光相机同步拍摄堆体的图像。5.根据权利要求1所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的拍摄堆体的图像包括堆体的可见光图像以及温度图像。6.根据权利要求1所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：步骤3
‑
1，利用所拍摄的可见光图像序列进行三维重建，获得场地的稀疏点云；步骤3
‑
2，基于所建立的稀疏点云，使用三维包络面拟合算法，建立大型堆体三维表面的网格模型。7.根据权利要求1所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的步骤4为：将三维网格模型中的各个顶点进行坐标系变换，求解出各顶点在测温相机像素坐标系下的坐标；求解出现过该点的图象群；对图象群中的所有图像中该点的温度值求平均，求解该点的测量温度。8.根据权利要求1或7所述的一种基于双光相机的大型堆体三维表面温度场测量方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：步骤4
‑
1：对双光相机进行内外参标定，确定可见光相机和温度相机的内部参数以及两者之间的外部参数；步骤4
‑
2：筛选出步骤3中所建网格模型顶点的可观测视图群，计算出各个顶点在其可观测图象群中的每一张视图相机坐标系中的三维空间坐标；步骤4
‑
3：将堆体三维表面的网格模型顶点变换到可见光相机坐标系下；P＝[X，Y，Z]
T
P1＝[X
c
，Y
c
，Z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：全文涛，王健，董延超，卓子跃，齐天一，
申请(专利权)人：上海明华电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：