基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法及系统技术方案

基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法及系统，所述方法主要包括计算与当前相机匹配的坐标映射表，读取图片，基于所述坐标映射表，将图片的像素坐标转换到预期坐标，构建目标函数，将上述预期坐标作为初始值之一，求解函数，获得三维空间信息，本公开可以有效克服传统单目视觉方案无法获得空间三维信息，和传统立体视觉方案成本高、误差累积等缺点。缺点。缺点。

【技术实现步骤摘要】
基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法及系统


[0001]本专利技术属于数字图像处理领域，尤其是基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法。

技术介绍

[0002]电力已然成为现代人们生产生活离不开的重要能源。出于减少电力损耗与保证安全两点的考虑，电力的远距离传输依赖悬挂于高空中的架空输电线路。一旦架空输电线路受损，将严重影响大片区域的生产生活用电，造成生活的不便乃至无法估量的经济损失。架空输电线路最主要的威胁为异物入侵，主要包括(1)飘带等电线缠绕物在雨天导致输电线短路；(2)高架工程车辆的机械臂升起过高造成导线间空气击穿。
[0003]目前保障架空输电线路安全运作的措施共有三种，(1)第一种方式为安排专业人员进行线路巡检，其中包括故障巡检、定期巡检和特殊巡检；(2)第二种方式为使用无人机巡检，利用无人机沿线拍摄线路状况后，人工或自动地判断线路安全状况；(3)第三种方式为建立架空输电线路远程监控系统，通过引入相机，实时警戒架空输电线路的威胁，其中包括单目视觉监控和立体视觉监控。
[0004]人力巡检的运维方式，成本高效率低，运维效果并不理想；无人机的续航时间、成像载荷分辨率和存储容量限制了巡检效果，拍摄获得的海量数据需要花费大量时间处理，且其本身也给安全性引入了风险。所以保障架空输电线路安全的现今措施与发展方向更多的偏向于远程监控系统的建立。
[0005]在远程监控系统的中，为了有效地实施监控，真实地判断外界威胁，往往需要获取架空输电线路的空间三维信息。这是一般的单目视觉方案无法做到的，为了弥补单目视觉方案的不足，立体视觉方案引入了多目相机，而多目相机需要额外的设备投入，成本较高，且实现方案依赖于校正、像素匹配与三角化计算，造成了误差累计，影响架空输电线路空间三维信息的精度。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：提供一种基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0007]技术方案：基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、获取至少一张已拍摄的图片、以及相机的内参矩阵和畸变参数向量，计算获得坐标映射表；
[0009]步骤2、获取该相机任一已拍摄的图片中各线路以及各线路对向杆塔端点每个成像的像素坐标；并根据所述坐标映射表查找每个所述像素坐标对应的消除畸变影响后的相机坐标；
[0010]步骤3、构建目标函数和参数初值，求解所述目标函数，所述参数初值包括：架空输电线路空间位姿参数初值、空间曲度参数初值、输电线路间距、弧垂点到对向杆塔的距离，
以及各线路及各线路对向杆塔端点每个成像像素在消除畸变影响后的相机坐标。
[0011]根据本申请的一个方面，所述目标函数w为：
[0012][0013]其中，
[0014]为消除畸变影响后左线路的每个成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0015]为消除畸变影响后右线路的每个成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0016]x
leu
为消除畸变影响后左线路对向杆塔端点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0017]x
reu
为消除畸变影响后右线路对向杆塔端点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0018]为消除畸变影响后左弧垂点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0019]为消除畸变影响后右弧垂点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；
[0020]a为架空输电线路空间曲度；Z
m
为两杆塔间两根平行架空输电线路的间距；X
e
为两杆塔间方向上架空输电线路弧垂点到对向杆塔的距离；
[0021]N
l
为左线路像素的个数，N
r
为右线路像素的个数，i为0、1、2，
…
，N
l
，j为0、1、2，
…
，N
r
。
[0022]进一步地，提供一种基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取系统，
[0023]第一模块，用于获取至少一张已拍摄的图片、以及相机的内参矩阵和畸变参数向量，计算获得坐标映射表；
[0024]第二模块，用于获取该相机任一已拍摄的图片中各线路以及各线路对向杆塔端点每个成像的像素坐标；并根据所述坐标映射表查找每个所述像素坐标对应的消除畸变影响后的相机坐标；
[0025]第三模块，用于构建目标函数和参数初值，求解所述目标函数；或基于已计算得到的参数初值，求解已构建的目标函数；
[0026]所述参数初值包括：架空输电线路空间位姿参数初值、空间曲度参数初值、输电线路间距、弧垂点到对向杆塔的距离，以及各线路及各线路对向杆塔端点每个成像像素在消除畸变影响后的相机坐标。
[0027]进一步地，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述实施例中任一
项所述方法的步骤。
[0028]有益效果：本公开可以有效克服传统单目视觉方案无法获得空间三维信息，和传统立体视觉方案成本高、误差累积等缺点。通过计算生成相机的坐标映射表，在后续的图片处理中，只需要将电线的像素进行坐标转换，然后通过目标函数获取三维信息即可，减少了图片处理的计算量，提高了处理速度。
附图说明
[0029]图1a和图1b是经实施例二步骤2处理后的图像，其中图1a为原图，图1b为灰度图。
[0030]图2a和图2b是经实施例二步骤7处理后的图像，其中图2a为原图，图2b为灰度图。
[0031]图3为本公开实施例一的流程图。
[0032]图4是本公开计算坐标映射表的流程示意图。
[0033]图5是本公开另一实施例的流程图。
具体实施方式
[0034]结合图1a、图1b、图2a和图2b描述本公开的相关技术细节。
[0035]Step1、通过标定得到相机内参数矩阵K和畸变参数向量D，展开式如下：
[0036][0037]D＝(k
1 k
2 k
3 p
1 p2)
[0038]Step2、初始化两杆塔间两根平行架空输电线路的间距Z
m
，两杆塔间方向上架空输电线路弧垂点到对向杆塔的距离X
e
。
[0039]Step3、对相机拍摄图片中坐标为(u
d
，v
d
)的像素，计算其在归一化成像平面上投影点在相机坐标系中的坐标其中：
[0040][0041]Step4、基于畸变影响前后物点的不同成像点，在归一化成像平面投影点在相机坐标系中坐标的关系，利用非线性算法计算在消除畸变影响后，对应成像点在归一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取至少一张已拍摄的图片、以及相机的内参矩阵和畸变参数向量，计算获得坐标映射表；步骤2、获取该相机任一已拍摄的图片中各线路以及各线路对向杆塔端点每个成像的像素坐标；并根据所述坐标映射表查找每个所述像素坐标对应的消除畸变影响后的相机坐标；步骤3、构建目标函数和参数初值，求解所述目标函数，所述参数初值包括：架空输电线路空间位姿参数初值、空间曲度参数初值、输电线路间距、弧垂点到对向杆塔的距离，以及各线路及各线路对向杆塔端点每个成像像素在消除畸变影响后的相机坐标。2.根据权利要求1所述的基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，其特征在于，所述步骤1进一步为：步骤11、读取该相机已拍摄的、至少一幅图片中各像素的像素坐标，基于所述像素坐标和内参矩阵计算其在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标，各像素的得到相机坐标；步骤12、针对每一像素的相机坐标，结合所述畸变参数向量建立消除畸变影响后的坐标与消除畸变前的坐标映射关系。3.根据权利要求2所述的基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，其特征在于，所述步骤1中，所述内参矩阵K为：f
x
，f
y
为焦距，u0、v0为主点的坐标；畸变参数向量D为：D＝(k
1 k
2 k
3 p
1 p2)；k1、k2、k3分别为径向畸变系数，p1、p2分别为切向畸变矫正系数；对于图片中每一像素的像素坐标(u
d
,v
d
)，其在归一化成像平面上投影点在相机坐标系中的坐标则两者的关系为：4.根据权利要求3所述的基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，其特征在于，所述消除畸变影响后的坐标与消除畸变前的坐标的映射关系为：的映射关系为：r为曲率半径。5.根据权利要求1所述的基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方法，其特征在于，所述目标函数w为：
其中，为消除畸变影响后左线路的每个成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；为消除畸变影响后右线路的每个成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；x
leu
为消除畸变影响后左线路对向杆塔端点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；x
reu
为消除畸变影响后右线路对向杆塔端点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；为消除畸变影响后左弧垂点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；为消除畸变影响后右弧垂点成像像素在归一化成像平面上的投影点在相机坐标系中的坐标；a为架空输电线路空间曲度；Z
m
为两杆塔间两根平行架空输电线路的间距；X
e
为两杆塔间方向上架空输电线路弧垂点到对向杆塔的距离；N
l
为左线路像素的个数，N
r
为右线路像素的个数，i为0、1、2，
…
，N
l
，j为0、1、2，
…
，N
r
。6.根据权利要求5所述的基于单目相机的架空输电线路空间三维信息获取方...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文翔，顾庆毅，陈梦娟，
申请(专利权)人：中科视捷南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：