CN105761249A - 一种基于图像计算天线机械下倾角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对需要计算机械下倾角的天线拍摄两张图像，即原始图像，且两次拍摄时，拍摄设备的夹角呈90°；步骤2、对每张原始图像进行还原处理，去除倾斜拍摄而产生的图像畸变，根据原始图像的机械下倾角计算还原后的还原图像的机械下倾角；步骤3、通过还原图像的两个机械下倾角，推算出实际的天线机械下倾角。从收集的现场天线图像中计算得出天线的机械下倾角，为网络优化人员提供基站天线下倾角的信息，提高计算的效率和精度。

Description

一种基于图像计算天线机械下倾角的方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像计算天线机械下倾角的方法。

背景技术

天线下倾角等于机械下倾角和电子下倾角之和，电子下倾角是通过改变共线阵天线振子的相位、改变垂直分量和水平分量的幅值大小、改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾，通常天线出厂时设置，无需计算。而机械下倾角是通过天线的上下安装件来调整的。

通常，通信设计人员在查勘和收集通信网络配置的时候会以现场拍摄天线基站的铁塔和机房内部照片的方式来保存查勘信息，方便后期对查勘资料的统一整理，在这种实际查勘过程中，由于基站天线挂高过高，天线的机械下倾角这一重要技术参数无法通过现场勘查准确获知。

天线下倾角的确定一般是由天线所在区域的站址分布情况、挂高，以及站间距并结合密集市区、市区等无线传播环境类别综合分析后确定。在天线的实际安装过程中，一般由天线安装人员根据规划的天线机械下倾角上塔安装。随着网络建设的逐步完善，天线的机械下倾角在后期网络优化中可能需要进行优化调整。此时的天线机械下倾角信息就与安装时有所不同，并且获取网络现在的天线机械下倾角信息对于网络优化人员而言往往比较困难，而传统的测量方法需要专业塔工上塔测量，既耗费人力又耗费时间，测量效率低下。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，从收集的现场天线图像中计算得出天线的机械下倾角，为网络优化人员提供基站天线下倾角的信息，提高计算的效率和精度。

名词解释：

还原图像：将原始图像还原成没有倾斜角拍摄的时候的图像。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对需要计算机械下倾角的天线拍摄两张图像，即原始图像，且两次拍摄时，拍摄设备的夹角呈90°；

步骤2、对每张原始图像进行还原处理，去除倾斜拍摄而产生的图像畸变，根据原始图像的机械下倾角计算还原后的还原图像的机械下倾角；

步骤3、通过还原图像的两个机械下倾角，推算出实际的天线机械下倾角。

优选，步骤1中拍摄的两张原始图像分别为图像一和图像二，其中，拍摄图像一时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ、图像一中显示的天线机械下倾角为α；拍摄图像二时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ₁、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ₁、图像一中显示的天线机械下倾角为α₁，其中θ+θ₁＝90°；

根据α、γ，计算还原后图像的天线机械下倾角β，即：

$\mathrm{\β}=\arcsin \frac{sin\mathrm{\α}}{cos\mathrm{\γ}\[1+\frac{1}{2-2\cos \mathrm{\α}}{(sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ})}^2\]},$

根据α₁、γ₁，计算还原后图像的天线机械下倾角β₁，即：

${\mathrm{\β}}_1=arcsin\frac{{\mathrm{sin\α}}_1}{{\mathrm{cos\γ}}_1\[1+\frac{1}{2-2{\mathrm{cos\α}}_1}{({\mathrm{sin\α}}_1\×{\mathrm{tan\γ}}_1)}^2\]};$

假设实际的天线机械下倾角为ω，则：

$\mathrm{\ω}=arctan\sqrt{{\mathrm{tan\β}}^2+{\mathrm{tan\β}}_1^2}.$

本发明的有益效果是：从收集的现场天线图像中计算得出天线的机械下倾角，为网络优化人员提供基站天线下倾角的信息，计算方法简单，提高了计算的效率和精度。

附图说明

图1是本发明原始图像和还原图像的物理模型示意图；

图2是本发明正投影图像与还原图像的物理模型示意图；

图3是本发明天线下倾角3°的计算值与实际值曲线图；

图4是本发明天线下倾角6°的计算值与实际值曲线图；

图5是本发明天线下倾角9°的计算值与实际值曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，包括如下步骤：

步骤1、对需要计算机械下倾角的天线拍摄两张图像，即原始图像，且两次拍摄时，拍摄设备的夹角呈90°；

步骤2、对每张原始图像进行还原处理，去除倾斜拍摄而产生的图像畸变，根据原始图像的机械下倾角计算还原后的还原图像的机械下倾角；

步骤3、通过还原图像的两个机械下倾角，推算出实际的天线机械下倾角。

照片的成像原理就是一种投影，即画面投影在胶片、数码相机CDD或CMOS电子元器件上，如果相机倾斜拍摄，例如是仰视拍摄，拍摄出来的照片会出现畸变，会影响我们从相片中提取相关信息，现存的畸变矫正技术需要设定多个标定点并获取与之相对应的图像点，对于我们要处理的问题来说是不可取的，所以本发明的下一步需要对图像进行还原。

另外，由于拍摄时不能一下子找出哪个是正面，本专利提出的算法需要对同一个天线拍摄两张原始图像，且拍摄两张原始图像的时候拍摄设备(比如相机)的夹角是90°，可以很好的避免这个问题。

假设拍摄的两张原始图像分别为图像一和图像二，其中，拍摄图像一时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ、图像一中显示的天线机械下倾角为α；拍摄图像二时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ₁、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ₁、图像一中显示的天线机械下倾角为α₁，其中θ+θ₁＝90°。

为了更好地推出下倾角的计算方法，建立了如图1所示的物理模型。由于推理过程相同，只用两张图像中的图像一加以说明，图像二进行同样的处理即可。

如图1所示，O为原点，平面OCB为成像面上的图像，平面OCB上的线段长度跟夹角都已知。OB为竖直的抱杆，从中可以测量出∠COB的度数α和杆子OB的长度。在图1中截取OC，使得OB＝OC。平面OGE为成像面OCB还原之后的图像，在图1中，GB⊥OB，EC⊥OC，GE＝BC，设BC底边上的高为h，与BC交于点I,GE底边上的高为H,与GE交于点F，设相机的拍摄角度为γ，γ可以理解为平面OGE与平面OCB之间的夹角，即∠IOF。

首先，计算∠GOE，即还原后图像的夹角β(可以理解为还原后的夹角)，也即还原后图像的天线机械下倾角。

在△BOC中使用面积公式得到：

$\frac{1}{2}\×OB\×OC\×sin\mathrm{\α}=\frac{1}{2}BC\×h---\left(1\right)$

由式(1)可以得到：

$h=\frac{{\mathrm{OB}}^{2}sin\mathrm{\α}}{BC}---\left(2\right)$

BG的长度：

BG＝h×tanγ(3)

由式(2)和式(3)得到：

$BG=\frac{{\mathrm{OB}}^2\×sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ}}{BC}---\left(4\right)$

H的长度：

$H=\frac{h}{cos\mathrm{\γ}}---\left(5\right)$

由式(2)和式(5)得到：

$H=\frac{{\mathrm{OB}}^2\×sin\mathrm{\α}}{BC\×\cos \mathrm{\γ}}---\left(6\right)$

OE的长度：

$OE=OG=\sqrt{{\mathrm{OB}}^2+{\mathrm{BG}}^2}---\left(7\right)$

第二步，在△GOE使用面积公式得到：

$\frac{1}{2}OE\×OG\×sin\mathrm{\β}=\frac{1}{2}GE\×H---\left(8\right)$

由式(8)得：

$sin\mathrm{\β}=\frac{GE\×H}{{\mathrm{OE}}^2}---\left(9\right)$

已知：GE＝BC，由式(9)、(7)、(6)、(4)得：

$sin\mathrm{\β}=\frac{sin\mathrm{\α}}{cos\mathrm{\γ}\[1+{\left(\frac{OB\×sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ}}{BC}\right)}^2\]}---\left(10\right)$

在等腰三角形BOC中：

$\frac{OB}{BC}=\sqrt{\frac{1}{2-2cos\mathrm{\α}}}---\left(11\right)$

由式(10)、(11)得：

$sin\mathrm{\β}=\frac{sin\mathrm{\α}}{cos\mathrm{\γ}\[1+\frac{1}{2-2\cos \mathrm{\α}}{(sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ})}^2\]}---\left(12\right)$

所以β的值为：

$\mathrm{\β}=arcsin\frac{\sin \mathrm{\α}}{cos\mathrm{\γ}\[1+\frac{1}{2-2\cos \mathrm{\α}}{(sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ})}^2\]}---\left(13\right)$

同样的，β₁的值为：

${\mathrm{\β}}_1=arcsin\frac{{\mathrm{sin\α}}_1}{{\mathrm{cos\γ}}_1\[1+\frac{1}{2-2{\mathrm{cos\α}}_1}{({\mathrm{sin\α}}_1\×{\mathrm{tan\γ}}_1)}^2\]}---\left(14\right)$

上述步骤是解决由于照片拍摄是相机倾斜而产生的问题，下面需要转换成正投影再进行计算。

下面考虑三棱锥OGME，如图2所示。其中的面GOM为拍摄物体正面，真实角度∠GOM为ω(最终所求角度)，面GOE为相机与面GOM成θ角时相机上成的像。做MG⊥OG，其中：

OG＝OM·cosβ(15)

EG＝OE·sinβ(16)

$GM=\frac{EG}{cos\mathrm{\θ}}---\left(17\right)$

由式(17)、(16)得：

$GM=\frac{OE\×sin\mathrm{\β}}{cos\mathrm{\θ}}---\left(18\right)$

在图2中，由式(17)、(15)求出tanω：

$tan\mathrm{\ω}=\frac{GM}{OG}=\frac{tan\mathrm{\β}}{\cos \mathrm{\θ}}---\left(19\right)$

由于两次拍摄的角度成90°，即在另外一边拍摄的时候与面GOM成θ₁，则：

θ+θ₁＝90°(20)

同理，在另一面拍摄，与正面之间的夹角为θ₁，与β相对应的还原后的角度为β₁，则

$tan\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{tan\β}}_1}{{\mathrm{cos\θ}}_1}---\left(21\right)$

由式(19)-(21)三个方程求解三个未知数，可以求解出ω为：

$\mathrm{\ω}=arctan\sqrt{{\mathrm{tan\β}}^2+{\mathrm{tan\β}}_1^2}---\left(22\right)$

在实际应用中处理的是小角度，如果拍摄的相机、手机的倾斜角不大(小于三十多度)则误差在一度以内，作为一种工程中的近似是可以接受的，故优选，γ和γ₁均小于40°。其中，优选拍摄设备为手机，通过手机内置的测量倾斜角的功能(或软件)获得γ和γ₁，此为现有技术，在此不再赘述。

根据本发明的算法计算出的天线下倾角(3°)与实际值的对应数据如表1所示，曲线如图3所示。

表1天线下倾角3°的计算值与实际值

根据本发明的算法计算出的天线下倾角(6°)与实际值的对应数据如表2所示，曲线如图4所示。

表2天线下倾角6°的计算值与实际值

根据本发明的算法计算出的天线下倾角(9°)与实际值的对应数据如表3所示，曲线如图5所示。

表3天线下倾角9°的计算值与实际值

从收集的现场天线图像中计算得出天线的机械下倾角，为网络优化人员提供基站天线下倾角的信息，计算方法简单，提高了计算的效率和精度。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对需要计算机械下倾角的天线拍摄两张图像，即原始图像，且两次拍摄时，拍摄设备的夹角呈90°；

步骤2、对每张原始图像进行还原处理，去除倾斜拍摄而产生的图像畸变，根据原始图像的机械下倾角计算还原后的还原图像的机械下倾角；

步骤3、通过还原图像的两个机械下倾角，推算出实际的天线机械下倾角。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于：

步骤1中拍摄的两张原始图像分别为图像一和图像二，其中，拍摄图像一时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ、图像一中显示的天线机械下倾角为α；拍摄图像二时，假设拍摄设备与实物的夹角为γ₁、对应的还原图像与拍摄物体正面的夹角为θ₁、图像一中显示的天线机械下倾角为α₁，其中θ+θ₁＝90°；

根据α、γ，计算还原后图像的天线机械下倾角β，即：

$\mathrm{\β}=arcsin\frac{sin\mathrm{\α}}{cos\mathrm{\γ}\[1+\frac{1}{2-2\cos \mathrm{\α}}{(sin\mathrm{\α}\×tan\mathrm{\γ})}^2\]},$

根据α₁、γ₁，计算还原后图像的天线机械下倾角β₁，即：

${\mathrm{\β}}_1=arcsin\frac{{\mathrm{sin\α}}_1}{{\mathrm{cos\γ}}_1\[1+\frac{1}{2-2{\mathrm{cos\α}}_1}{({\mathrm{sin\α}}_1\×{\mathrm{tan\γ}}_1)}^2\]};$

假设实际的天线机械下倾角为ω，则：

$\mathrm{\ω}=arctan\sqrt{{\mathrm{tan\β}}^2+{{\mathrm{tan\β}}_1}^2}.$

3.根据权利要求2所述的一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于，所述拍摄设备为手机，通过手机内置的测量倾斜角的功能获得γ和γ₁。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像计算天线机械下倾角的方法，其特征在于，γ和γ₁均小于40°。