CN107144257B - 一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法及装置，包括红外相机、紫外相机、紫外成像模块、红外成像模块以及处理模块，红外相机与紫外相机的子午面互相平行；红外相机采集的信号通过红外成像模块输出，紫外相机采集的信号通过紫外成像模块输出；处理模块根据紫外成像模块与红外成像模块的输出计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距并确定故障点紫外与红外成像信号强度。本发明无需增加额外的测距设备，利用电力故障检测装置本身的紫外与红外成像设备，标定并进行简便的处理后即可实时被动获取待测故障点相对观测点的距离，极大地提升了电力故障检测的效率，方便了后期对电力故障信号的定量分析。

Description

一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法及装置
技术领域
本发明涉及测试电力设备检测，尤其是一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法及装置。
背景技术
目前检测人员在进行电力故障检测时，通常是对高压电力设备进行常规的故障检测，而对故障点的精确检测往往因无法获取检测点与故障点之间距离而无法完成，检测仅仅停留在经验与定性分析程度；若另外携带专门的高精度测距装置，测距装置本身难以定位到故障点发生位置，同时额外的装置与测量本身会使得检测工作复杂化，携带过多设备也会极大地影响故障检测的效率；并且，如果采用现有的双目测距方法，其针对的均为可见光图像，不能够满足采用非可见光的电力检测设备的需求，且算法需要对图像进行一系列处理，不便实时测量。
并且，现有的测量仪器大多都属于主动测量方法，需要发射信号并接收反馈，从而获取目标的具体位置。具体到电力故障检测领域，主动测量仪器受制于自身无法确定具体故障点位置，无法准确获取故障点相对观测点的距离；设备本身与额外的测量增加了电力故障检测的整体复杂程度，影响检测效率。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法。
技术方案：一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，包括如下步骤：
(1)对红外相机与紫外相机进行标定校准；
(2)确定紫外相机与红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与各自相机子午面与像面的交线的直线的间隔像素数Δx紫外与Δx红外；确定红外相机与紫外相机中红外相机子午面和紫外相机子午面的间距d；
(3)计算故障点与紫外、红外相机入瞳中心的连线与紫外、红外相机的子午面的夹角α紫外与α红外；
(4)计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距，即待测故障点相对电力故障检测设备的实际距离。
进一步的，所述步骤(4)之后还包括步骤(5)：由故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距分别确定故障点紫外与红外成像信号强度。
进一步的，所述步骤(1)具体包括如下子步骤：
(1.1)将红外相机与紫外相机放置在角度旋转台上，将一束同时包含红外与紫外信号的平行光入射到红外相机与紫外相机，调节焦距成像后得到紫外图像的信号中心坐标(i1，j1)与红外图像的信号中心坐标(k1，m1)；
(1.2)水平转动角度旋转台，得到一组新的紫外图像的信号中心坐标(i2，j2)和红外图像的信号中心坐标(k2，m2)；
(1.3)计算紫外像面的子午面与像面的交线的直线方程：
其中，(x紫外0，y紫外0)为紫外模块原始像面坐标；紫外相机与红外相机的像面像素分辨率分别为(w紫外×h紫外)与(w红外×h红外)，其中w为横向总像素数，h为纵向总像素数；
(1.4)转动角度旋转台，使得紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面与像面的交线的直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x0，y0)；
(1.5)计算红外像面的子午面与像面的交线的直线方程：
(x红外0-x0)×(k2-k1)＝(y红外0-y0)×(m2-m1)
其中，(x红外0，y红外0)为红外模块原始像面坐标。
进一步的，步骤(2)中所述确定紫外相机与红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与各自相机子午面与像面的交线的直线的间隔像素数Δx紫外与Δx红外具体为：
其中(x紫外，y紫外)与(x红外，y红外)分别为电力故障信号在紫外成像模块与红外成像模块所成图像的点中心坐标。
进一步的，步骤(2)中所述确定红外相机与紫外相机中红外相机子午面和紫外相机子午面的间距d具体为：
在红外相机与紫外相机前方距离L0处放置一紫外红外点光源，转动角度旋转台令紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面方向直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x1，y1)，计算红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与子午面与像面的交线的直线间距：
计算紫外相机与红外相机子午面的间距d：
进一步的，步骤(3)中所述故障点与紫外、红外相机入瞳中心的连线与紫外、红外相机的子午面的夹角α紫外与α红外为：
其中，紫外相机与红外相机的焦距分别为f紫外和f红外，像面的物理尺寸分别为(W紫外×H紫外)与(W红外×H红外)。
进一步的，步骤(4)中所述故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距为：
进一步的，步骤(5)中所述成像信号强度为I0，单位为W/sr，具体的：
其中，I为相机接收到的信号总强度，单位为W，D为相机的入瞳直径，L红外为故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距。
一种使用上述方法的电力设备带电检测的双目视觉测距装置，包括红外相机、紫外相机、紫外成像模块、红外成像模块以及处理模块，所述红外相机与紫外相机的子午面互相平行；红外相机采集的信号通过红外成像模块输出，紫外相机采集的信号通过紫外成像模块输出；处理模块根据紫外成像模块与红外成像模块的输出计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距。
进一步的，所述处理模块根据故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距计算故障点紫外与红外成像信号强度。
有益效果：本发明无需增加额外的测距设备，利用电力故障检测装置本身的紫外与红外成像设备，标定并进行简便的处理后即可实时被动获取待测故障点相对观测点的距离，极大地提升了电力故障检测的效率，方便了后期对电力故障信号的定量分析。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是紫外相机与红外相机入瞳的间距示意图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。
本发明利用电力故障检测领域常用的紫外、红外双通道成像设备的紫外、红外两个相机同时拍摄，得到同一个故障点的左右两幅图像；在已知紫外与红外相机光心之间基线长度与两相机光轴方向的情况下，根据待测故障点在像面上的坐标以及摄像头的焦距信息可求出待测故障点与两相机光心的连线分别相对两相机光轴的夹角，然后由三角函数关系便可求出待测故障点相对该电力故障检测设备的实际距离。
如图1所示，一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，从故障点发出的紫外、红外信号分别被紫外相机与红外相机捕获并成像，利用该故障点在两相机中成像的点坐标即可得到故障点与电力故障检测系统之间的距离，从而计算出该故障点发出光信号的实际强度。
令电力故障检测系统点坐标为坐标原点，紫外相机与红外相机子午面平行且间距为d，令紫外相机在红外相机的右侧。
具体包括如下步骤：
(1)对红外相机与紫外相机进行标定校准，具体为：
(1.1)将红外相机与紫外相机放置在角度旋转台上，将一束同时包含红外与紫外信号的平行光入射到红外相机与紫外相机，调节焦距成像后得到紫外图像的信号中心坐标(i1，j1)与红外图像的信号中心坐标(k1，m1)；
(1.2)水平转动角度旋转台，得到一组新的紫外图像的信号中心坐标(i2，j2)和红外图像的信号中心坐标(k2，m2)；
(1.3)计算紫外像面的子午面与像面的交线的直线(经过像面中心点且垂直水平转动方向)方程：
其中，(x紫外0，y紫外0)为紫外模块原始像面坐标；紫外相机与红外相机的像面像素分辨率分别为(w紫外×h紫外)与(w红外×h红外)，其中w为横向总像素数，h为纵向总像素数；
(1.4)转动角度旋转台，使得紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面与像面的交线的直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x0，y0)；
(1.5)计算红外像面的子午面与像面的交线的直线方程：
(x红外0-x0)×(k2-k1)＝(y红外0-y0)×(m2-m1)
其中，(x红外0，y红外0)为红外模块原始像面坐标。
(2)确定紫外相机与红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与各自相机子午面与像面的交线的直线的间隔像素数Δx紫外与Δx红外，具体为：
本实施例中紫外相机在红外相机右侧，则Δx紫外与Δx红外为：
其中(x紫外，y紫外)与(x红外，y红外)分别为电力故障信号在紫外成像模块与红外成像模块所成图像的点中心坐标。
然后，确定红外相机与紫外相机中红外相机子午面和紫外相机子午面的间距d，具体为：
在红外相机与紫外相机前方距离L0处放置一紫外红外点光源，转动角度旋转台令紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面方向直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x1，y1)，计算红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与子午面与像面的交线的直线间距：
计算紫外相机与红外相机子午面的间距d：
(3)计算故障点与紫外、红外相机入瞳中心的连线与紫外、红外相机的子午面的夹角α紫外与α红外：
其中，紫外相机与红外相机的焦距分别为f紫外和f红外，像面的物理尺寸分别为(W紫外×H紫外)与(W红外×H红外)。
(4)如图2所示，计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距，即待测故障点相对电力故障检测设备的实际距离：
其中I为相机接收到的信号总强度，单位为W，D为相机的入瞳直径，I0为信号点发出信号的强度，单位为W/sr；此处电力故障检测设备包括紫外相机、红外相机，因此故障点与紫外相机入瞳的间距和故障点与红外相机入瞳的间距红外相机是一致的，均为故障点相对电力故障检测设备的实际距离。
(5)由故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距分别确定故障点紫外与红外成像信号强度I0，I0单位为W/sr，具体的：
其中，I为相机接收到的信号总强度，单位为W，D为相机的入瞳直径，L红外为故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距。
一种采用上述方法进行检测的电力设备带电检测的双目视觉测距装置，包括红外相机、紫外相机、紫外成像模块、红外成像模块以及处理模块，红外相机与紫外相机的子午面互相平行；红外相机采集的信号通过红外成像模块输出，紫外相机采集的信号通过紫外成像模块输出；处理模块根据紫外成像模块与红外成像模块的输出计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距并确定故障点紫外与红外成像信号强度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对红外相机与紫外相机进行标定校准；
(2)确定紫外相机与红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与各自相机子午面与像面的交线的直线的间隔像素数Δx紫外与Δx红外；确定红外相机与紫外相机中红外相机子午面和紫外相机子午面的间距d；
(3)计算故障点与紫外、红外相机入瞳中心的连线与紫外、红外相机的子午面的夹角α紫外与α红外；
(4)计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距，即待测故障点相对电力故障检测设备的实际距离；
所述步骤(1)具体包括如下子步骤：
(1.1)将红外相机与紫外相机放置在角度旋转台上，将一束同时包含红外与紫外信号的平行光入射到红外相机与紫外相机，调节焦距成像后得到紫外图像的信号中心坐标(i1，j1)与红外图像的信号中心坐标(k1，m1)；
(1.2)水平转动角度旋转台，得到一组新的紫外图像的信号中心坐标(i2，j2)和红外图像的信号中心坐标(k2，m2)；
(1.3)计算紫外像面的子午面与像面的交线的直线方程：
其中，(x紫外0，y紫外0)为紫外模块原始像面坐标；紫外相机与红外相机的像面像素分辨率分别为(w紫外×h紫外)与(w红外×h红外)，其中w为横向总像素数，h为纵向总像素数；
(1.4)转动角度旋转台，使得紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面与像面的交线的直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x0，y0)；
(1.5)计算红外像面的子午面与像面的交线的直线方程：
(x红外0-x0)×(k2-k1)＝(y红外0-y0)×(m2-m1)
其中，(x红外0，y红外0)为红外模块原始像面坐标。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，所述步骤(4)之后还包括步骤(5)：由故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距分别确定故障点紫外与红外成像信号强度。
3.根据权利要求1所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，步骤(2)中所述确定紫外相机与红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与各自相机子午面与像面的交线的直线的间隔像素数Δx紫外与Δx红外具体为：
其中(x紫外，y紫外)与(x红外，y红外)分别为电力故障信号在紫外成像模块与红外成像模块所成图像的点中心坐标。
4.根据权利要求3所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，步骤(2)中所述确定红外相机与紫外相机中红外相机子午面和紫外相机子午面的间距d具体为：
在红外相机与紫外相机前方距离L0处放置一紫外红外点光源，转动角度旋转台令紫外图像上成像的信号中心坐标落于紫外像面的子午面方向直线上，记录红外图像上的信号中心坐标(x1，y1)，计算红外相机成像的信号点中心位置的成像坐标与子午面与像面的交线的直线间距：
计算紫外相机与红外相机子午面的间距d：
5.根据权利要求4所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，步骤(3)中所述故障点与紫外、红外相机入瞳中心的连线与紫外、红外相机的子午面的夹角α紫外与α红外为：
其中，紫外相机与红外相机的焦距分别为f紫外和f红外，像面的物理尺寸分别为(W紫外×H紫外)与(W红外×H红外)。
6.根据权利要求5所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，步骤(4)中所述故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距为：
7.根据权利要求2所述的一种电力设备带电检测的双目视觉测距方法，其特征在于，步骤(5)中所述成像信号强度为I0，单位为W/sr，具体的：
其中，I为相机接收到的信号总强度，单位为W，D为相机的入瞳直径，L红外为故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距。
8.一种使用如权利要求1-7任一项所述方法的电力设备带电检测的双目视觉测距装置，其特征在于，包括红外相机、紫外相机、紫外成像模块、红外成像模块以及处理模块，所述红外相机与紫外相机的子午面互相平行；红外相机采集的信号通过红外成像模块输出，紫外相机采集的信号通过紫外成像模块输出；处理模块根据紫外成像模块与红外成像模块的输出计算故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距。
9.根据权利要求8所述的电力设备带电检测的双目视觉测距装置，其特征在于，所述处理模块根据故障点与紫外相机、红外相机入瞳的间距计算故障点紫外与红外成像信号强度。
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