CN110084785B - 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统 - Google Patents

一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110084785B
CN110084785B CN201910255550.0A CN201910255550A CN110084785B CN 110084785 B CN110084785 B CN 110084785B CN 201910255550 A CN201910255550 A CN 201910255550A CN 110084785 B CN110084785 B CN 110084785B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission line
power transmission
dimensional space
points
optimized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910255550.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110084785A (zh
Inventor
陆琴心
王威
陈巍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN201910255550.0A priority Critical patent/CN110084785B/zh
Publication of CN110084785A publication Critical patent/CN110084785A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110084785B publication Critical patent/CN110084785B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/10—Terrestrial scenes
    • G06V20/13—Satellite images

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统。该方法包括：获取多幅输电线图像；采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；采用直线提取法将各输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；在输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；输电线的包络位于立方网格点阵内；依据优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数，将立方网格点阵投影到输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。本发明在降低成本的同时，提高测量精度。

Description

一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统
技术领域
本发明涉及输电线垂弧测量技术领域，特别是涉及一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统。
背景技术
输电线弧垂是指在架空线路中，相邻两电杆上输电导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。弧垂过大或过小都会影响线路的安全：当弧垂过大时，无法确保导线对地安全距离，恶劣天气可能造成短路事故；当弧垂过小时，导线承受的应力过大，气温过低或冻雨天气时，有可能造成断线甚至电杆倾覆事故。因此监测输电线的最大弧垂，是电网维护工作的重要内容，准确便捷的弧垂测量技术也是国内外电力部门和研究机构的重点研究目标。
弧垂测量工作主要由监测人员现场使用工具或观测仪器测量计算完成，使用的方法有等长法、异长法、角度法、平视法等。目前，采用图像处理技术测量弧垂，是研究的重点方向。图像处理技术测量弧垂的方法包括：基于部分段图像分析的输电线弧垂计算方法，该方法无法解决未知段图像异常的问题，而且精度过于依赖图像本身；采用固定安装在塔杆的摄像机将现场拍摄的图像通过计算机处理和变换来计算弧垂，该方法虽然能够在一定程度上提高精度，但其成本高。
应用无人机采集输电线序列图像并分析测量计算弧垂，具有成本低、不受地域影响、快捷高效的优点，受到广泛关注。基于无人机采集输电线序列图像测量弧垂的方法一般是以无人机从多角度获取输电线图像，根据空间成像原理将平面图像中的目标点在实体空间中重建后计算测量。如应用立体像采用前方交会算法推导对应弧垂点的实际坐标值；再如以输电线中的隔离棒作为识别目标，搜索测量出隔离棒中心在序列图像上的像素坐标，再以立体视觉技术计算隔离棒中心的三维空间坐标，建立曲线方程进行计算结果。这些方法的测量结果受照相机和传感器的精度影响较大，对无人机操作有较高要求，对于消费级无人机，受性能制约，测量准确度难令人满意。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统，以在降低成本的同时，提高测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，包括：
获取多幅输电线图像；所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同；
采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数；
采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；
在所述输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点；
依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。
可选的，所述采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数，具体包括：
构建三维空间模型；
将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值；
将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差；
依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
可选的，所述依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值，具体包括：
依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点；
依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型；
依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
可选的，所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；
所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；
所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
本发明还提供了一种基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，包括：
图像获取模块，用于获取多幅输电线图像；所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同；
优化模块，用于采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数；
像素提取模块，用于采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；
点阵构建模块，用于在所述输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点；
垂弧计算模块，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。
可选的，所述优化模块，具体包括：
第一模型构建单元，用于构建三维空间模型；
第一投影单元，用于将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
第二投影单元，用于将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
误差计算单元，用于计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值；
最小化单元，用于将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差；
优化单元，用于依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
可选的，所述垂弧计算模块，具体包括：
第三投影单元，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点；
第二模型构建单元，用于依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型；
垂弧计算单元，用于依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
可选的，所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；
所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；
所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统。该方法包括：获取多幅输电线图像；输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅输电线图像的拍摄位置均不同；采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；采用直线提取法将各输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；在输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；输电线的包络位于立方网格点阵内；依据优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数，将立方网格点阵投影到输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。本发明应用无人机采集输电线序列图像并分析测量计算弧垂，具有成本低、不受地域影响、快捷高效的优点，受到广泛关注；对于消费级产品而言，基于优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数进行计算，相比于现有技术，采用不加处理而直接使用原始成像参数进行计算的方式，减小了误差，实现了在降低成本的同时，提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1基于航拍图像的输电线垂弧测量方法的流程图；
图2为本发明实施例2光束平差法的的原理图；
图3为本发明实施例2立方网格点阵的示意图；
图4为本发明实施例3基于航拍图像的输电线垂弧测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明实施例1基于航拍图像的输电线垂弧测量方法的流程图。
参见图1，实施例的基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，包括：
步骤S1：获取多幅输电线图像。所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同。
步骤S2：采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数。光束平差法(BundleAjustment)，又称为重投影平差法。
所述步骤S2，具体包括：
步骤21：构建三维空间模型。
步骤22：将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标。
步骤23：将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标。
步骤24：计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值。
步骤25：将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差。
步骤26：依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
步骤S3：采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像。
步骤S4：在所述输电线三维空间模型中构建立方网格点阵。所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点。
具体的，所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
步骤S5：依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。
所述步骤S5，具体包括：
步骤51：依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点。
步骤52：依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型。
步骤53：依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
本实施例的基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，并通过构建立方网格点阵的方式实现输电线垂弧的测量，能够在降低成本的同时，提高测量精度。
实施例2：
本实施例包括以下几个步骤：
1、利用无人机获得的输电线图像来计算计算目标在实体空间的坐标，通常基于相机成像原理。相机成像原理为：
三维空间某点的几何坐标与所得图像上的相应点坐标的相互关系可以采用公式(1)表示：
Figure BDA0002013628380000081
其中，x,y分别表示相应点在图像坐标系中的坐标；x0,y0表示对应图形坐标系原点的偏移量；f表示焦距；X,Y,Z表示成像点实体坐标系中的坐标；Xc,Yc,Zc表示照相机在成像时在实体坐标系中的坐标；M表示旋转矩阵，取决于照相机在成像时的姿态参数；Δx,Δy表示照相机的成像失真量；λ表示比例因。
上式(1)中，照相机成像时的参数能够通过技术手册和卫星定位系统、传感器等获得，因而，从理论上说，只要有两个以上在不同拍摄位置的针对同一点的图像坐标，就可以通过上式反推出目标点在实体坐标系中的三维坐标。
2、考虑到地域环境限制和安全，一般无人机以在输电线路上方拍摄较为常见，飞机在上方跨越输电线，便于照相机以相似的距离拍摄系列图像；设照相机在拍摄时与目标的距离为H，成像焦距为f，感光器成像点距为p，则被拍摄目标的解析度(即地面采样距离)R可由式(2)得出：
Figure BDA0002013628380000082
实际输电线外径通常数厘米，而弧垂通常从数米甚至十余米，考虑解析度和弧垂测量精度的要求，解析度R以控制在厘米级为宜。
表1是两款消费级无人机部分参数，根据式(2)可以计算得到，当B款无人机在输电线上方40-50米高度拍摄时，成像解析度约为1.75-2.2cm，视角宽度约86-106米，如输电线杆距太大还要考虑多幅图像拼接；而A款无人机在同样的高度可以获得较高的解析度，但如果要保持足够的视角宽度，则需增加飞行高度，视需要和工作量而定。
表1
Figure BDA0002013628380000091
对于同一目标，尽管从理论上讲只要有两幅图像就可以达到目的，但为了提高计算精度，可以在输电线两侧各拍摄几幅。
3、光束平差法获取成像参数
从已经获得的输电线图像根据方程式(1)来分析计算目标在实体空间的坐标，其准确率完全取决于照相机成像时参数的准确度。即使在成本许可的情况下，使用高精确度的设备，微小的参数误差和抖动也会极大的影响测试结果，而对于消费级产品而言，不加处理而直接使用原始成像参数进行计算，其误差加大。
本实施例中采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，图2为本发明实施例2光束平差法的的原理图，参见图2，光束平差法的基本原理为：
相机从P1-P3拍照，三维空间模型X投影到图像上；然后利用这些图像对一些特征点Xi进行(X1-X6)三角定位(triangulation)，最后从计算得到的三维空间点坐标(不是真实的)和计算得到的相机矩阵(也不是真实的)进行第二次投影(重投影)。重投影误差是指的真实三维空间点在图像平面上的投影(即图像上的像素点)和重投影(前面计算值得到的虚拟像素点)的差值，一般这个差值不可能恰好为0，此时将这些差值的和最小化获取最优的相机参数及三维空间点的坐标。
本实施例使用光束平差法的目的就是：使用从不同视角拍摄的、描述同一个场景的一系列图片，根据特征点在图像中的投影作为标准，同时提炼出描述场景结构的3D点坐标、相对运动参数和相机的光学参数。提供此算法的处理软件有：matlab 2014版或更新、Pix4DmapperPro等。
经过光束平差法预处理后，照相机成像时内外方位参数精确度大大提高，表2是上文所列无人机B款所拍摄的一组图像经预处理后可达到的精度。其中X11、Y11、Z11指照相机三维坐标的偏差值，ω、
Figure BDA0002013628380000101
κ分别是指照相机姿态参数中的滚转角(roll)误差值、俯仰角(pitch)误差值和偏航角(yaw)误差值。
表2
Figure BDA0002013628380000102
依据上述有关解析度的描述，优化后的成像参数已经接近一个像素精度。
4、从输电线图像中提取输电线像素
由于拍摄的输电线图像近似于直线，因此采用直线提取法将获取的每幅输电线图像中的输电线像素提取出来，提取后的结果为二进制图像，即每个像素用一个二进制位表示，如1表示代表导线点，0代表背景。因此，得到输电线二进制图像。
5、立方体网格点再投影，筛选出输电线空间点
基于步骤1-4，就可以开始分析计算输电线像点在实体空间的坐标了。现有技术大多数都以将图像点坐标转换至空间点坐标为方向，再将离散的空间点通过插值或抛物线方程还原的方式建立输电线的空间坐标。而本实施例采用另一种建模方法，即沿输电线延伸方向，建立一个输电线包络在内的虚拟的立方网格点阵，如图3所示，将点阵中每个点在实体空间坐标通过方程式(1)重投影至提取的输电线二进制图像中。理想情况下，位于输电线上的虚拟点投影点应落在二进制图中的输电线上，这样就把目标点筛选出来了，如此依次进行下去，当这个点阵中每一个点都完成投影后，所有被筛选出来的点位就构成了输电线空间点集合。
由于原始图线中背景等因素的影响，前述步骤中提取的输电线可能是不完整或者存在错误的，为了降低因此而引入的差错，本实施例在筛选时采取冗余判定方法，即增加目标二进制提取图的数量，将每个虚拟网格点向每张提取图投影，判断是否为目标点，并设定一个阈值，只有满足这个阈值的点才被选中。这样可以提高筛选的准确度，这也是在航拍时需要适当多获取输电线图像的原因之一。
立方体虚拟网格的间距取值大小关系到实际计算量。如图3所示，基于无人机飞行方向，拍摄时实体空间三个坐标轴方向误差程度是不一样的，其间隔Δx1、Δy1、Δz1的取值也有所区别，图示与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向网格点的间隔Δx1一般可以取值在1米以内，而与地面平行且与输电线延伸方向垂直的方向网格点的间隔Δy1、与地面垂直的方向网格点的间隔Δz1的取值则应与拍摄的图像解析度相当(本实施例中Δy1、Δz1的取值为2-3厘米)。网格点阵过于稠密测量计算量很大但对提高精确度并无实际意义，但过于稀疏则会丢失有效信息，测量精确度下降。
完成了输电线空间点位筛选，采用现有的抛物线方程内插法即可建立输电线实体空间模型，进而可计算测量出相应的弧垂值。
本实施例的基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，能够在降低成本的同时，提高测量精度。
实施例3：
本发明还提供了一种基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，图4为本发明实施例3基于航拍图像的输电线垂弧测量系统的结构示意图。
参见图4，实施例的基于航拍图像的输电线垂弧测量系统包括：
图像获取模块401，用于获取多幅输电线图像；所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同。
优化模块402，用于采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数。
所述优化模块402，具体包括：
第一模型构建单元，用于构建三维空间模型；
第一投影单元，用于将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
第二投影单元，用于将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
误差计算单元，用于计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值；
最小化单元，用于将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差；
优化单元，用于依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
像素提取模块403，用于采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像。
点阵构建模块404，用于在所述输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点。
所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；
所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；
所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
垂弧计算模块405，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值。
所述垂弧计算模块405，具体包括：
第三投影单元，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点；
第二模型构建单元，用于依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型；
垂弧计算单元，用于依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
本实施例的基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，能够在降低成本的同时，提高测量精度。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，其特征在于，包括：
获取多幅输电线图像；所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同；
采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数；
采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；
在输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点；
依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值；
所述依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值，具体包括：
依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点；
依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型；
依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
2.根据权利要求1所述的基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，其特征在于，所述采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数，具体包括：
构建三维空间模型；
将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值；
将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差；
依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
3.根据权利要求1所述的基于航拍图像的输电线垂弧测量方法，其特征在于，
所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；
所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；
所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
4.一种基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取多幅输电线图像；所述输电线图像是采用无人机以预设的拍摄位置拍摄得到的，多幅所述输电线图像的拍摄位置均不同；
优化模块，用于采用光束平差法对三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数；所述三维空间点坐标为各所述输电线图像中的每个像素点对应的三维空间点的坐标；所述相机参数为无人机上的摄像机的位置参数和姿态参数；
像素提取模块，用于采用直线提取法将各所述输电线图像中的输电线像素提取出来，得到输电线二进制图像；
点阵构建模块，用于在输电线三维空间模型中构建立方网格点阵；所述输电线的包络位于所述立方网格点阵内；所述立方网格点阵包括多个网格点；
垂弧计算模块，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，计算得到输电线的垂弧值；
所述垂弧计算模块，具体包括：
第三投影单元，用于依据所述优化后的三维空间点坐标和所述优化后的相机参数，将所述立方网格点阵投影到所述输电线二进制图像中，得到输电线空间点集合；所述输电线空间点集合由多个输电线空间点构成；所述输电线空间点为在所述输电线二进制图像上具有投影点的网格点；
第二模型构建单元，用于依据所述输电线空间点集合，采用抛物线插值法构建输电线实体空间模型；
垂弧计算单元，用于依据所述输电线实体空间模型计算输电线的垂弧值。
5.根据权利要求4所述的基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，其特征在于，所述优化模块，具体包括：
第一模型构建单元，用于构建三维空间模型；
第一投影单元，用于将所述三维空间模型分别投影到各所述输电线图像上，得到真实像素点坐标、三维空间点坐标和相机参数；所述真实像素点坐标为所述三维空间模型在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
第二投影单元，用于将所述三维空间点分别投影到各所述输电线图像上，得到虚拟像素点坐标；所述虚拟像素点坐标为所述三维空间点在各所述输电线图像上的投影点的坐标；
误差计算单元，用于计算重投影误差；所述重投影误差为所述真实像素点坐标与所述虚拟像素点坐标的差值；
最小化单元，用于将所述重投影误差进行最小化，得到最小误差；
优化单元，用于依据所述最小误差分别对所述三维空间点坐标和相机参数进行优化，得到优化后的三维空间点坐标和优化后的相机参数。
6.根据权利要求4所述的基于航拍图像的输电线垂弧测量系统，其特征在于，
所述立方网格点阵在第一方向上的每两个网格点之间的距离小于或等于1米；所述第一方向为与地面平行且与输电线延伸方向平行的方向；
所述立方网格点阵在第二方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在预设范围内；所述第二方向为与所述地面平行且与所述输电线延伸方向垂直的方向；
所述立方网格点阵在第三方向上的每两个网格点之间的距离与所述输电线的解析度值的差值在所述预设范围内；所述第三方向为与所述地面垂直的方向。
CN201910255550.0A 2019-04-01 2019-04-01 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统 Expired - Fee Related CN110084785B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910255550.0A CN110084785B (zh) 2019-04-01 2019-04-01 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910255550.0A CN110084785B (zh) 2019-04-01 2019-04-01 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110084785A CN110084785A (zh) 2019-08-02
CN110084785B true CN110084785B (zh) 2020-12-08

Family

ID=67414116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910255550.0A Expired - Fee Related CN110084785B (zh) 2019-04-01 2019-04-01 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110084785B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110992463B (zh) * 2019-11-11 2023-11-14 国网电力空间技术有限公司 一种基于三目视觉的输电导线弧垂的三维重建方法及系统
CN112835376B (zh) * 2019-11-22 2023-03-10 中国电力科学研究院有限公司 一种用于无人机验电的机头定位方法及系统
CN111062131B (zh) * 2019-12-17 2024-01-23 广东电网有限责任公司 一种输电线路弧垂计算方法和相关装置
CN111504274B (zh) * 2020-04-24 2022-04-19 广西电网有限责任公司百色供电局 一种输电线路三跨区段的精确航测方法
CN111814546A (zh) * 2020-06-03 2020-10-23 国网浙江省电力有限公司 用于输电线弧垂测量的图像识别算法
CN112179276A (zh) * 2020-09-23 2021-01-05 中电投工程研究检测评定中心有限公司 架空线弧垂的测量方法及装置
CN116257761A (zh) * 2023-05-15 2023-06-13 北谷电子股份有限公司 杆塔故障概率预测模型的训练方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105184863A (zh) * 2015-07-23 2015-12-23 同济大学 一种基于无人机航拍序列影像的边坡三维重建方法
CN108898598A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 山东鲁能智能技术有限公司 输电导线监测方法及装置
CN109002662A (zh) * 2018-09-12 2018-12-14 华北水利水电大学 一种多尺度参数耦合的圆弧粗糙表面建模方法
CN109462183A (zh) * 2018-11-30 2019-03-12 北京拓维思科技有限公司 电力线弧垂调整方法和装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100545864C (zh) * 2007-12-20 2009-09-30 四川川大智胜软件股份有限公司 基于软件的环幕帧缓存纹理重贴几何校正方法
US9412034B1 (en) * 2015-01-29 2016-08-09 Qualcomm Incorporated Occlusion handling for computer vision
US9894350B2 (en) * 2015-02-24 2018-02-13 Nextvr Inc. Methods and apparatus related to capturing and/or rendering images
CN108986217B (zh) * 2017-05-31 2021-07-27 中国石油化工股份有限公司 基于图型矢量距离的多点地质统计学建模方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105184863A (zh) * 2015-07-23 2015-12-23 同济大学 一种基于无人机航拍序列影像的边坡三维重建方法
CN108898598A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 山东鲁能智能技术有限公司 输电导线监测方法及装置
CN109002662A (zh) * 2018-09-12 2018-12-14 华北水利水电大学 一种多尺度参数耦合的圆弧粗糙表面建模方法
CN109462183A (zh) * 2018-11-30 2019-03-12 北京拓维思科技有限公司 电力线弧垂调整方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110084785A (zh) 2019-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110084785B (zh) 一种基于航拍图像的输电线垂弧测量方法及系统
CN111473739B (zh) 一种基于视频监控的隧道塌方区围岩变形实时监测方法
CN107314762B (zh) 基于无人机单目序列影像的电力线下方地物距离检测方法
Teller et al. Calibrated, registered images of an extended urban area
CN113192193B (zh) 基于Cesium三维地球框架的高压输电线路走廊三维重建方法
CN108288291A (zh) 基于单点标定物的多相机标定
CN109191533B (zh) 基于装配式建筑的塔吊高空施工方法
KR20130138247A (ko) 신속 3ｄ 모델링
CN103278138A (zh) 一种复杂结构薄部件三维位置及姿态的测量方法
CN113607135A (zh) 一种用于路桥施工领域的无人机倾斜摄影测量方法
CN110595442A (zh) 输电线路通道树障检测方法、储存介质和计算机设备
CN112288848A (zh) 无人机航拍三维建模计算工程量的方法
CN112613107B (zh) 杆塔工程确定施工进度的方法、装置、存储介质及设备
JP2014106118A (ja) 数値表層モデル作成方法、及び数値表層モデル作成装置
CN117274499B (zh) 一种基于无人机倾斜摄影的钢结构加工及安装方法
Haala et al. High density aerial image matching: State-of-the-art and future prospects
CN110889899A (zh) 一种数字地表模型的生成方法及装置
Altuntas et al. Image based methods for surveying heritage of masonry arch bridge with the example of Dokuzunhan in Konya, Turkey
CN116129064A (zh) 电子地图生成方法、装置、设备及存储介质
Barrile et al. 3D modeling with photogrammetry by UAVs and model quality verification
CN110702015B (zh) 输电线路覆冰厚度测量方法及装置
CN118212558A (zh) 一种基于增强现实技术的变压器箱体尺寸视觉测量方法
Skuratovskyi et al. Outdoor mapping framework: from images to 3d model
CN114255457A (zh) 基于机载LiDAR点云辅助的同机影像直接地理定位方法及系统
Dlesk et al. Possibilities of processing archival photogrammetric images captured by Rollei 6006 metric camera using current method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201208

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee