CN111563961B - 一种变电站的三维建模方法和相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变电站的三维建模方法和相关装置，用于解决现有的变电站三维建模方法得到的变电站三维模型不够精确，与变电站实际情况存在一定的偏差的技术问题，其中方法包括：基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；对全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，其中，目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

Description

一种变电站的三维建模方法和相关装置

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种变电站的三维建模方法和相关装置。

背景技术

随着计算机技术的发展，基于虚拟现实的场景建模技术成为当前研究的重点，其中，三维虚拟模型由于能逼真的显示真实场景从而得到了广泛的关注。

当前，随着变电站的复杂程度以及自动化程度越来越高，对变电站的设备管理性显得尤为重要。对于变电站的设备管理，传统方法主要是基于Web数据库管理系统，即通过数据显示的方式实时获取变电站中各个电力设备的实际运行情况，如，变电站中的某一电力设备出现故障时，在计算机上对应该电力设备在计算机上的图形符号显示故障提示。虽然该种方法能得到是哪一个电力设备出现了故障，但是，却无法得知该电力设备的实际位置和类型。因此，在技术人员对该电力设备进行检修时，需要逐一的排查变电站中的各个电力设备，如此，会浪费技术人员的大量时间导致电力设备的检修效率较低。为了解决该问题，现有技术中通过将变电站中的电力设备通过三维场景模型的方式进行体现，从而能够直观的获知各个电力设备在变电站中的实际位置，但现有的变电站三维建模方法得到的变电站三维模型不够精确，与变电站实际情况存在一定的偏差。

发明内容

本申请提供了一种变电站的三维建模方法和相关装置，用于解决现有的变电站三维建模方法得到的变电站三维模型不够精确，与变电站实际情况存在一定的偏差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种变电站的三维建模方法，包括：

基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；

对所述全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；

将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，其中，所述目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

可选的，所述对所述全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像，包括：

对所述全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理。

可选的，所述将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，包括：

基于三维注册技术将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型。

可选的，所述基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像，包括：

基于固定式全景摄像机或移动式全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

本申请第二方面提供了一种变电站的三维建模装置，包括：

采集单元，用于基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；

预处理单元，用于对所述全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；

映射单元，用于将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，其中，所述目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

可选的，所述预处理单元具体用于：

对所述全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理。

可选的，所述映射单元具体用于：

基于三维注册技术将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型。

可选的，所述采集单元具体用于：

基于固定式全景摄像机或移动式全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

本申请第三方面提供了一种变电站的三维建模设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的变电站的三维建模方法。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的变电站的三维建模方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种变电站的三维建模方法，包括：基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；对全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，其中，目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

本申请中的变电站的三维建模方法，通过全景摄像机采集目标变电站的全景影像，可以避免虚实目标遮挡问题；将目标变电站的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型中，从而将变电站的真实场景与变电站的三维虚拟模型进行融合，得到三维虚拟融合模型，该三维虚拟融合模型精度高，更贴近于目标变电站的实际情况，当某一电力设备出现故障时，通过该三维虚拟融合模型可以更准确的得到该故障的电力设备在变电站中的位置；通过对全景影像进行预处理，将预处理后的全景影像与三维虚拟模型进行融合，能够进一步提高三维模型的精度，从而解决了现有的变电站三维建模方法得到的变电站三维模型不够精确，与变电站实际情况存在一定的偏差的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种变电站的三维建模方法的一个流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种变电站的三维建模装置的一个结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种变电站的三维建模方法的一个实施例，包括：

步骤101、基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

需要说明的是，本申请实施例中可以通过多点分布的固定式全景摄像机拍摄获取固定式的全景影像，也可以通过车载、机载的全景摄像机拍摄获取移动式的全景影像。具体的，固定式全景影像：通过多点分布的固定式全景摄像机拍摄，以覆盖一定的变电站区域面积，之后利用视频平滑过渡技术来获取具有场景切换效果的变电站全景影像；移动式全景影像：通过车载全景和航空全景来记录复杂或特殊区域的全景影像信息，并且通过稳像技术来获取移动式的变电站全景影像。其中，全景摄像机可为鱼眼全景摄像机或多镜头拼接全景摄像机，本申请实施例中优选采用多镜头拼接全景摄像机。本申请实施例中通过采用全景摄像机采集目标变电站的全景影像，能够有效避免虚实目标遮挡的问题

步骤102、对全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像。

需要说明的是，为了更好的融合全景影像和三维虚拟模型，本申请实施例中在融合前对全景影像进行预处理操作，减少其他因素的干扰。

作为进一步的改进，本申请实施例对采集的全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理，消除因拍摄环境和拍摄设备造成的图像几何畸变和噪声等瑕疵，可以通过高斯滤波、均值滤波等来抑制环境因素影响(如光线变化、烟雾影响等)和拍摄设备精度因素产生的噪声。针对原始影像中的几何畸变，可以对全景影像进行几何畸变矫正，通过坐标变换来还原影像中电力设备的实际空间位置和形状。具体的，首先测量摄像机外部参数，即摄像机所在位置相对于真实场景各点的方位参数，再结合摄像机的内部参数，即根据摄像机针孔透视成像原理确定三维场景到二维成像平面的坐标系变化；然后确定虚拟物体在真实场景三维空间中的形状和位置，完成对虚拟物体到真实场景图像的坐标系变换。

步骤103、将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型。

需要说明的是，通过将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，从而将变电站的真实场景与三维虚拟模型进行融合得到三维虚拟融合模型，其中，目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到，具体的，在建模前期，可以根据电力设备实物或设计图纸建模，图纸能够提供最精确的设备结构信息，也可以通过测量实物尺寸进行建模，目标变电站内设备模型以零件级为单位，做到目标变电站内设备模型上的每一个零件都是可拆卸的，且按照实物等比例建立。当目标变电站内设备零件全部建立完成后，可以通过3DMax软件内的几何约束关系，将零件组成装配体一层一层逐步向上装配，最终装配出整套变电站场景模型。模型建设好后导入到Unity3D平台中，之后可以使用逻辑引擎给该模型添加数学逻辑关系和几何约束条件，从而完成目标变电站的三维虚拟模型建立，其中，数学逻辑关系代表了各模块之间的物理量关联及数学模型，如部件之间的受力关系、电气连接及信息连接关系等，几何约束条件代表了各模块之间的几何位置关系。

作为进一步地改进，本申请实施例中可以对虚拟环境建立不同分辨率的三维模型，高分辨率三维模型分辨率高、纹理细腻，可以满足用户对三维模型尺寸量测、体积计算、高清展示的需求，用于变电站内的设备模型；低分辨率模型制作成本低，覆盖面广，可以经济高效的生产较大面积的三维模型，用于非检测设备以外的虚拟模型。

作为进一步的改进，本申请实施例中基于三维注册技术将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，具体的，可以根据全景影像来搜索三维虚拟模型外轮廓边缘信息或点特征，并与预先给定的三维模型边缘信息进行匹配，以实现变电站设备的三维注册，具体步骤为：1)根据变电站真实场景中提取的特征点及摄像机的透视投影模型，计算得到真实场景到摄像机空间之间的坐标转换关系，其中，可以通过在真实场景中的目标位置处布置传感器，获取目标位置处的三维坐标作为特征点；2)根据摄像机空间与成像平面之间的坐标转换关系，求得真实场景到图像平面的转换关系；3)根据真实场景到图像平面的转换关系和已知的三维虚拟空间与真实场景之间的坐标转换关系，得到三维虚拟模型各点在真实场景坐标下的投影点之间的转换关系，从而将虚拟场景准确定位到真实环境的三维空间中，实现三维注册。

将全景影像中的物理影像信息准确映射到三维虚拟模型中，即将真实场景与三维虚拟模型进行融合，需要通过摄像机标定以及两个坐标系转换过程来实现。具体的，可以通过摄像机标定获得摄像机的内部参数(焦距、视角、成像面积等)，根据特征点求取用于表示摄像机位姿的外部参数(旋转矩阵、平移向量等)，然后根据摄像机位姿信息将三维虚拟模型放置到真实场景中；两个坐标转换过程包括从世界坐标到摄像机坐标的转换、以及从摄像机坐标到成像坐标系的转换，这两个过程的转换问题就是摄像机外参矩阵的求解问题，摄像机外参矩阵的求解过程属于现有技术，在此不再对该过程进行赘述。

本申请实施例中的变电站的三维建模方法，通过全景摄像机采集目标变电站的全景影像，可以避免虚实目标遮挡问题；将目标变电站的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型中，从而将变电站的真实场景与变电站的三维虚拟模型进行融合，得到三维虚拟融合模型，该三维虚拟融合模型精度高，更贴近于目标变电站的实际情况，当某一电力设备出现故障时，通过该三维虚拟融合模型可以更准确的得到该故障的电力设备在变电站中的位置；通过对全景影像进行预处理，将预处理后的全景影像与三维虚拟模型进行融合，能够进一步提高三维模型的精度，从而解决了现有的变电站三维建模方法得到的变电站三维模型不够精确，与变电站实际情况存在一定的偏差的技术问题。

为了便于理解，请参考图2，本申请实施例提供的一种变电站的三维建模装置，包括：

采集单元201，用于基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；

预处理单元202，用于对全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；

映射单元203，用于将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，其中，目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

作为进一步地改进，预处理单元202具体用于：

对全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理。

作为进一步地改进，映射单元203具体用于：

基于三维注册技术将预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型。

作为进一步地改进，采集单元201具体用于：

基于固定式全景摄像机或移动式全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

本申请实施例还提供一种变电站的三维建模设备，设备包括处理器以及存储器；

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行前述变电站的三维建模方法实施例中的变电站的三维建模方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述变电站的三维建模方法实施例中的变电站的三维建模方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种变电站的三维建模方法，其特征在于，包括：

基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；

对所述全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像，包括：对所述全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理；

将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，包括：

基于三维注册技术将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，具体的，根据全景影像搜索三维虚拟模型外轮廓边缘信息或点特征，并与预置的三维模型边缘信息进行匹配，完成变电站设备的三维注册，具体包括：

根据变电站真实场景提取的特征点及摄像机的透视投影模型，计算得到真实场景到摄像机空间之间的坐标转换关系；根据摄像机空间与成像平面之间的坐标转换关系，得到真实场景到图像平面的转换关系；根据真实场景到图像平面的转换关系和已知的三维虚拟空间与真实场景之间的坐标转换关系，得到三维虚拟模型各点在真实场景坐标下的投影点之间的转换关系，将虚拟场景准确定位到真实环境的三维空间中，完成变电站设备的三维注册，其中，所述目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

2.根据权利要求1所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，所述基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像，包括：

基于固定式全景摄像机或移动式全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

3.一种变电站的三维建模装置，其特征在于，包括：

采集单元，用于基于全景摄像机采集目标变电站的全景影像；

预处理单元，用于对所述全景影像进行预处理，得到预处理后的全景影像；所述预处理单元具体用于：

对所述全景影像进行几何畸变矫正或去噪声处理；

映射单元，用于将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，包括，基于三维注册技术将所述预处理后的全景影像中的物理影像信息映射到所述目标变电站的三维虚拟模型，得到三维虚拟融合模型，具体的，根据全景影像搜索三维虚拟模型外轮廓边缘信息或点特征，并与预置的三维模型边缘信息进行匹配，完成变电站设备的三维注册，具体包括：

根据变电站真实场景提取的特征点及摄像机的透视投影模型，计算得到真实场景到摄像机空间之间的坐标转换关系；根据摄像机空间与成像平面之间的坐标转换关系，得到真实场景到图像平面的转换关系；根据真实场景到图像平面的转换关系和已知的三维虚拟空间与真实场景之间的坐标转换关系，得到三维虚拟模型各点在真实场景坐标下的投影点之间的转换关系，将虚拟场景准确定位到真实环境的三维空间中，完成变电站设备的三维注册，其中，所述目标变电站的三维虚拟模型基于三维建模方法得到。

4.根据权利要求3所述的变电站的三维建模装置，其特征在于，所述采集单元具体用于：

基于固定式全景摄像机或移动式全景摄像机采集目标变电站的全景影像。

5.一种变电站的三维建模设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-2任一项所述的变电站的三维建模方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-2任一项所述的变电站的三维建模方法。