CN111667449A - 一种低功耗电力设施可视化三维监测技术 - Google Patents
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Abstract
本发明综合现有的输电线路在线监测系统，提出了一种低功耗电力设施可视化三维监测技术。创新点在于省去云台转动拍摄的过程，降低功耗，以及应用多幅图像拼接获得全景图像方法的繁琐操作，利用鱼眼全景摄像机采集监控图像，对鱼眼图像进行图像预处理、图像校正处理等过程生成展开的四幅平面图像，维护管理人员在监控中心可直观的观测展开的四幅平面图像。该方法维护成本低，低功耗，实用性强，直观便利，操作简单，灵活高效。
Description
技术领域：
本发明公开一种低功耗电力设施可视化三维监测技术，利用采集的输电线路鱼眼图像生成四幅展开的平面图，可以使维护管理人员能够更加高效直观的对电力输电线路进行检修管理，低功耗，效率高，实现更加灵活高效。
背景技术：
随着我国电网建设的快速发展，电网的覆盖面越来越广、经过的地理、气象条件地区越来越复杂，输电线路是电网设施的重要组成部分，其可靠性及运行状况直接决定整个系统的稳定和安全，也决定了电力企业的经济效益。在电力建设中，高效的输电线路维护管理工作是保障电力输电线路正常运行的关键，输电线路状态监测是实现输电线状态运行检修管理，提升输电线路专业管理精益化水平的重要技术手段，尤其是视频图像监控，由于其具有直观准确性特点，其对于快速及时确定异常情况的种类以及具体位置起着十分关键的作用。
由于视频图像监测具有直观准确性，其被广泛应用于输电线路在线检测系统，为使覆盖较大的监控范围，都是利用云台摄像机在某个监控区域内重复扫描，或多个固定的摄像机来覆盖整个监视区域。现有的状态检测系统，在利用图像进行异常监测时，都是对拍摄传回的每张图片单独进行查看分析，判断该拍摄位置是否有异常。由于摄像机的摄影视角有限，单张图像只能拍摄到一个较小的范围，一个较大的监控范围就会有很多张监控图像，而且由于同一场景云台转动拍摄的相邻监控图像重叠部分较多，如果对每张都单独查看分析，重复工作比较多，工作量比较大，同时，单张图像相对于整个监控场景来说，查看、定位监控位置不够直观，效率低。因此，本发明设计了一种低功耗电力设施可视化三维监测技术，在监控范围内利用鱼眼镜头对输电线路拍摄获得监控图像，系统对鱼眼图像进行校正处理工作生成四幅展开的平面图像，维护管理人员在监控中心可直观的观测平面图像，该策略对输电线路日常维管和应急抢修任务处理中有着至关重要的作用。为了解决上述问题，本发明提出了一种低功耗电力设施可视化三维监测技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种低功耗电力设施可视化三维监测技术。该技术利用鱼眼镜头监控输电线路，省去了现有的状态检测系统使用云台转动拍摄相邻监控图像以及应用多幅图像拼接获得全景图像的方法，因此该技术实现起来工作量少，功耗低，操作简单，灵活高效。
低功耗电力设施可视化三维检测技术利用鱼眼镜头对监控地区的输电线路采集各种图像数据，经通信单元传回主站监控中心。主站监控中心服务器平台有对图像进行校正处理模块，可对采集的鱼眼监控图像进行图像处理获得展开的四幅平面图像，以完整便于查看的形式展现给工作人员，工作人员在监控端可以直观的观测到更广阔、多角度、完整的监控场景，有利于输电线路的检修管理。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
鱼眼镜头全景摄像机因采用的镜头和图像传感器与普通镜头的矩形传感器有着本质上的差异，因此其成像原理也不很相同。由于鱼眼镜头焦距越短，视角越大，而视角越大，因光学原理产生的变形也就越强烈的特点，所以为了达到水平360°，垂直180°的超大视角，鱼眼镜头允许“桶形畸变”合理存在，除了画面中心的景物保持不变，其它本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化。由于景深曲率的影响，鱼眼镜头成像会形成一个异于人类视觉习惯的圆形图像，其图像边缘的像素点完全被拉伸，因此如何对圆形图像进行校正，以及保证鱼眼图像的有效像素不丢失就是十分关键的技术。图像的畸变十分严重，不符合正常视觉感受，故需要图像校正处理技术消除鱼眼镜头畸变。
本发明主要包括图像采集、图像预处理、确定鱼眼图像的半径和圆形、图像校正处理四个模块组成。具体技术方案如下：
1)图像采集
利用鱼眼全景摄像机对监控地区的输电线路采集各种图像数据，经通信单元传回到主控中心。
2)图像预处理
由于客观条件或者鱼眼摄像机自身的不足造成实际拍摄下来的图像存在模糊、歪斜或缺损等情况，不能如实反映景物的全部信息或对信息有严重影响，因此，对刚拍摄到的图像进行预处理再进一步校正图像产生的畸变。图像预处理一般包括图像二值化处理、滤波去噪、增强图像对比度等过程。图像预处理过程可以减弱图像中的噪声，增强有用信息，处理结果将会对后期提取图像轮廓和畸变校正结果的质量造成影响。
3)确定鱼眼图像的半径和圆心
鱼眼镜头拍摄的图像四周黑色部分是无用信息，只有中间圆形区域内的信息需要提取出来，进行校正。因此，在畸变校正前，先选取鱼眼图像的轮廓，确定鱼眼图像有效信息所在范围，求出其圆心位置和半径大小，方便图像校正拼接处理。
4)图像校正处理：
由于鱼眼图像的性质，将鱼眼图像采用“切蛋糕”一样，均匀分割成若干块，如图1所示，首先将鱼眼图像均分成8块(近似看作三角形)，将三角形中的每一行像素点坐标按比例拉伸，变换为矩形，然后将上述变换后的图形相邻的部分进行拼接，得到展开的180°全景图像，最后用全景图像生成四幅平面图。
其分析过程有如下步骤来完成：
(1)设鱼眼图像上任意坐标(i，j)的像素信息值为f(i，j)，假设所得的鱼眼图像的边长为L，可以确定图像数据信息的矩阵表达形式如式：
f(i，j)表示该像点的信息，i表示图像信息矩阵的行，j表示图像信息矩阵的列；
(2)在鱼眼图像中以圆心为原点建立极坐标系，假设源图像上的一点P(x0，y0)，变换到极坐标系中，成为点
切割后得到的子图像矩阵OABC中，图像像素信息用 f1(i1，j1)表示；
(3)点
对应的图像信息的坐标为f1(i2，j2)，通过上述的算法思想将其变换成矩阵 S1(u，v)中的点S1(u1，v1)，转换关系式为如下公式，式中
(4)变换完成后，将生成的8子图像如图2中所示，在矩形M和N中逐列比较像素信息，当S1(u，v1)＝S2(u，v2)时，寻求有相同元素最多的一条直线，即为缝合线，在图2中标注的v1和v2；
(5)根据缝合线，将A矩阵中v1列右侧的像素信息删除，矩阵B中v2左侧的信息删除，合并两矩阵，组成新的图像信息矩阵。同理，将之前切割的8个三角形拼接起来，形成一幅全景图像；
(6)利用全景图像，进行相关的处理生成四幅平面图像。
本发明的有益效果是：
本发明涉及低功耗电力设施可视化三维检测技术，使工作人员在对输电线路进行检修时，不需要再对同一监控区域的大量的监控图片进行单独查看分析异常，监控中心只需要不断接收前端传回的监控的鱼眼图像，就可以将不规则的鱼眼图像校正处理生成展开的四幅平面图像，给用户提供直观的观测体验，可使维护人员只需要集中精力于四幅平面图像，查看细节，操作更加简单高效。
附图说明：
下面结合附图和实施方案对本发明进一步说明。
图1是本发明提出的鱼眼图像分割图模型。
图2是本发明中鱼眼图像校正处理算法过程。
图3是本发明提出的鱼眼图像处理过程架构。
图4是本发明中鱼眼图像具体实现过程框图。
图5是本发明的实施效果图。
具体实施方式：
以下结合具体实例，对本发明进行详细说明。
图3为鱼眼图像处理过程架构，该架构主要包括鱼眼镜头、图像传感器、主控中心、四幅平面图像，该处理过程利用鱼眼镜头采集输电线路全景图像，经过图像传感器传回主控中心，监控中心人员对接收到的鱼眼图像进行校正处理生成四幅平面图像。
图4为鱼眼图像具体实现过程框图，该过程对采集的输电线路鱼眼图像首先进行图像预处理过程(图像二值化处理、滤波去噪、增强图像对比度等)，图像预处理过程可以减弱图像中的噪声，增强有用信息，得到更清晰的图像信息。然后明确鱼眼图像的信息存在的范围及有效信息区域，求出该圆形区域的圆心和半径。应用得出的图像圆心和半径，采用上述的校正处理算法对图像进行校正、拼接图像信息，得出展开的全景图，最后处理生成四幅平面图。
实施效果：
为了验证本发明的实用性，下面通过具体的实现效果来说明。
对鱼眼镜头采集到的监控图像进行相应校正处理获得展开的四幅平面图像如图5所示，相对利用云台转动拍摄相邻监控图像进行拼接获得展开的全景图像，本发明的优点在于省去云台转动拍摄的过程以及应用多幅图像拼接获得全景图像方法的繁琐操作，维护管理人员在监控中心可直观的观测展开的四幅平面图像。该方法维护成本低，低功耗，实用性强，直观便利，操作简单，更加灵活高效。
Claims (2)
1.一种低功耗电力设施可视化三维监测技术，该技术在监控范围内利用鱼眼镜头对输电线路拍摄获得监控图像，系统对鱼眼图像进行校正处理工作生成展开的四幅平面图像。对于现有的输电线路状态监测系统，为使覆盖较大的监控范围，都是利用云台摄像机在某个监控区域内重复扫描，或多个固定的摄像机来覆盖整个监视区域，在利用图像进行异常监测时，都是对拍摄传回的每张图片单独进行查看分析，判断该拍摄位置是否有异常。由于摄像机的摄影视角有限，单张图像只能拍摄到一个较小的范围，一个较大的监控范围就会有很多张监控图像，而且由于同一场景云台转动拍摄的相邻监控图像重叠部分较多，如果对每张都单独查看分析，重复工作比较多，工作量比较大，同时，单张图像相对于整个监控场景来说，查看、定位监控位置不够直观，效率低。该技术的创新点在于省去云台转动拍摄的过程，降低功耗，以及应用多幅图像拼接获得全景图像的繁琐操作，利用鱼眼全景摄像机采集监控图像，经过图像预处理、图像校正处理等过程生成展开的四幅平面图像，维护管理人员在监控中心可直观的观测展开的四幅平面图像。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗电力设施可视化三维监测技术，其特征在于，在不影响系统工作效率的情况下，保证功耗最小，实用性强。该技术应用于在监控范围内利用鱼眼镜头对输电线路拍摄获得监控图像，系统对鱼眼图像进行校正处理工作生成展开的四幅平面图像。该技术省去了现有的状态检测系统使用云台转动拍摄相邻监控图像以及应用多幅图像拼接获得全景图像的繁琐操作，因此该技术维护成本低，低功耗，实用性强，直观便利，操作简单，更加灵活高效。
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2019
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