CN112686938A - 基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法，通过采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；并基于双目成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离；当输电线路与被跨越物的垂直净空距离小于或等于预设垂直净空距离时，或输电线路与被跨越物的水平净空距离小于或等于预设水平净空距离时，向输电线路运维人员发出净距越限告警。本发明将输电线路净距计算与安全告警问题，利用图像处理的方式结合双目成像模型进行解决，充分利用现有的直升机、无人机巡检所采集的图像信息，与现有的接触式和非接触式监测方法相比，监测的灵活性更强、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高。

Description

基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法

技术领域

本发明涉及输电设备安全技术领域，具体地说，涉及一种基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法。

背景技术

输电线路的净空距离是输电线路设计及运行中的一个重要参数，线路老化、运行负荷和周围环境变化，都会造成线路弧垂改变，导致线路与被跨越物的净空距离不足，从而影响线路的安全运行。因此，对输电线路的净距进行快速自动测量，并结合交叉跨越物的最小净距要求，自动识别安全隐患，发出风险告警，具有重要的工程应用价值。

输电线路弧垂和净空距离相互关联，为了保持线路与被跨越物之间的安全距离，常使用实时监测弧垂的方式间接监测线路净空距离，以保证线路安全运行。目前常用的弧垂/净距测量方法有人工观测法和实时自动测量法。人工观测易受地理与自然环境等多种因素的影响，对于地形复杂的地区，很难开展人工作业。国内外电力部门及研究机构对输电线路弧垂实时自动监测方法已进行了多年研究，也研发出了几款弧垂在线监测装置。弧垂监测方法按照监测装置是否与输电线路相接触分为接触式与非接触式，其中接触式方法包括基于温度或基于导线应力间接测量弧垂，非接触式方法包括基于电场逆运算、超声波测距、基于全球定位系统测量弧垂。对于接触式和非接触式监测方法，虽然测量精度能达到工程所需要求，但两者都存在较大的监测成本和维护成本，应用普遍性与可推广性不高。

因此，如何提供一种监测方式更灵活、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高的监测输电线路的净空距离并进行及时进行安全告警的技术方案，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明实际需要解决的问题是：提供一种监测灵活性更强、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高的监测输电线路的净空距离并进行及时进行安全告警的技术方案。

本发明才用了如下的技术方案：

一种基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，包括如下步骤：

S1、采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；

S2、基于双面成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离。

优选地，步骤S1包括：

S101、采集输电线路双目巡检图像并对输电线路双目巡检图像进行预处理，得到分割后灰度图像及相机内部和外部参数信息；

在无人机或直升机巡检输电线路过程中，利用双目相机采集输电线路双目巡检图像；对获取的输电线路双目巡检图像进行分割得到分割后图像；利用张正友标定法对相机进行参数标定，获取得到相机内部和外部参数信息，并对分割后图像进行灰度图转化得到分割后灰度图像；相机内部参数信息包括：相机光学点到成像平面的距离f，成像平面原点位置(c_x、c_y)，图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃以及图像切向畸变参数p₁、p₂；相机外部参数信息包括：双目相机右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R，平移向量t；

S102、对分割后灰度图像进行极线纠正；

利用图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃对图像进行畸变修正，如下式所示：

式中，x_rad和y_rad分别表示像素点在水平和垂直方向上的径向畸变；x_id和y_id分别表示像素点在水平和垂直方向上不存在畸变的像素坐标；x_ta和y_ta分别表示像素点在水平和垂直方向上的切向畸变；r表示x_id和y_id的平方和；

利用相机外部参数信息将左右相机像平面进行旋转平移，使两个像平面在y轴方向上保持同一水平点；

S103、对极线纠正后的左右灰度图像进行立体匹配，使匹配后的图像能量值最小，获取最小能量值时各像素点的视差值，并以此求取各空间点的深度值，即z轴坐标；

采用SGM算法对分割后灰度图像进行空间立体匹配，视差范围(D_min～D_max)，反复迭代得到最小能量值，进而完成立体匹配；SGM提出的能量函数E(D)如下式所示：

式中，D_q表示像素点q的视差值；C(p,D_p)表示当像素点p的视差值为D_p时的匹配代价；P₁和P₂表示惩罚系数，T[·]表示判断函数，括号内容表示判断条件，是则返回1，否则返回0，；

S104、对立体匹配后的图像进行边缘检测，提取图像特征点；

将Sobel算子与立体匹配后的图像做平面卷积得到水平和垂直方向上的亮度差分近似值G_x和G_y，表达式为：

式中，Sobel_g_x和Sobel_g_y分别为Sobel算子在水平和垂直方向上的卷积因子，A表示图像中目标像素点及其相邻8个方向上的灰度值矩阵，目标像素点为输电线路和对应的被跨越物的像素点；

平面卷积后的图像的灰度为G，

对平面卷积后的图像进行边缘检测得到图像特征点。

优选地，步骤S2包括：

S201、获取空间点三维坐标；

基于双目成像模型对输电线路及被跨越物特征点进行三维坐标转化，对于任一像素点p为例，以左相机为三维空间原点，根据相似三角形原理，推导出像素点p三维坐标的关系为

式中，x_p表示像素点p的x轴坐标；y_p表示像素点p的y轴坐标；z_p表示像素点p的z轴坐标；y_pL、y_pR分别表示在y-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距y轴坐标原点的距离；x_pL、x_pR表示在x-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距x轴坐标原点的距离；B表示基准距离，即左右相机间距；像素点p的三维坐标(x_p,y_p,z_p)为

式中，d表示各像素点视差值；

S202、按输电线路与被跨越物位置关系分为垂直和水平方向进行输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离计算：

利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在水平方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx和Δy分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_i和x_j分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_i和y_j分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,n₁和n₂为边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的水平净空距离L_f：

式中，x′_i和x′_j分别为x方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_i和y′_j分别为y方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为强纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及被跨越物边缘特征点，利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在垂直方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx′和Δy′分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_a和x_b分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_a和y_b分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,m₁和m₂为输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

式中，x′_a和x′_b分别为x方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_a和y′_b分别为y方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为弱纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及杆塔边缘特征点，取输电线路y轴上的最小点y_s为线路弧垂最大位置，如下式所示：

y_s＝min{y₁,y₂,...,y_a}a＝1,2,...,m₁

由弧垂点、输电线路所在两杆塔最低点构造平面三角形

式中，(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)分别为两杆塔三维坐标，(x_s,y_s,z_s)为最大弧垂点的三维坐标，t、s、l为该平面三角形三边长；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

一种基于双目图像测距的输电线路净距安全告警方法，采用上述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法得到输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离；当输电线路与被跨越物的垂直净空距离小于或等于预设垂直净空距离时，或输电线路与被跨越物的水平净空距离小于或等于预设水平净空距离时，向输电线路运维人员发出净距越限告警。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)将输电线路净距计算与安全告警问题，利用图像处理的方式结合双目成像模型进行解决，充分利用现有的直升机、无人机巡检所采集的图像信息，与现有的接触式和非接触式监测方法相比，监测更灵活、运维成本更低、应用普遍性与可推广性更高；

2)按照输电线路与被跨越物的位置关系，将净距监测分为垂直、水平方向的多维度测量，并实时考虑输电线路与被跨越物的纹理关系，在垂直方向上分为弱纹理、强纹理测量方法，有利于避免图像处理的弱项，提高测量的准确度；

3)利用测距结果，结合输电线路运行和设计规定，在不同维度进行实时告警，克服传统线路巡检方式单维度、地域限制的缺陷，有利于输电线路的实时状态把控。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明公开的基于双目图像测距的输电线路净距计算与安全告警方法的流程图；

图2为双目测距模型原理图

图3为示例中极线纠正后的正视图；

图4为示例中极线纠正后的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，包括如下步骤：

S1、采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；

S2、基于双面成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离。

在日常巡检中，无人机或巡检直升机利用拍摄或录像装置，对巡检线路进行图像记录。然而，拍摄的海量图像资料，目前应用较多的是通过图像识别绝缘子破损、外飘物等。其实，这些图像信息包含线路的实时位置状态信息和基本结构特征，可为实时净距计算提供直观、有效的信息，但目前还未见报道有关弧垂测距和净距不足隐患的自动识别方法。

因此，本发明将输电线路净距计算与安全告警问题，利用图像处理的方式结合双目成像模型(如图2所示)进行解决，充分利用现有的直升机、无人机巡检所采集的图像信息，与现有的接触式和非接触式监测方法相比，监测成本和维护成本更低、应用普遍性与可推广性更高。此外，本发明按照输电线路与被跨越物的位置关系，将净距监测分为垂直、水平方向的多维度测量，能够有效提高测量的准确度。

具体实施时，步骤S1包括：

S101、采集输电线路双目巡检图像并对输电线路双目巡检图像进行预处理，得到分割后灰度图像及相机内部和外部参数信息；

在无人机或直升机巡检输电线路过程中，利用双目相机采集输电线路双目巡检图像；对获取的输电线路双目巡检图像进行分割得到分割后图像；利用张正友标定法对相机进行参数标定，获取得到相机内部和外部参数信息，并对分割后图像进行灰度图转化得到分割后灰度图像；相机内部参数信息包括：相机光学点到成像平面的距离f，成像平面原点位置(c_x、c_y)，图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃以及图像切向畸变参数p₁、p₂；相机外部参数信息包括：双目相机右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R，平移向量t；

对某地区单回路杆塔线路的拍摄图像进行测试，拍摄图像中杆塔参数如表1所示。

表1输电杆塔结构参数

以上述地区为例，选取当天15:00左右正拍图像(正视图)及18:20左右侧拍图像(侧视图)。所使用的双目相机为ZED双目相机，采用的像素标准为1080P，在该清晰度标准下的相机标定参数如下。

distCoeffL＝[-0.0397,0.0084,-0.0005,-0.0003,-0.0045]

distCoeffR＝[-0.0454,0.0139,-0.0005,-0.0003,-0.0045]

T＝[120.0230，-0.0594，-0.4621]

rec＝[-0.0015,-0.0044,-0.0003]

随后利用Matlab灰度转化函数对拍摄所的图像进行灰度转化。

S102、对分割后灰度图像进行极线纠正；

利用图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃对图像进行畸变修正，如下式所示：

式中，x_rad和y_rad分别表示像素点在水平和垂直方向上的径向畸变；x_id和y_id分别表示像素点在水平和垂直方向上不存在畸变的像素坐标；x_ta和y_ta分别表示像素点在水平和垂直方向上的切向畸变；r表示x_id和y_id的平方和；

利用相机外部参数信息将左右相机像平面进行旋转平移，使两个像平面在y轴方向上保持同一水平点，这样，后续立体匹配时只需遍历同一线上的点即可获取同名点。

以上述地区为例，利用标定所得内外参数，对图像进行畸变纠正后，对左右相机成像平面进行旋转平移，使其平面、极线相互平行。当天15:00左右正拍图像(正视图)及18:20左右侧拍图像(侧视图)的极线纠正后的图像如图3、图4所示。

S103、对极线纠正后的左右灰度图像进行立体匹配，使匹配后的图像能量值最小，获取最小能量值时各像素点的视差值，并以此求取各空间点的深度值，即z轴坐标；

采用SGM算法对分割后灰度图像进行空间立体匹配，视差范围(D_min～D_max)(可根据拍摄场景及深度预先选取，一般设置为32～256)，反复迭代得到最小能量值，进而完成立体匹配；SGM提出的能量函数E(D)如下式所示：

式中，D_q表示像素点q的视差值，C(p,D_p)表示当像素点p的视差值为D_p时的匹配代价；P₁和P₂表示惩罚系数，T[·]表示判断函数，括号内容表示判断条件，是则返回1，否则返回0；等式右侧第一项表示所有像素点匹配代价的累加；等式右侧第二项表示，当像素点和其N_p邻域内的所有像素点的视差变化在1个像素时，按照惩罚系数P₁进行叠加；等式右侧第三项表示，当像素点和其N_p邻域内的所有像素点的视差变化在1个像素以上时，按照惩罚系数为P₂进行叠加。这样匹配过程既能够适应视差变化小的情形，也能正确处理视差非连续的情况。

S104、对立体匹配后的图像进行边缘检测，提取图像特征点；

采用Sobel算子对拍摄的图像进行处理，该算子在x(横向)、y(纵向)两个方向的卷积因子Sobel_g_x、Sobel_g_y的表达式分别为：

该算子包含两组3×3的矩阵，将之与图像做平面卷积，即可分别得到水平和垂直方向上的亮度差分近似值G_x和G_y，表达式为：

式中，Sobel_g_x和Sobel_g_y分别为Sobel算子在水平和垂直方向上的卷积因子，A表示图像中目标像素点及其相邻8个方向上的灰度值矩阵，目标像素点为输电线路和对应的被跨越物的像素点；

平面卷积后的图像的灰度为G，

根据边缘处存在明显灰度差异这一条件，作为边缘点判别依据进行检测边缘，即可获取边缘点像素信息，得到特征点。

具体实施时，步骤S2包括：

S201、获取空间点三维坐标；

基于双目成像模型对输电线路及被跨越物特征点进行三维坐标转化，对于任一像素点p为例，以左相机为三维空间原点，根据相似三角形原理，推导出像素点p三维坐标的关系为

式中，x_p表示像素点p的x轴坐标；y_p表示像素点p的y轴坐标；z_p表示像素点p的z轴坐标；y_pL、y_pR分别表示在y-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距y轴坐标原点的距离；x_pL、x_pR表示在x-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距x轴坐标原点的距离；B表示基准距离，即左右相机间距；像素点p的三维坐标(x_p,y_p,z_p)为

式中，d表示各像素点视差值；

S202、按输电线路与被跨越物位置关系分为垂直和水平方向进行输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离计算：

利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在水平方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx和Δy分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_i和x_j分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_i和y_j分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,n₁和n₂为边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的水平净空距离L_f：

式中，x′_i和x′_j分别为x方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_i和y′_j分别为y方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为强纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及被跨越物边缘特征点，利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在垂直方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx′和Δy′分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_a和x_b分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_a和y_b分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,m₁和m₂为输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

式中，x′_a和x′_b分别为x方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_a和y′_b分别为y方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为弱纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及杆塔边缘特征点，取输电线路y轴上的最小点y_s为线路弧垂最大位置，如下式所示：

y_s＝min{y₁,y₂,...,y_a}a＝1,2,...,m₁

由弧垂点、输电线路所在两杆塔最低点构造平面三角形

式中，(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)分别为两杆塔三维坐标，(x_s,y_s,z_s)为最大弧垂点的三维坐标，t、s、l为该平面三角形三边长；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

本发明中，若采集的图像除了输电线路和杆塔之外，不包括其他的被跨越物，则图像属于弱纹理图像，若图像包括其他的被跨越物，例如树木或建筑物等，则图像属于强纹理图像。本发明中，可对所拍摄图像进行灰度、连通区域形状、局部一致性分析，确定输电线路巡检图像的强弱纹理关系，此为现有技术，在此不再赘述。

本发明中，除了按照输电线路与被跨越物的位置关系，将净距监测分为垂直、水平方向的多维度测量外，还实时考虑输电线路与被跨越物的纹理关系，在垂直方向上根据采集的图像的不同，将图像分为弱纹理图像及强纹理图像，并采用不同的方法进行测量，这样有利于避免图像处理的弱项，提高测量的准确度。

本发明在上述基于双目图像测距的输电线路净距计算方法的基础上，还公开了一种基于双目图像测距的输电线路净距安全告警方法，采用上述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法得到输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离；当输电线路与被跨越物的垂直净空距离小于或等于预设垂直净空距离时，或输电线路与被跨越物的水平净空距离小于或等于预设水平净空距离时，向输电线路运维人员发出净距越限告警。

具体的，可按照GB 50545《110kV～750kV架空输电线路设计规范》和DL/T 741《架空输电线路运行规程》中对输电线路交叉跨越的垂直和水平净距规定，在垂直和水平方向上分别进行距离比对，如下式所示，当计算的净距小于等于规定的最小净距时，向输电线路运维人员发出净距越限告警

其中，L_fs、L_vs分别表示输电线路与被跨越物之间最小水平和垂直距离。仍以上述地区采集的图像为例，测量数据如表2和表3所示(括号内数值用于跨越杆顶或塔顶)。

表2导线对跨越物之间的最小水平距离(m)

表3导线对跨越物之间的最小垂直距离(m)

例如，因所拍摄线路段垂直方向上的被跨越物为地面，所研究对象为输电线路弧垂点和地面。将所拍摄图像经过极线纠正、边缘检测、视差图获取后得到输电线路边缘点、杆塔边缘点及对应视差值，再通过双目成像模型得到输电线路及杆塔边缘点三维坐标，如表4所示。

表4测量所得三维坐标

通过对比输电线路点的y轴最低点获取该输电线路段弧垂点，并由两侧杆塔最低点三维坐标构造三角形得到弧垂点到被跨越地面之间的净空距离，本次测量的净空距离为16.082m，与净距设计规范和运行规程中规定的被跨越物为地面时的最小垂直距离7.0m进行对比，未达到越限值，故不作告警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集输电线路双目巡检图像，提取图像特征点；

S2、基于双面成像模型计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离。

2.如权利要求1所述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，步骤S1包括：

S101、采集输电线路双目巡检图像并对输电线路双目巡检图像进行预处理，得到分割后灰度图像及相机内部和外部参数信息；

在无人机或直升机巡检输电线路过程中，利用双目相机采集输电线路双目巡检图像；对获取的输电线路双目巡检图像进行分割得到分割后图像；利用张正友标定法对相机进行参数标定，获取得到相机内部和外部参数信息，并对分割后图像进行灰度图转化得到分割后灰度图像；相机内部参数信息包括：相机光学点到成像平面的距离f，成像平面原点位置(c_x、c_y)，图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃以及图像切向畸变参数p₁、p₂；相机外部参数信息包括：双目相机右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R，平移向量t；

S102、对分割后灰度图像进行极线纠正；

利用图像径向畸变参数k₁、k₂、k₃对图像进行畸变修正，如下式所示：

式中，x_rad和y_rad分别表示像素点在水平和垂直方向上的径向畸变；x_id和y_id分别表示像素点在水平和垂直方向上不存在畸变的像素坐标；x_ta和y_ta分别表示像素点在水平和垂直方向上的切向畸变；r表示x_id和y_id的平方和；

利用相机外部参数信息将左右相机像平面进行旋转平移，使两个像平面在y轴方向上保持同一水平点；

S103、对极线纠正后的左右灰度图像进行立体匹配，使匹配后的图像能量值最小，获取最小能量值时各像素点的视差值，并以此求取各空间点的深度值，即z轴坐标；

采用SGM算法对分割后灰度图像进行空间立体匹配，选取视差范围(D_min～D_max)，反复迭代得到最小能量值，进而完成立体匹配；SGM提出的能量函数E(D)如下式所示：

式中，D_q表示像素点q的视差值；C(p,D_p)表示当像素点p的视差值为D_p时的匹配代价；P₁和P₂表示惩罚系数，T[·]表示判断函数，括号内容表示判断条件，是则返回1，否则返回0，；

S104、对立体匹配后的图像进行边缘检测，提取图像特征点；

将Sobel算子与立体匹配后的图像做平面卷积得到水平和垂直方向上的亮度差分近似值G_x和G_y，表达式为：

式中，Sobel_g_x和Sobel_g_y分别为Sobel算子在水平和垂直方向上的卷积因子，A表示图像中目标像素点及其相邻8个方向上的灰度值矩阵，目标像素点为输电线路和对应的被跨越物的像素点；

平面卷积后的图像的灰度为G，

对平面卷积后的图像进行边缘检测得到图像特征点。

3.如权利要求1所述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法，其特征在于，步骤S2包括：

S201、获取空间点三维坐标；

基于双目成像模型对输电线路及被跨越物特征点进行三维坐标转化，对于任一像素点p为例，以左相机为三维空间原点，根据相似三角形原理，推导出像素点p三维坐标的关系为

式中，x_p表示像素点p的x轴坐标；y_p表示像素点p的y轴坐标；z_p表示像素点p的z轴坐标；y_pL、y_pR分别表示在y-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距y轴坐标原点的距离；x_pL、x_pR表示在x-z投影平面上，左图像投影点pL、右图像投影点pR距x轴坐标原点的距离；B表示基准距离，即左右相机间距；像素点p的三维坐标(x_p,y_p,z_p)为

式中，d表示各像素点视差值；

S202、按输电线路与被跨越物位置关系分为垂直和水平方向进行输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离计算：

利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在水平方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx和Δy分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_i和x_j分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_i和y_j分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,n₁和n₂为边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的水平净空距离L_f：

式中，x′_i和x′_j分别为x方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_i和y′_j分别为y方向上最小水平净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为强纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及被跨越物边缘特征点，利用下式得到输电线路与被跨越物边缘特征点在垂直方向上的最小净空距离坐标点：

式中，Δx′和Δy′分别表示输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点在x方向上和y方向上的最小距离，x_a和x_b分别为x方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,y_a和y_b分别为y方向上输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标,m₁和m₂为输电线路边缘特征点和被跨越物边缘特征点个数；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

式中，x′_a和x′_b分别为x方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；y′_a和y′_b分别为y方向上最小垂直净空距离处输电线路边缘特征点坐标和被跨越物边缘特征点坐标；

当采集的输电线路双目巡检图像为弱纹理图像时，图像特征点包括输电线路边缘特征点及杆塔边缘特征点，取输电线路y轴上的最小点y_s为线路弧垂最大位置，如下式所示：

y_s＝min{y₁,y₂,...,y_a} a＝1,2,...,m₁

由弧垂点、输电线路所在两杆塔最低点构造平面三角形

式中，(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)分别为两杆塔三维坐标，(x_s,y_s,z_s)为最大弧垂点的三维坐标，t、s、l为该平面三角形三边长；

基于下式计算输电线路与被跨越物的垂直净空距离L_v：

4.一种基于双目图像测距的输电线路净距安全告警方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的基于双目图像测距的输电线路净距计算方法得到输电线路与被跨越物的垂直净空距离和水平净空距离；当输电线路与被跨越物的垂直净空距离小于或等于预设垂直净空距离时，或输电线路与被跨越物的水平净空距离小于或等于预设水平净空距离时，向输电线路运维人员发出净距越限告警。

Images