CN114187316A - 基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，通过双目视觉系统采集电缆头的图像导入OpenGL软件中的三维空间内，并建立OpengGL三维空间的逻辑坐标；采用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，通过轮廓的线型拟合构建出三维模型框架继而构建电缆头所需配件的三维模型；采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库；最后结合包括虚拟现实及多媒体额交互式可视化技术，将电力电缆作业现场中的安全特征实现在学习环境中，并对作业流程进行规范化虚拟。旨在实现能够能按1:1的比例采用3D打印技术打印出电缆头制作过程中所用设备的模型。
Description
技术领域
本发明涉及电力培训工具、虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法。
背景技术
电力电缆是电力输送的载体，随着国家清洁能源的快速，用于特高压、高压、中压和低压的电力电缆的可靠性越来越突显其重要性。其中电缆接头制作的质量高低将影响输电的可靠性，需要不断加强电力员工对电力电缆的制作技能训练。
传统的电力电缆接头制作的技能训练主要是播放视频录像或应用电子课件，或参观实训场地和作业现场等离线的学习手段。这些录像内容长达几十分钟，内有许多工序要求，一旦学员出错可能会导致数万元的电缆头报废，另外也不能保证学员最终制成的电缆接头可实际使用(可能不合格，导致电缆头报废，且不知哪个环节出了问题，或技术没达标)。
当前的电力电缆仿真工具正朝向三维虚拟仿真及虚拟样机技术发展，虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。虚拟样机技催生了3D打印技术的出现，可通过3D打印将计算机中的虚拟样机打印成物理模型。
电力电缆头制作需要采用1:1的真实设备才能取得更好的培训效果，元宇宙技术是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的应用和形态，它基于扩展现实技术来提供沉浸式体验，以及数字孪生技术来生成现实世界的镜像。元宇宙将真实世界转换成计算机可以识别的“数字语言”，并在此基础上按1：1的比例叠加各种虚拟应用。通过元宇宙的构建，真实世界的信息将得到虚拟世界的极大补充，人类与虚拟世界的互动方式将得到全新提升。由此可以看出，将电缆头制作过程中的真实设备按1:1的比例进入元宇宙中，既可以使学员在虚拟空间中预练习，又可以通过3D打印技术，在1:1的真实空间中进行实操练习。
但在具体实现过程中计算机内的三维空间采用的是逻辑坐标，其坐标可以是任意值，而电缆头制作中用设备是按物理量刚来度量尺寸的，这为在计算机中建立1:1的真实空间造成了困难。
电缆作业技能培训属于实践性、应用性和工程性很强的专业，型号多，流程复杂、工艺要求高且各不相同。大多数培训中心仍然基于传统的灌输式教学理念，以“传、帮、带”为主要教学方式，培训和考核都在现场进行，需要人员集中或脱产，既影响工作，又增加企业成本；另外，传统培训手段多采用多媒体课件、视频录像等，学员被动、机械地接收知识和方法，形式单一，过程枯燥，缺乏实体操作练习，无法形象直观地提升电缆附件安装技能水平，最终培训过程流于形式，脱离了生产实践，培训结果也不能达到预期水平；此外，由于电力行业的特殊性，进行传统电缆作业实训需要使用大量的材料，且多为一次性消耗产品，这会造成教学成本极其高昂，从而因陋就简，顾此失彼，最终造成教育过程的片面性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，旨在实现能够能按1:1的比例采用3D打印技术打印出电缆头制作过程中所用设备的模型，使学员在电缆头制作时不仅能节省成本，还能回放和重复制作过程，提高培训人员的电缆头制作技能。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：通过双目视觉系统采集电缆头的图像导入OpenGL软件中的三维空间内，并建立OpengGL三维空间的逻辑坐标；采用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，通过轮廓的线型拟合构建出三维模型框架继而构建电缆头所需配件的三维模型；采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库；最后结合包括虚拟现实及多媒体额交互式可视化技术，将电力电缆作业现场中的安全特征实现在学习环境中，并对作业流程进行规范化虚拟。
进一步地，在通过双目视觉系统采集电缆头的图像时，将一小段已测出长、宽、高数值的电缆头竖立于两个摄像头前方，且电缆头的中心点与两摄像头共处一个平面内；再水平移动两摄像头，使它们与电缆头中心的连线在同一面内是垂直的，就此固定这两摄像头的位置，其中一个摄像头位于电缆头的正前方，另一个位于电缆头的左侧方，以及电缆头竖立点的位置。
进一步地，建立OpengGL三维空间的逻辑坐标的过程中，从屏幕坐标向OpenGL坐标经过两步，第一步是屏幕坐标向视景体坐标转换，第二步是视景体坐标向OpenGL坐标转换。
在第一步中，OpenGL软件在初始化时作如下设置：glViewport(0,0,screenWidth,screenHeight)，其中screenWidth、screenHeight分别是客户区的屏幕像素宽和像素高，视口左下角坐标恰好是(0，0)，先不做任何的模型变换，确保在OpenGL中的视口正好与学员计算机的屏幕大小一一对应，即对于屏幕上任意一像素点P(x，y)，其在视口中所对应的点是PV(x，screenHeight-y)；
在第二步中利用OpenGl的函数gluUnProject完成屏幕坐标向视景体坐标转换的转换，得到像素点P在三维空间对应的点PS的三维坐标(posX，posY，posZ)；
之后建立OpengGL三维空间的逻辑坐标，所进行的伸缩变换比例为S，并将此伸缩比S作用到：所采集到的电缆头图像上，使此图像压缩S倍，则电缆头在屏幕上所看到的像素高h与电缆头的真实长L间的对应关系是
L＝h*S*scrLen/screenHeight (1)
其中，S是OpenGL软件的放缩比，scrLen是学员计算机屏幕的物理高，screenHeight是屏幕像素高；
当将制作电缆头所需的一个配件放在竖立的电缆头位置，并采集此配件的摄像图像，再将图像缩小S倍后显示到计算机屏幕上，通过对图像中该配件图像的自动识别，即可依据上述公式计算出其真实的物理长度；再依据正前方和左侧方的双目摄像头，对电缆头所需配件进行三维数据的自动测量和建模。
进一步地，采用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，具体包括以下步骤：
步骤S1：滤波：首对图像f(x,y)进行平滑滤波，其滤波函数根据人类视觉特性选为高斯函数，即：
其中，G(x，y)是一个圆对称函数，其平滑的作用通过σ控制的；将图像G(x,y)与f(x,y)进行卷积，可以得到一个平滑的图像，即：
g(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)；
步骤S2：增强：对平滑图像g(x,y)进行拉普拉斯运算，即：
式中
为LOG滤波器，其为：
步骤S3：轮廓的提取：边缘检测判据是二阶导数的零交叉点，即h(x,y)＝0的点，并对应一阶导数的较大峰值；采用高斯--拉普拉斯算子把高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器结合起来，先平化掉噪声，再进行边缘检测，从而提取出电缆头所需配件的图像轮廓曲线；
步骤S4：轮廓的线性拟合：由于配件多为圆柱体，其正则投影是长方形，则用正前方摄像头拍的电缆头所需配件的图像轮廓曲线总体上类似于一个长方形，将图像轮廓曲线作线性拟合，使长方形面积和图像轮廓曲线重合比例最大；当电缆头所需配件是不规则图形时，则采用多个长方形拟合；
步骤S5：由两图像构建出三维模型框架：经步骤S1-步骤S4分别提取出了正前方和左侧方的电缆头所需配件的图像轮廓曲线，并拟合出两个长方形，分别是电缆头所需配件的正前方投影和左侧方投影；由这两个投影长方形构建出一个立方体，把电缆头所需配件刚好包裹在其内；当电缆头所需配件是不规则图形时，则形成由多个立方体组合的一个形体，它也把电缆头所需配件刚好包裹在其内；
步骤S6：自动构建配件的三维模型：在所述立方体内生成一个内切的立方柱，用这个立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型；当电缆头所需配件是不规则图形时，则形成由多个立方体组合的一个形体，每个立方体生成一个内切的立方柱，用这些立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型。
进一步地，采用Unity3D建的场景建模的具体过程为：针对包括电缆中间头制作和GIS电缆终端制作的电力电缆附件安装的具体内容，设计出各个作业培训项目所包括的操作对象、作业场景；然后通过双目视觉系统采集并建立不同的对象模型，再配上采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库，包括形成典型作业场景库、电力设备模型库、仪器仪表模型库、典型作业流程库。
进一步地，将学院考核时制作的三维模型经3D打印机打印为实体模型。
本发明及其优选方案克服了在计算机中建立1:1的真实空间的困难，针对电力电缆头制作技能培训中所采用的真实设备进行1:1的三维建模，使现有的电力电缆头三维虚拟制作仿真更接近真实的设备尺寸。再通过3D打印将数字模型按1:1打印为物理模型，支持学员对打印出来的真实物理设备进行实际的操作，以较小的经济代价允许学员反复实际操作，甚至回退前步的操作。
这种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，具有以下优点：
1.通过学员在三维空间中虚拟操作，能自动记录学员的操作流程，并能判断其流程的正确与否。
2.能根据学员技能的熟悉程度，按比例来3D打印模型，让学员制作成等比例的电缆头，可减少出错后废品的造价。
3.通过摄像头将电缆头制作所用工具摄入计算机的三维空间内，并构建世界坐标、逻辑坐标和屏幕坐标的对应关系，从而能基于双目立体视觉来测量三维实体模型。
4.对电缆头制作中所用的配件，通过其正面和则面两张图像识别出其长、宽和高参数，从而自动在计算机三维虚拟空间中建立配件对应的模型，达到基于双目立体视觉构建三维模型的目的。
故本发明通过在三维虚拟空间对电缆头模拟制作，以及在真实物理空间对等比例3D打印出的模型进行电缆头模拟制作，满足了电缆头制作培训中允许学员出错、重复做、甚至回头再做的要求，从而大大节约了对电缆头制作材料的浪费。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例电缆中间头制作示意图。
图2为本发明实施例GIS电缆终端制作示意图。
图3为本发明实施例电缆中间头制作的考试等级示意图。
图4为本发明实施例电缆中间头制作的考试等级示意图。
图5为本发明实施例总体设计要点示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
本实施例需要通过摄像头等设备将电缆头制作过程中所用到的配件，导入到计算机三维场景中，并形成对应的模型。这需要采用模仿人类眼睛的双目视觉系统，通过计算两张具有视差信息的电缆头制作配件的二维图像，得到视差图并测量出场景三维数据。实现过程划分为计算理论层和表达算法层，其中计算理论层将二维图像的角点、边缘等基本特征构成“基元图”，表达算法层利用基元图恢复三维场景得到视场内的三维信息如深度、轮廓等。
通过数字眼镜将现实物体导入计算机三维场景中，是增强现实VR技术研究的问题之一，现有技术包括VR头戴式显示器，如HTC Vive这款虚拟现实头戴式显示器，但VR技术不能像AutoCAD那样进行计算机辅助设计与制造，因为VR技术没有对世界坐标、屏幕坐标及三维中的逻辑坐标间的对应关系进行数值上的确定。
这就首先需要利用双目视觉系统来确立电缆头配件的三维数据空间单位，就如传统的计算机辅助设计与制造软件一样，需要用户在构建三维空间前定义空间的尺寸，从而建立世界坐标和逻辑坐标间的对应关系。为此要建立电缆头制作的虚实空间单位。
1、电缆头制作虚实空间单位的建立
在每台学员计算机旁固定放置两个摄像头，将一小段已测出长、宽、高数值的电缆头竖立于这两个摄像头前方，且电缆头的中心点大约与两摄像头共处一个平面内。再水平移动两摄像头，使它们与电缆头中心的连线在同一面内是垂直的，就此固定这两摄像头的位置(其中一个摄像头位于电缆头的正前方，另一个位于电缆头的左侧方)以及电缆头竖立点的位置。
先通过正前方的摄像头拍电缆头的图像，并经学员计算机的USB口送入OpenGL软件中的三维空间内。从屏幕坐标向OpenGL坐标要经过两步，第一步是屏幕坐标向视景体坐标转换，第二步是视景体坐标向OpenGL坐标转换。
在第一步中，OpenGL软件在初始化时作如下设置：glViewport(0,0,screenWidth,screenHeight)，其中screenWidth、screenHeight分别是客户区的屏幕像素宽和像素高，视口左下角坐标恰好是(0，0)，且先不做任何的模型变换，这样在OpenGL中的视口正好与学员计算机的屏幕大小一一对应了，即对于屏幕上任意一像素点P(x，y)，其在视口中所对应的点是PV(x，screenHeight-y)。
在第二步中利用OpenGl的函数gluUnProject即可完成屏幕坐标向视景体坐标转换的转换，得到像素点P在三维空间对应的点PS的三维坐标(posX，posY，posZ)。
之后开始建立OpengGL三维空间的逻辑坐标，所进行的伸缩变换比例为S，并将此伸缩比S作用到USB所采集到的电缆头图像上，使此图像压缩S倍，则电缆头在屏幕上所看到的像素高h与电缆头的真实长L间的对应关系是：
L＝h*S*scrLen/screenHeight (1)
其中，S是OpenGL软件的放缩比，scrLen是学员计算机屏幕的物理高(单位是厘米)，screenHeight是屏幕像素高。
当将制作电缆头所需的一个配件放在上述竖立的电缆头位置，并通过USB采集此配件的摄像图像，再将图像缩小S倍后显示到计算机屏幕上，通过对图像中该配件图像的自动识别，即可依据上述公式计算出其真实的物理长度。再依据正前方和左侧方这双目摄像头，来对电缆头所需配件进行三维数据的自动测量和建模。
2电缆头制作中圆柱设备的自动三维建模
对本实施例对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，马尔(Marr)和希尔得勒斯(Hildreth)根据人类视觉特性提出了Log(Laplacian of Gassian)算法，也称之为拉普拉斯高斯算法，该方法将高斯滤波和拉普拉斯检测算子结合在一起进行边缘检测的方法，其主要思路和步骤如下：
①滤波：首先对图像f(x,y)进行平滑滤波，其滤波函数根据人类视觉特性选为高斯函数，即：
其中，G(x，y)是一个圆对称函数，其平滑的作用是可通过σ来控制的。
将图像G(x,y)与f(x,y)进行卷积，可以得到一个平滑的图像，即：
g(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)
②增强：对平滑图像g(x,y)进行拉普拉斯运算，即：
式中
称为LOG滤波器，其为：
③轮廓的提取：边缘检测判据是二阶导数的零交叉点(即h(x,y)＝0的点)并对应一阶导数的较大峰值。采用高斯--拉普拉斯算子把高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器结合起来，先平化掉噪声，再进行边缘检测，从而提取出电缆头所需配件的图像轮廓曲线。
④轮廓的线性拟合：用正前方摄像头拍的电缆头所需配件的图像轮廓曲线总体上类似于一个长方形(配件多为圆柱体，其正则投影是长方形)，这需要将图像轮廓曲线作线性拟合，使长方形面积和图像轮廓曲线重合比例最大。当电缆头所需配件是不规则图形时，可采用多个长方形来拟合。
⑤由两图像构建出三维模型框架：经前4步分别提取出了正前方和左侧方的电缆头所需配件的图像轮廓曲线，并拟合出两个长方形，分别是电缆头所需配件的正前方投影和左侧方投影。由这两个投影长方形可构建出一个立方体，把电缆头所需配件刚好包裹在其内。当电缆头所需配件是不规则图形时，就形成了由多个立方体组合的一个形体，它也把电缆头所需配件刚好包裹在其内。
⑥自动构建配件的三维模型：在上述立方体内生成一个内切的立方柱，用这个立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型。当电缆头所需配件是不规则图形时，就形成了由多个立方体组合的一个形体，每个立方体生成一个内切的立方柱，用这些立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型。
3在三维数字空间中制作电缆头
针对电力电缆附件安装的具体内容(包括电缆中间头制作和GIS电缆终端制作)，设计出各个作业培训项目所包括的操作对象、作业场景。然后通过上面的双目摄像头来建立不同的对象模型，再配上采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库，具有现场的真实感，用户可以进行漫游，事件交互。形成典型作业场景库、电力设备模型库、仪器仪表模型库、典型作业流程库等。其中，电缆中间头制作的如图1所示：GIS电缆终端制作的如图2所示。
通过虚拟现实及多媒体等交互式可视化技术，将电力电缆作业现场中的安全特征尽可能真实地体现在学习环境中，并对作业流程进行规范化虚拟，逼真模拟附件安装等工作全过程，突出案例教学，提升沉浸感、可感知性和自然性，培养学员现场管控能力。电缆中间头制作的作业过程如表1所示；GIS电缆终端制作的作业过程如表2所示。
表1电缆中间头制作的作业过程
表2 GIS电缆终端制作的作业过程
4、按学员熟悉程度等比例打印3D模型
根据上述电缆中间头制作过程和GIS电缆终端制作过程，各抽取出十个等级来考核学员的熟练程度，如图3和图4所示。
每一级都对应着一个三维空间中的模型，一旦学员在三维空间中进行考核操作时出错，则可将该考试等级所对应的三维模型经3D打印机打印为实体模型(可根据学员技能的熟悉程度，按比例来3D打印模型)，使学生反复练习。教员也可指定对某等级进行专门的训练，可多次将对应的三维模型经3D打印机打印为实体模型(可根据学员技能的熟悉程度，按比例来3D打印模型)。
本实施例方案的要点可以归纳为图5，可以看出在电力电缆培训中，利用3D打印机可实现即时打印和批量生产，大幅降低了电缆培训器材的储存、管理和损耗等成本，有显著的经济效益。
本实施例提供的方案设计可以代码化的形式存储在计算机可读取存储介质中，并以计算机程序的方式进行实现，并通过计算机硬件输入计算所需的基本参数信息，并输出计算结果。
其计算机程序的部分也可装载到其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：通过双目视觉系统采集电缆头的图像导入OpenGL软件中的三维空间内，并建立OpengGL三维空间的逻辑坐标；采用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，通过轮廓的线型拟合构建出三维模型框架继而构建电缆头所需配件的三维模型；采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库；最后结合包括虚拟现实及多媒体额交互式可视化技术，将电力电缆作业现场中的安全特征实现在学习环境中，并对作业流程进行规范化虚拟。
2.根据权利要求1所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：在通过双目视觉系统采集电缆头的图像时，将一小段已测出长、宽、高数值的电缆头竖立于两个摄像头前方，且电缆头的中心点与两摄像头共处一个平面内；再水平移动两摄像头，使它们与电缆头中心的连线在同一面内是垂直的，就此固定这两摄像头的位置，其中一个摄像头位于电缆头的正前方，另一个位于电缆头的左侧方，以及电缆头竖立点的位置。
3.根据权利要求2所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：建立OpengGL三维空间的逻辑坐标的过程中，从屏幕坐标向OpenGL坐标经过两步，第一步是屏幕坐标向视景体坐标转换，第二步是视景体坐标向OpenGL坐标转换。
在第一步中，OpenGL软件在初始化时作如下设置：glViewport(0,0,screenWidth,screenHeight)，其中screenWidth、screenHeight分别是客户区的屏幕像素宽和像素高，视口左下角坐标恰好是(0，0)，先不做任何的模型变换，确保在OpenGL中的视口正好与学员计算机的屏幕大小一一对应，即对于屏幕上任意一像素点P(x，y)，其在视口中所对应的点是PV(x，screenHeight-y)；
在第二步中利用OpenGl的函数gluUnProject完成屏幕坐标向视景体坐标转换的转换，得到像素点P在三维空间对应的点PS的三维坐标(posX，posY，posZ)；
之后建立OpengGL三维空间的逻辑坐标，所进行的伸缩变换比例为S，并将此伸缩比S作用到：所采集到的电缆头图像上，使此图像压缩S倍，则电缆头在屏幕上所看到的像素高h与电缆头的真实长L间的对应关系是
L＝h*S*scrLen/screenHeight (1)
其中，S是OpenGL软件的放缩比，scrLen是学员计算机屏幕的物理高，screenHeight是屏幕像素高；
当将制作电缆头所需的一个配件放在竖立的电缆头位置，并采集此配件的摄像图像，再将图像缩小S倍后显示到计算机屏幕上，通过对图像中该配件图像的自动识别，即可依据上述公式计算出其真实的物理长度；再依据正前方和左侧方的双目摄像头，对电缆头所需配件进行三维数据的自动测量和建模。
4.根据权利要求3所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：采用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取，具体包括以下步骤：
步骤S1：滤波：首对图像f(x,y)进行平滑滤波，其滤波函数根据人类视觉特性选为高斯函数，即：
其中，G(x，y)是一个圆对称函数，其平滑的作用通过σ控制的；将图像G(x,y)与f(x,y)进行卷积，可以得到一个平滑的图像，即：
g(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)；
步骤S2：增强：对平滑图像g(x,y)进行拉普拉斯运算，即：
式中
为LOG滤波器，其为：
步骤S3：轮廓的提取：边缘检测判据是二阶导数的零交叉点，即h(x,y)＝0的点，并对应一阶导数的较大峰值；采用高斯--拉普拉斯算子把高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器结合起来，先平化掉噪声，再进行边缘检测，从而提取出电缆头所需配件的图像轮廓曲线；
步骤S4：轮廓的线性拟合：由于配件多为圆柱体，其正则投影是长方形，则用正前方摄像头拍的电缆头所需配件的图像轮廓曲线总体上类似于一个长方形，将图像轮廓曲线作线性拟合，使长方形面积和图像轮廓曲线重合比例最大；当电缆头所需配件是不规则图形时，则采用多个长方形拟合；
步骤S5：由两图像构建出三维模型框架：经步骤S1-步骤S4分别提取出了正前方和左侧方的电缆头所需配件的图像轮廓曲线，并拟合出两个长方形，分别是电缆头所需配件的正前方投影和左侧方投影；由这两个投影长方形构建出一个立方体，把电缆头所需配件刚好包裹在其内；当电缆头所需配件是不规则图形时，则形成由多个立方体组合的一个形体，它也把电缆头所需配件刚好包裹在其内；
步骤S6：自动构建配件的三维模型：在所述立方体内生成一个内切的立方柱，用这个立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型；当电缆头所需配件是不规则图形时，则形成由多个立方体组合的一个形体，每个立方体生成一个内切的立方柱，用这些立方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型。
5.根据权利要求4所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：采用Unity3D建的场景建模的具体过程为：针对包括电缆中间头制作和GIS电缆终端制作的电力电缆附件安装的具体内容，设计出各个作业培训项目所包括的操作对象、作业场景；然后通过双目视觉系统采集并建立不同的对象模型，再配上采用Unity3D建的场景建模，形成电力电缆作业所有要素的数字模型库，包括形成典型作业场景库、电力设备模型库、仪器仪表模型库、典型作业流程库。
6.根据权利要求5所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法，其特征在于：将学院考核时制作的三维模型经3D打印机打印为实体模型。
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Citations (4)
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-
2021
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