專利名稱：多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空間測(cè)量方法，具體涉及一種多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
輸電鐵塔在受到惡劣天氣影響時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲、折斷甚至倒塔等現(xiàn)象，造成輸電中斷等事故。為了檢測(cè)輸電鐵塔在運(yùn)行過(guò)程中所處的狀態(tài)，需要對(duì)鐵塔的形態(tài)、尺寸進(jìn)行測(cè)量。鐵塔測(cè)量目前主要通過(guò)經(jīng)緯儀、全站儀等專用測(cè)量?jī)x器，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是測(cè)量速度慢，當(dāng)需要對(duì)鐵塔多個(gè)尺寸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量速度就成了主要難題。授權(quán)公告號(hào)為CN101334276B的中國(guó)發(fā)明專利“公開(kāi)一種視覺(jué)測(cè)量方法與裝置，解決適應(yīng)性差的問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)攝像機(jī)同步相向轉(zhuǎn)動(dòng)；并驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)兩次轉(zhuǎn)動(dòng)，兩臺(tái)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)跟蹤，使目標(biāo)圖像橫坐標(biāo)處于跟蹤攝像機(jī)所采集圖像的中心區(qū)域；根據(jù)兩次轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角、及目標(biāo)在兩臺(tái)攝像機(jī)圖像中的坐標(biāo)，計(jì)算目標(biāo)的三維坐標(biāo)。兩臺(tái)攝像機(jī)安裝在左、右連桿頂端的支架上，左、右?guī)л啺惭b于左、右連桿的底端；步進(jìn)電機(jī)輸出軸上裝有驅(qū)動(dòng)帶輪，左帶輪旁邊裝有換向帶輪和張緊輪；通過(guò)雙面齒同步帶，將右?guī)л啞Q向帶輪、左帶輪、張緊輪、驅(qū)動(dòng)帶輪聯(lián)結(jié)在一起?！痹搶＠枰獌膳_(tái)照相機(jī)和專門(mén)的裝置進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量，測(cè)量過(guò)程較為繁瑣。本申請(qǐng)人在先申請(qǐng)了專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210141762. 4的“單目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法”，采用一張照片進(jìn)行測(cè)量，屬于平面測(cè)量，本發(fā)明是在鐵塔單目視覺(jué)測(cè)量方法的基礎(chǔ)上的發(fā)展，為空間視覺(jué)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，采用多張照片的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔空間尺寸的測(cè)量，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，優(yōu)化對(duì)輸電鐵塔的檢測(cè)過(guò)程。本發(fā)明多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，利用一臺(tái)長(zhǎng)焦照相機(jī)對(duì)鐵塔進(jìn)行多方位拍照，通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔空間尺寸的測(cè)量，步驟如下
⑴確定照相機(jī)的K值，利用已知的距離L、物體的尺寸B、物體對(duì)應(yīng)的像素差ZlK圖像讀取的焦距值f，通過(guò)式(I)計(jì)算出K值
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⑵測(cè)量鐵塔的根開(kāi)7，查圖紙或用測(cè)量設(shè)備測(cè)量出鐵塔一個(gè)物點(diǎn)W的高度h ；
⑶選定2飛個(gè)照相點(diǎn)進(jìn)行拍照，拍照時(shí)將整個(gè)鐵塔全部收納進(jìn)圖像中；
⑷讀取圖像參數(shù)及像素坐標(biāo)，確定鐵塔與豎直方向的夾角β ;將已知測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像參數(shù)和像素坐標(biāo)輸入到Excel電算表中；
(5)圖像訓(xùn)練，訓(xùn)練的方法為利用規(guī)劃求解，調(diào)整的圖像對(duì)應(yīng)實(shí)際尺寸的比例關(guān)系，改變相機(jī)距鐵塔的距離L，對(duì)各像點(diǎn)進(jìn)行重新計(jì)算，求出物點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)，使計(jì)算出的坐標(biāo)值與實(shí)際坐標(biāo)相等，求解出圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際比例關(guān)系并固定下來(lái)；
(6)通過(guò)電算表中的函數(shù)計(jì)算公式和宏求解物點(diǎn)；所述函數(shù)計(jì)算公式包括
i、計(jì)算或測(cè)量出照相位置距鐵塔的距離L，計(jì)算時(shí)通過(guò)式⑴求解L。ii、圖像中M點(diǎn)像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)锳點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，利用一臺(tái)長(zhǎng)焦照相機(jī)對(duì)鐵塔進(jìn)行多方位拍照，通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔空間尺寸的測(cè)量，步驟如下 ⑴確定照相機(jī)的K值，利用已知的距離L、物體的尺寸B、物體對(duì)應(yīng)的像素差Zl F,圖像讀取的焦距值f，通過(guò)式(I)計(jì)算出K值 ⑵測(cè)量鐵塔的根開(kāi)7，查圖紙或用測(cè)量設(shè)備測(cè)量出鐵塔一個(gè)物點(diǎn)W的高度h ； ⑶選定2飛個(gè)照相點(diǎn)進(jìn)行拍照，拍照時(shí)將整個(gè)鐵塔全部收納進(jìn)圖像中； ⑷讀取圖像參數(shù)及像素坐標(biāo)，確定鐵塔與豎直方向的夾角β，將已知測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像參數(shù)和像素坐標(biāo)輸入到Excel電算表中； (5)圖像訓(xùn)練，訓(xùn)練的方法為利用規(guī)劃求解，調(diào)整的圖像對(duì)應(yīng)實(shí)際尺寸的比例關(guān)系，改變相機(jī)距鐵塔的距離L，對(duì)各像點(diǎn)進(jìn)行重新計(jì)算，求出物點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)，使計(jì)算出的坐標(biāo)值與實(shí)際坐標(biāo)相等，求解出圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際比例關(guān)系并固定下來(lái)； (6)通過(guò)電算表中的函數(shù)計(jì)算公式和宏求解物點(diǎn)；所述函數(shù)計(jì)算公式包括 i、計(jì)算或測(cè)量出照相位置距鐵塔的距離L，計(jì)算時(shí)通過(guò)式⑴求解L ； 、圖像中M點(diǎn)像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)锳點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)(^ %彡0 )，計(jì)算公式為,_ ,MxB. Ψ,、 zO ~ lf(————) X L(2) hP X L f ,ΔιχΙ. Γ,、 = Ig(———) X L·(3) MkL 凡=O; 其中A為像素坐標(biāo)中M點(diǎn)和A點(diǎn)水平坐標(biāo)差，Zl Z為像素坐標(biāo)中M點(diǎn)和A點(diǎn)的豎直像素坐標(biāo)差； iii、鐵塔水平角度α的計(jì)算，計(jì)算是為 J-aig(j)(4) b a = γ + β 其中·.、為鐵塔水平角的計(jì)算值，β為校正角，即鐵塔與豎直方向的夾角β，α為校正后鐵iv、根據(jù)坐標(biāo)變換的原理，計(jì)算圖像參考點(diǎn)M和照相機(jī)照相點(diǎn)O相對(duì)于鐵塔中心樁點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系的空間坐標(biāo) 圖像M點(diǎn)的坐標(biāo)為 (i|cos(a)-- J -X^ sm(a')--,<)，簡(jiǎn)記為([fA f ); . 2j[ 2j 11/1* 照相點(diǎn)O坐標(biāo)為 (.LstA(a)叉，-ieos(s) ]_,”)，間記為 (觀W V、物點(diǎn)W到圖像M坐標(biāo)點(diǎn)和照相機(jī)照相點(diǎn)O坐標(biāo)點(diǎn)之間直線距離d的計(jì)算，計(jì)算式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，其特征是所述測(cè)量設(shè)備為全站儀、
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，其特征是所述式⑷中a和b的計(jì)算式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，其特征是步驟⑷中所述已知測(cè)量數(shù)據(jù)包括根開(kāi)I、W點(diǎn)高度h、塔腿角鋼尺寸B，所述圖像參數(shù)包括焦距、高度和寬度方向的像素值、圖像的傾斜角β，所述像素坐標(biāo)包括所求物點(diǎn)對(duì)應(yīng)在圖像中影像點(diǎn)的坐像素坐標(biāo)、塔腿角鋼尺寸B在圖像中的像素差Λ凡
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，其特征是β角利用照相時(shí)設(shè)置的鉛直線來(lái)測(cè)確定或由相鄰兩層的端點(diǎn)像素坐標(biāo)計(jì)算求出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多目鐵塔視覺(jué)測(cè)量方法，利用一臺(tái)長(zhǎng)焦照相機(jī)對(duì)鐵塔進(jìn)行多方位拍照，通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔空間尺寸的測(cè)量，步驟為⑴確定照相機(jī)的K值。⑵測(cè)量鐵塔的根開(kāi)l，確定物點(diǎn)W的高度h。⑶選定2～5個(gè)照相點(diǎn)進(jìn)行拍照。⑷讀取照相機(jī)中圖像參數(shù)及像素坐標(biāo)，將已知測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像參數(shù)和像素坐標(biāo)輸入到Excel電算表中。⑸圖像訓(xùn)練。⑹通過(guò)電算表中的函數(shù)計(jì)算公式和宏求解物點(diǎn)空間坐標(biāo)。⑺求取多物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用空間解析幾何公式求出任意兩點(diǎn)間的距離。本發(fā)明以中心樁為坐標(biāo)原點(diǎn)形成空間坐標(biāo)系進(jìn)行空間定位，利用多張照片的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算空間任意點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算空間兩點(diǎn)間的距離實(shí)現(xiàn)空間尺寸的測(cè)量，和單目視覺(jué)測(cè)量相比提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸電鐵塔尺寸的快速檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/03GK102927917SQ20121041333
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者馮硯廳, 代小號(hào), 王勇, 劉長(zhǎng)福 申請(qǐng)人:河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所