[发明专利]基于计算机视觉的地面三维平面重建方法

说明书

基于计算机视觉的地面三维平面重建方法，属于机器领域。现有的输电线路监测预警系统，受制于输电线路匹配鲁棒性不高等图像中细小物匹配易受干扰的问题，对遮挡物的遮挡问题处理效果差。一种基于计算机视觉的地面三维平面重建方法，得到双目相机左图和双目相机右图的内参数、畸变参数、基础矩阵以及双目相机的左相机和右相机之间的旋转平移关系、地面稠密稳定匹配点对的生成过程、基于极线搜索进行金字塔块匹配过程、采用三角化技术计算出车辆和植被包围盒的三维坐标，结合平面方程得到车辆和植被高度值，通过拉升平面并投影的方式得到输电线路具体高度，设置预警阈值。本发明能够解决解决遮挡问题以及输电线易受背景干扰的问题。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，特别涉及一种基于计算机视觉的地面三维平面重建方法。

背景技术

在电网应用中，针对输电杆塔以及输电线路的智能化保护有利于电网的正常运转。为了应对诸如车辆闯入、植被生长对于电网设备可能造成的外力破坏，现今的电网入侵物预警工作中主要还是以人工巡检以及摄像头监控为主，这样的工作方式存在巡检周期长、预警时间长、智能化程度不够高的情形。计算机视觉技术在现今得到长足的发展，基于计算机视觉技术的电网设备智能化监测是研究的热点。

智能化状态监测是现今电力系统中重要的一环，高效的监测保护电网设备在电力系统有着急迫的需求。为了保护电网设备，对于入侵物以及植被的监控是电网巡检中的关键，但受制于监控算法智能化的不足，现今仍是以人工监控或者实地巡检为主。随着人工智能技术的日益完善，计算机视觉技术作为人工智能的一个分支在近年也得到飞速的发展，双目立体匹配作为计算机视觉中的研究重点和应用分支是计算机获取三维信息的重要手段。在电力系统智能化过程中获取入侵物以及植被的三维信息以及电网设备的三维信息，可以对电网设备进行预警保护是非常有意义的，也是现今电网智能化监测研究的重点。计算机视觉中的三角化技术能依据匹配到的特征点对结合相机标定参数得到特征点的三维坐标信息，单纯的三维信息对于电网监控没有多大的意义，但是利用这些三维信息构建的保护物与侵入物之间的参数就显得意义重大，可以智能化提供预警信息。

在电网监控中，针对输电通道中的植被生长以及车辆过高对于输电线可能造成的危害研究是很有意义的。在输电通道中车辆之间的遮挡以及植被的遮挡会使得测出它们的植被的生长高度以及车辆的高度变得复杂。为了应对遮挡以及视角对于测高的影响，本发明设计了一种依据输电通道中的地面作为参考面拟合三维平面，拉伸三维平面方程并投影平面中的线段到二维图像上观察其与输电线的关系确定高度阈值、测量树顶以及车顶到地面的距离作为高度进行植被生长以及车辆限高的技术。

现有的输电线路监测预警，主要是依靠人工的方式，存在监测预警效率低、实时性不足等问题。基于计算机视觉的技术取得了一定的成果，但是受制于解决输电线路匹配鲁棒性不高等图像中细小物匹配易受干扰的问题，实用性有待改善且对于遮挡等问题处理还不够好。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的基于计算机视觉的输电线路监测预警系统，因输电线路匹配鲁棒性不高导致图像中细小物匹配易受干扰的问题，且存在监测预警系统对遮挡物的遮挡问题处理效果差的问题，而提出一种基于计算机视觉的地面三维平面重建方法。

一种基于计算机视觉的地面三维平面重建方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、双目相机标定过程；

步骤二、稠密稳定匹配点对的生成过程：

在双目相机左图和双目相机右图构成的双目图像中，对地面中的匹配点对进行随机一致采样操作，实现三维平面的拟合过程；其中，双目相机左图是指双目相机与左眼对应的相机抓取到的图像数据，双目相机右图是指双目相机与右眼相对应的相机抓取到的图像数据；利用地面中的匹配点对，生成双目相机左图和双目相机右图之间的单应变换，为地面中的任一线段重建三维信息提供额外的辅助；并在随机一致采样建立平面方程后，拉升平面方程，之后再投影线段；

步骤三、基于极线搜索进行金字塔块匹配过程：