【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电力，尤其涉及一种基于点云数据和图像的标定方法及相关装置。
技术介绍
1、在电网公司的输电线路运维中，首要目标是保证电网平稳运行且电能安全输送。但是，由于输电线路分布广、线路长且长时间暴露在自然环境中，在一些区域(例如架空输电线路跨越高速铁路、高速公路和重要输电线路的区段)内经常容易受到各种隐患目标(如大型施工机械、吊车、水泥罐车等)的破坏。由于输电线路的电压较高，一旦隐患目标接触或接近输电线路时，容易发生导线放电、击穿引发停电等安全事故。
2、因此，为安全起见，在电网公司的智慧输电线路建设标准中，输电线路的可视化覆盖率要求不低于60％，即至少60％以上的杆塔上需要安装摄像头来进行可视化监测。目前，对输电线路附近的隐患目标进行识别的方法通常是采用计算机视觉等人工智能算法处理杆塔上的摄像头回传的图像，进而识别图像中的隐患目标。然后，针对图像中的隐患目标，可以基于隐患目标在图像中的位置，进一步计算隐患目标与输电线路之间的距离，从而确定隐患目标是否会对输电线路造成危害。
3、一般来说，基于隐患目标在图像中的位置来计算隐患目标与输电线路之间的距离通常需要获得拍摄图像的图像采集设备的外参数，即获得世界坐标系与图像采集设备坐标系之间的转换关系。相关技术中，通常是人为在图像中选定参考点来对图像采集设备进行标定，进而获得图像采集设备的外参数。然而，由于图像采集设备部署于室外的杆塔上，受自然环境影响，图像采集设备的位置容易发生变化，进而导致图像采集设备的外参数发生漂移。因此，在输电线路运维中，运维人员往往需要经常
技术实现思路
1、本申请提供了一种基于点云数据和图像的标定方法，通过获取输电线路相关的点云数据和图像，即可实现自动对图像采集设备进行标定，无需人工参与，有效地提高了图像采集设备的标定效率且减少人力物力的耗费。
2、本申请第一方面提供一种基于点云数据和图像的标定方法，应用于对拍摄输电线路的图像采集设备进行标定。该方法包括：首先，获取点云数据和第一图像。其中，点云数据和第一图像是在不同位置下对输电线路进行采集得到的。例如，点云数据例如可以是通过搭载在无人机上的激光雷达等激光扫描设备对输电线路进行扫描得到的。第一图像则可以是由部署在输电线路的杆塔上的图像采集设备(例如摄像头)对输电线路进行拍摄得到的，因此第一图像中包括输电线路。
3、然后，提取点云数据以及第一图像中的几何特征，得到点云数据中的第一几何特征和第一图像中的第二几何特征，其中第一几何特征和第二几何特征均与输电线路相关。其中，几何特征是指几何图形的特征，例如线特征、点特征和面特征等几何图形的特征。具体地，点云数据以及第一图像中的几何特征包括以下特征中的一种或多种：深度不连续的线特征以及与输电线路中的杆塔相关的面特征。其中，深度不连续的线特征用于表示输电线，面特征则用于表示杆塔的几何面。
4、其次，在第一几何特征和第二几何特征中确定具有对应关系的第一目标特征和第二目标特征，第一目标特征为第一几何特征中的特征，第二目标特征为第二几何特征中的特征。其中，第一目标特征和第二目标特征均是对应于同一物体上的特定形状。例如，第一目标特征和第二目标特征均为线特征，均是对应于输电线路上的同一条输电导线。
5、最后，基于第一目标特征和第二目标特征计算图像采集设备的外参数，其中，图像采集设备用于采集第一图像，外参数用于指示第一目标特征与第二目标特征之间的转换关系。由于第一目标特征为世界坐标系中的三维特征，而第二目标特征为相机坐标系中的二维特征，因此基于第一目标特征和第二目标特征，能够推导出图像采集设备的外参数，该外参数能够实现将第一目标特征转换为第二目标特征，即外参数指示了第一目标特征与第二目标特征之间的转换关系。
6、本方案中，通过利用输电线路的形状特性，在点云数据和图像中提取输电线路相关的几何特征(例如输电线、输电线与杆塔的交点以及杆塔的表面形状等特征)，并基于点云数据中的几何特征与图像中的几何特征之间的对应关系，来求取点云数据中与图像之间的几何特征转换关系，进而得到图像采集设备的外参数。并且，本方案中通过获取输电线路相关的点云数据和图像，即可实现自动对图像采集设备进行标定，无需人工参与，有效地提高了图像采集设备的标定效率且减少人力物力的耗费。
7、在一种可能的实现方式中，第一几何特征包括第一线特征，第一线特征中任意两个相邻的点之间的深度值之差大于第一阈值。即，第一线特征中的点的深度值是连续变化的。由于输电线路中的输电导线是连续且不断在三维空间中延伸的，因此在点云数据中代表输电导线的各个点的深度是一直变化的，基于线上点的深度值变化情况，能够有效地确定用于表示输电导线的线特征。
8、本方案中，通过在点云数据中提取深度不连续的线特征来作为几何特征，能够基于输电导线的形状特性有效地将点云数据中用于表示输电导线的线特征进行提取，有利于后续进行几何特征的匹配。
9、在一种可能的实现方式中，在第一几何特征和第二几何特征中确定具有对应关系的第一目标特征和第二目标特征，包括：首先，通过预设外参数将第一几何特征中的点转换为图像中的像素，得到第三几何特征，预设外参数为图像采集设备预设的外参数。其中，预设外参数为图像采集设备预设的外参数，能够用于指示世界坐标系到相机坐标系的转换关系。因此，基于预设外参数，能够将第一线特征中处于世界坐标系的三维点转换为图像中处于相机坐标系的二维像素，即将三维的第一线特征转换为二维的第二线特征。
10、然后，基于第三几何特征和第二几何特征，确定第三目标特征和第二目标特征，第三目标特征为第三几何特征中的特征，第三目标特征和第二目标特征是第三几何特征和第二几何特征之间相似度最高的两个特征。也就是说，在将点云数据中的第一几何特征投影至相机坐标系，得到二维的第三几何特征之后，则将第三几何特征与图像中的第二几何特征进行比对，从而提取得到最相似的两个几何特征。
11、最后，确定第三目标特征所对应的第一目标特征与第二目标特征具有对应关系。
12、本方案中，通过将点云数据中提取得到的三维几何特征转换为相机坐标系下的二维几何特征，能够实现将点云数据对应的二维几何特征与图像中的几何特征进行比对，从而确定点云数据和图像中具有对应关系的几何特征，保证方案的可实现性。
13、在一种可能的实现方式中，在第一几何特征和第二几何特征中确定具有对应关系的第一目标特征和第二目标特征，包括：通过预设外参数将第一线特征中的点转换为图像中的像素，得到第二线特征，预设外参数为图像采集设备预设的外参数。其中，预设外参数为图像采集设备预设的外参数，能够用于指示世界坐标系到相机坐标系的转换关系。因此，基于预设外参数，能够将第一线特征中处于世界坐标系的三维点转换为图像中处于相机坐标系的二维像素，即将三维的第一线特征转换为二维的第二线特征。
14、然后，在第二几本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于点云数据和图像的标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一几何特征和所述第二几何特征中确定具有对应关系的第一目标特征和第二目标特征，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一几何特征包括第一线特征，所述第一线特征中任意两个相邻的点之间的深度值之差大于第一阈值。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一几何特征包括至少一个三维的面特征，所述第二几何特征包括至少一个二维的面特征；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一图像中包括隐患目标；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三图像包括所述输电线路且不包括所述隐患目标；
9.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述隐患目标包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端垂
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一图像中标记所述隐患点与所述输电线路之间的距离。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
12.根据权利要求9-11任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
13.一种基于点云数据和图像的标定装置，其特征在于，包括：
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：
15.根据权利要求13-14任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一几何特征包括第一线特征，所述第一线特征中任意两个相邻的点之间的深度值之差大于第一阈值。
16.根据权利要求13-15任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一几何特征包括至少一个三维的面特征，所述第二几何特征包括至少一个二维的面特征；
17.根据权利要求13-16任意一项所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：
18.根据权利要求13-17任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一图像中包括隐患目标；
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第三图像包括所述输电线路且不包括所述隐患目标；
21.根据权利要求18-20任意一项所述的装置，其特征在于，所述隐患目标包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端垂直与地面接触，所述第一部分的另一端与所述第二部分的一端连接，且所述第二部分与所述第一图像的拍摄平面之间具有夹角；
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于在所述第一图像中标记所述隐患点与所述输电线路之间的距离。
23.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：
24.根据权利要求21-23任意一项所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：
25.一种基于点云数据和图像的标定装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为执行所述代码，当所述代码被执行时，所述装置执行如权利要求1至12任意一项所述的方法。
26.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有指令，所述指令在由计算机执行时使得所述计算机实施权利要求1至12任意一项所述的方法。
27.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品存储有指令，所述指令在由计算机执行时使得所述计算机实施权利要求1至12任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据和图像的标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一几何特征和所述第二几何特征中确定具有对应关系的第一目标特征和第二目标特征，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一几何特征包括第一线特征，所述第一线特征中任意两个相邻的点之间的深度值之差大于第一阈值。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一几何特征包括至少一个三维的面特征，所述第二几何特征包括至少一个二维的面特征；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一图像中包括隐患目标；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三图像包括所述输电线路且不包括所述隐患目标；
9.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述隐患目标包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端垂直与地面接触，所述第一部分的另一端与所述第二部分的一端连接，且所述第二部分与所述第一图像的拍摄平面之间具有夹角；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一图像中标记所述隐患点与所述输电线路之间的距离。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
12.根据权利要求9-11任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
13.一种基于点云数据和图像的标定装置，其特征在于，包括：
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：
15.根据权利要求13-14任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一几何特征包括第一线特征，所述第一线特征中...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏坤，吉建民，蒋永斌，李星辰，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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