[發(fā)明專利]鐵塔單目視覺(jué)測(cè)量方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210141762.4
• 申請(qǐng)日: 2012-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102661717A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮硯廳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 石家莊新世紀(jì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 張素靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵塔單目視覺(jué)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

鐵塔在安裝后、運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因會(huì)發(fā)生傾斜、彎曲、扭曲等變形，當(dāng)變形超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值時(shí)，需要對(duì)鐵塔進(jìn)行處理，否則有可能在惡劣的天氣等因素的作用下發(fā)生倒塔事故。監(jiān)督鐵塔的變形也是鐵塔監(jiān)督的一個(gè)重要內(nèi)容。目前鐵塔測(cè)量均采用全站儀、經(jīng)緯儀或是上塔吊線等進(jìn)行測(cè)量。但這些方法測(cè)量速度較慢，測(cè)量容易受到帶電、天氣等的影響而無(wú)法完成，測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信息少，不能同時(shí)對(duì)所有的桿件進(jìn)行測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種僅采用一臺(tái)照像機(jī)和一臺(tái)測(cè)距儀即可快速完成鐵塔測(cè)量工作的鐵塔單目視覺(jué)測(cè)量方法，只需對(duì)鐵塔進(jìn)行一次性拍照，然后在辦公室內(nèi)進(jìn)行圖像計(jì)算和處理，從而完成鐵塔的測(cè)量目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

一種鐵塔單目視覺(jué)測(cè)量方法，具體步驟如下：

（一）拍照點(diǎn)距被測(cè)鐵塔的距離L的測(cè)定：

a.對(duì)于L便于測(cè)量的情況，直接用測(cè)距儀測(cè)定L；

b.對(duì)于L不便測(cè)量的情況，采用如下方法：

首先標(biāo)定相機(jī)k值：用相機(jī)對(duì)已知實(shí)際尺寸以及距離的標(biāo)定物體拍照，測(cè)量該標(biāo)定物體的實(shí)際尺寸對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)差值，用公式（1）計(jì)算相機(jī)k值；

???????????????????????????????????????????????????????????????????????（1）

式中：ΔX₁為標(biāo)定物體實(shí)際尺寸對(duì)應(yīng)的像素座標(biāo)差值，L₁為相機(jī)距標(biāo)定物體的水平距離，B₁為標(biāo)定物體的實(shí)際尺寸，f為焦距；

然后測(cè)量被測(cè)鐵塔上便于測(cè)量的任意兩點(diǎn)的實(shí)際距離B₂，用相同型號(hào)、像素的相機(jī)對(duì)被測(cè)鐵塔拍照，計(jì)算照片中該兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)差值ΔX₂，k、f值已知，代入公式（1）計(jì)算相機(jī)距被測(cè)鐵塔的實(shí)際距離L；

（二）將鐵塔看作與地面垂直的線段，根據(jù)圖像畸變校正算法計(jì)算被測(cè)鐵塔的實(shí)際高度，具體采用以下兩種方法中的任意一種：

方法（1）：

a.?計(jì)算被測(cè)鐵塔被拍照部分在成像中的虛擬投影面的弧長(zhǎng)：

首先測(cè)量被測(cè)鐵塔被拍照部分最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的像素坐標(biāo)差ΔX，然后用公式（2）計(jì)算被拍照部分在成像中的虛擬投影面的弧長(zhǎng)；

=??????????????????(2)

式中：為被測(cè)鐵塔被拍照部分在成像中的虛擬投影面的弧長(zhǎng)，B₂為步驟（1）中所測(cè)兩點(diǎn)的實(shí)際距離，ΔX₂為步驟（一）中所測(cè)兩點(diǎn)的像素坐標(biāo)差，ΔX為被測(cè)鐵塔被拍照部分最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的像素坐標(biāo)差；

b.?用公式（3）校正得出被測(cè)鐵塔的實(shí)際高度HA：

?????????????????（3）；

式中：AG為鐵塔被拍照部分最低點(diǎn)距離相機(jī)的垂直距離，對(duì)于被拍照部分最低點(diǎn)為根部以下的被測(cè)鐵塔，AG=0；

方法（2）：

a.對(duì)被測(cè)鐵塔拍照時(shí)用垂直角測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)際拍照仰角γ；

b.計(jì)算相機(jī)的擴(kuò)散角β

?????????????????????????????????（4）；

式中：n為鐵塔被測(cè)量方向在照片中的像素總數(shù)；

c.用公式（5）校正得出被測(cè)鐵塔的高度HA：

?????????????????????????????（5）；

（三）用相似三角形原理對(duì)高度HA進(jìn)行修正計(jì)算得出被測(cè)鐵塔的實(shí)際高度PQ。

本發(fā)明的測(cè)量原理是通過(guò)照片中特定位置單位像素點(diǎn)距離代表的實(shí)際長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)全幅照片內(nèi)鐵塔桿件測(cè)量的方法。主要通過(guò)相機(jī)標(biāo)定、照像仰角（垂直角）測(cè)量、像機(jī)視角（擴(kuò)散角）計(jì)算、圖像校正等幾個(gè)過(guò)程來(lái)完成，相機(jī)的標(biāo)定一次性完成，圖像校正、擴(kuò)散角計(jì)算等可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序完成，由此實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)量的任務(wù)。

由于圖像相對(duì)于實(shí)物來(lái)講會(huì)發(fā)生畸變，而采用長(zhǎng)焦鏡頭會(huì)大大減小測(cè)量誤差，因此測(cè)量鐵塔時(shí)，最好選用長(zhǎng)焦鏡頭并配三角架。像機(jī)的鏡頭在機(jī)械加工時(shí)一般采用旋轉(zhuǎn)的方式，因此圖像的變形圓形畸變居多。即在水平方面和垂直方向的畸變遵循同樣的算法。當(dāng)存在枕形畸變時(shí)必有進(jìn)行兩個(gè)方向不同算法的校正。