一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法及系统

本发明属于电网控制技术领域，尤其涉及一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法及系统。

背景技术：

高压电网里是现今社会传输电力的一个重要的载体和工具，特别是在电压在500kv的超高压输电线路上传输电，500kv超高压线路传输电所具有两方面的主要优点：输电涉及到的线路长和传送电力容量大。因此，超高压输电线在线路传输中的安全可靠问题由此得到了相当大的重视。正如我们都知道的高压线材料是裸露的金属丝，从而暴露在自然环境中，多年来，受到各种损伤，如果不及时的加以修复，排除高压线上的各种故障，有可能会导致严重的输电线安全事故，这将会给高压线电力传输带来极大的安全影响，造成大范围的停电和巨大的经济财产的损失。因此，各个电力公司为了随时的掌握并且了解高压输电线路是否通畅以及高压线路周围天气地理环境的变化情况对高压输电线路的影响，而实行定期的安全巡视检查，及时发现并且快速的解决这些高压线的故障问题，预防高压线电路事故的出现，保证供电安全和人身财产安全。为了解决以上问题的出现，现在使用检修机器人进行作业，然而通过该配网带电作业机器人迫切需要解决的问题之一是线缆的定位问题，尤其是在复杂环境下，例如在强光、树木以及线交叉等干扰下，想要准确定位线缆显得尤为困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法，能够准确的对电缆进行定位。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

第一方面，提供了一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法，包括：

通过双摄像头分别采集电缆的彩色图像；

根据采集到的彩色图像提取电缆轮廓；

对提取的电缆轮廓进行过滤；

对过滤后的电缆轮廓通过自适应向量化分段扫描得到多段电缆轮廓的自适应向量变换图，根据自适应向量变换图获取电缆廓中线点集；

根据电缆轮廓中线点集获取两个摄像头所采集图像中的同名点；

根据同名点获取电缆的三维坐标。

结合第一方面，进一步的，所述对提取的电缆轮廓进行过滤包括：

根据所提取的电缆轮廓的外接矩形的长宽比以及电缆轮廓中的颜色分布过滤去掉不符合条件的电缆轮廓。

结合第一方面，进一步的，当电缆轮廓的外接矩形的长宽比小于4时所对应的电缆轮廓即为不符合条件的轮廓。

结合第一方面，进一步的，根据提取的电缆轮廓中的颜色分布过滤去掉不符合条件的轮廓具体为：

将一张标准电缆轮廓图像转换为黑白图，统计每一个灰度具有的像素点个数与图片平均灰度值，对待判别的电缆轮廓图像进行和标准电缆轮廓图像的相同操作，通过下式对待判别的电缆轮廓图像进行判别：

其中，h1(i)为标准电缆轮廓图像中像素值为i的像素点出现的次数，h2(i)为待判别电缆轮廓图像中像素值为i的像素点出现的次数，为标准电缆轮廓图像的平均灰度值，为待判别电缆轮廓图像的平均灰度值；当0.5≤d≤1时，则认为待判别图像为电缆轮廓图像，否则认为其为不符合条件的电缆轮廓图像。

结合第一方面，进一步的，所述获取电缆廓中线点集具体为：

对过滤后的电缆轮廓采用最小二乘法拟合成二次函数曲线，将该二次函数曲线分成n个连续的点a1...ak...an，对应的切线斜率为a1...ak...an，若|a2-a1|…|ak-ak-1|均小于阀值d且|ak+1-ak|大于阀值d，则将从a1到ak之间的点分为一段，以此类推，直到将电缆轮廓分段完；然后根据每段电缆轮廓的外接矩形的短边斜率得到该短边的向量，分别以长边上的像素点x1，x2…..xn为起始点，沿着短边向量扫描外接矩形获得电缆轮廓的上、下边缘像素点坐标(xu,yu)、(xd,yd)，根据上、下边缘像素点可以获得电缆轮廓中心线像素点((xu,yu)/2,(xd,yd)/2)。

结合第一方面，进一步的，所述根据电缆轮廓中线点集获取两个摄像头所采集图像中的同名点包括：

将两个摄像头所采集图像中的多段电缆轮廓中线点集用最小二乘法拟合得到各段电缆轮廓中线的向量二次方程；

通过分割点将其中一个摄像头所采集的图像a中各段电缆轮廓中线的向量二次方程所表示曲线等间距分为6段；

通过图像a中的分割点在另一个摄像头所采集的与图像a对应的图像b中画出与图像a中分割点对应的约束点，并对约束点集进行向量化得到该点集的极线的方程，该极线方程所示极线与图像b中电缆轮廓中线的向量二次方程所示曲线交点即为图像b与图像a中分割点对应的同名点。

结合第一方面，进一步的，所述根据同名点获取电缆的三维姿态，包括：

将图像a中的分割点以及和其对应的图像b中的同名点通过双目三角测量法计算得到分割点的三维坐标；

对各段电缆轮廓中线的分割点的三维坐标点进行向量转换，采用最小二乘法将向量转换后的坐标点拟合为二次方程，获得各段电缆轮廓中线的三维向量信息，将转为三维向量的多段电缆轮廓中线首尾相连获得整个电缆轮廓中线的三维向量信息。

第二方面，提供了一种基于自适应向量变换的电缆位置确定系统，包括：

图像采集模块：

用于通过双摄像头分别采集电缆的彩色图像；

电缆轮廓提取模块：

用于根据采集到的彩色图像提取电缆轮廓；

对提取的电缆轮廓进行过滤；

电缆位置确定模块：用于过滤后的电缆轮廓通过自适应向量化分段扫描得到多段电缆轮廓的自适应向量变换图，根据自适应向量变换图获取电缆廓中线点集；

根据电缆轮廓中线点集获取两个摄像头所采集图像中的同名点；

根据同名点获取电缆的三维坐标。

本发明有益效果：本发明通过将电缆轮廓中的斜率变化将电缆分段，然后根据各段电缆轮廓的外接矩形对电缆进行向量扫描，从而获得二维时电缆轮廓的的中线，之后对各段电缆轮廓中线再次分段，再通过双目摄像的在图像b中找到与图像a中电缆轮廓中线分割点对应的同名点，从而通过双目三角测量法计算得到分割点的三维坐标，最终通过对分割点的三维坐标得到电缆轮廓中线的三维向量信息，完成对电缆的定位，本方法通对电缆轮廓进行分割实现了对电缆更精确的定位，并且通过对电缆轮廓外接矩形以及颜色分布判断准确的过滤掉了不符合要求的电缆轮廓，减小了处理过程中的计算量同时也保证了后续处理的准确。

附图说明

图1为本发明中双目摄像机的前视图；

图2为本发明中双目摄像机的俯视图；

图3为本发明中电缆轮廓自适应向量变换示意图；

图4为本发明中根据分割点寻找同名点时的匹配图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

实施例1

本发明所提出的一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法，如图1-4所示，包括如下步骤：

步骤一、通过双摄像头分别采集电缆的彩色图像。

具体为：将两个摄像头固定，保证其相对位置不会发生移动，并通过两个摄像头拍摄大量的电缆图片。

步骤二、根据两个摄像头采集到的彩色图像分别提取各图像中的电缆轮廓。

通过拍摄的大量图片制作深度学习样本。通过制作的样本对神经网络进行训练，最大训练次数为800000次，初始学习率为0.01，训练误差为0.1以下，最后获得训练模型权重。此部分神经网络训练为现有技术，通过训练好的神经网络分别提取两个摄像头所拍摄到的电缆轮廓，并过滤掉背景干扰信息。

步骤三、对所提取的电缆轮廓进行进一步过滤，将一些本来被误判为是电缆轮廓但实际上并非电缆轮廓的部分过滤掉，主要根据所提取的电缆轮廓的外接矩形的长宽比以及电缆轮廓中的颜色分布过滤去掉不符合条件的电缆轮廓。

通过电缆轮廓的外接矩形的长宽比过滤为：当电缆轮廓的外接矩形的长宽比小于4时所对应的电缆轮廓即为不符合条件的轮廓。

通过颜色分布过滤为：将一张标准电缆轮廓图像(作为参照的标准图像)转换为黑白图，统计每一个灰度具有的像素点个数与图片平均灰度值，对待判别的电缆轮廓图像进行和标准电缆轮廓图像的相同操作，通过下式对待判别的电缆轮廓图像进行判别：

其中，h1(i)为标准电缆轮廓图像中像素值为i的像素点出现的次数，h2(i)为待判别电缆轮廓图像中像素值为i的像素点出现的次数，为标准电缆轮廓图像的平均灰度值，为待判别电缆轮廓图像的平均灰度值；当0.5≤d≤1时，则认为待判别图像为电缆轮廓图像，否则认为其为不符合条件的电缆轮廓图像。

步骤四、对过滤后的电缆轮廓通过自适应向量化分段扫描得到多段电缆轮廓的自适应向量变换图，根据自适应向量变换图获取电缆廓中线点集，具体为：

对过滤后的电缆轮廓采用最小二乘法拟合成二次函数曲线，将该二次函数曲线分成n个连续的点a1...ak...an，对应的切线斜率为a1...ak...an，若|a2-a1|…|ak-ak-1|均小于阀值d且|ak+1-ak|大于阀值d，则将从a1到ak之间的点分为一段，以此类推，直到将电缆轮廓分段完；然后根据每段电缆轮廓的外接矩形的短边斜率得到该短边的向量，分别以长边上的像素点x1，x2…..xn为起始点，沿着短边向量扫描外接矩形(可得到自适应向量变换图)，根据该向量变换图可获得电缆轮廓的上、下边缘像素点坐标(xu,yu)、(xd,yd)，根据上、下边缘像素点可以获得电缆轮廓中心线像素点((xu,yu)/2,(xd,yd)/2)。

步骤五、根据电缆轮廓中线点集获取两个摄像头所采集图像中的同名点，具体为：

将两个摄像头(如图1和图2中所示的左、右两个摄像头)所采集图像中的多段电缆轮廓中线点集用最小二乘法拟合得到各段电缆轮廓中线的向量二次方程；

通过分割点将其中一个摄像头(如左摄像头1)所采集的图像a中各段电缆轮廓中线的向量二次方程所表示曲线等间距分为6段；

通过图像a中的分割点3在另一个摄像头(如右摄像头2)所采集的与图像a对应的图像b中画出与图像a中分割点对应的约束点4，并对约束点集进行向量化得到该点集的极线的方程，该极线方程所示极线与图像b中电缆轮廓中线的向量二次方程所示曲线交点即为图像b与图像a中分割点对应的同名点(即在图像b中与图像a中分某割点位置相匹配的那个点)。

步骤六、根据同名点获取电缆的三维坐标。

具体为：将图像a中的分割点以及和其对应的图像b中的同名点通过双目三角测量法计算得到分割点的三维坐标；

对各段电缆轮廓中线的分割点的三维坐标点进行向量转换，采用最小二乘法将向量转换后的坐标点拟合为二次方程，获得各段电缆轮廓中线的三维向量信息，，将转为三维向量的多段电缆轮廓中线首尾相连获得整个电缆轮廓中线的三维向量信息(由于电缆的粗细都有标准化的固定规格，所以得到了电缆轮廓的中线三维坐标就能准确的知道电缆的位置，同样，通过简单的计算就能获得电缆的姿态)。

实施例2

还提供了一种基于自适应向量变换的电缆位置确定系统，包括：

图像采集模块：

用于通过双摄像头分别采集电缆的彩色图像；

电缆轮廓提取模块：

用于根据采集到的彩色图像提取电缆轮廓；

对提取的电缆轮廓进行过滤；

电缆位置确定模块：用于过滤后的电缆轮廓通过自适应向量化分段扫描得到多段电缆轮廓的自适应向量变换图，根据自适应向量变换图获取电缆廓中线点集；

根据电缆轮廓中线点集获取两个摄像头所采集图像中的同名点；

根据同名点获取电缆的三维坐标。

本发明一种基于自适应向量变换的电缆位置确定方法包括：

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。