本發(fā)明涉及高壓安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

雙目立體視覺測距是一種被動的測距方法，其模仿人類利用雙目感知距離的一種測距方法。其主要是運(yùn)用兩個(gè)攝像機(jī)對同一個(gè)場景內(nèi)同一物體在兩個(gè)攝像機(jī)的不同成像位置成像獲得相應(yīng)的視差，并根據(jù)其視差和基線來確定特定目標(biāo)物的深度信息。

在高壓安全技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，高壓電線的電壓等級越高，所需要的安全作業(yè)距離越大。高壓作業(yè)人員工作場合紛繁復(fù)雜，發(fā)生高壓意外觸電事故的風(fēng)險(xiǎn)極高，因此，精準(zhǔn)的測量結(jié)果，便攜的測量裝置對于高壓作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要?？蓪?shí)時(shí)運(yùn)用于高壓作業(yè)測量距離的場合，給高壓作業(yè)人員提供精確的距離測量結(jié)果，以避免因長時(shí)間工作而麻痹大意造成的意外高壓觸電事故，而且一般的測距方法分辨率低，所得到的測距結(jié)果未必是高壓電線的真實(shí)距離，安全距離的誤判率極高。

然而，傳統(tǒng)測量距離的方法分辨率極低，盲區(qū)大，安全性低，對高壓電線做精確識別較為困難，傳統(tǒng)的測量距離的裝置體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用場合單一，不易安裝和攜帶。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)及方法，以解決傳統(tǒng)測量距離的方法分辨率極低，盲區(qū)大，安全性低，對高壓電線做精確識別較為困難，傳統(tǒng)的測量距離的裝置體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用場合單一，不易安裝和攜帶的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例第一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)和與所述雙目攝像機(jī)連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元、圖像預(yù)處理單元、立體匹配單元和三維建模單元；

所述數(shù)據(jù)獲取單元用于獲取高壓電線的圖像對，所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

所述圖像預(yù)處理單元用于對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進(jìn)行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行濾出噪聲和目標(biāo)增強(qiáng)處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)右匹配單元；

所述立體匹配單元用于將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；

所述三維建模單元用于根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括SDRAM圖像存儲模塊和EPCS4串行配置模塊，所述SDRAM圖像存儲模塊和所述EPCS4串行配置模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接；

所述SDRAM圖像存儲模塊用于實(shí)時(shí)存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

所述EPCS4串行配置模塊用于對所述圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括JTAG模塊，所述JTAG模塊與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接；

所述JTAG模塊用于對所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行調(diào)試。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，包括雙目攝像機(jī)和與所述雙目攝像機(jī)連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元、圖像預(yù)處理單元、立體匹配單元和三維建模單元；本發(fā)明示出的高壓電線測距系統(tǒng)利用雙目攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以使所述高壓電線測距系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點(diǎn)，采用FPGA數(shù)據(jù)處理模塊對圖像對進(jìn)行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進(jìn)而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述系統(tǒng)分辨率高、體積小以及結(jié)構(gòu)簡單，可用于多場合實(shí)時(shí)測量。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例另一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述雙目攝像機(jī)、所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、所述SDRAM圖像存儲模塊、所述EPCS4串行配置模塊和所述JTAG模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述方法包括：

獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進(jìn)行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行濾出噪聲和目標(biāo)增強(qiáng)處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)右匹配單元；

將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；

根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

進(jìn)一步，所述方法還包括：

實(shí)時(shí)存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

并對所述圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份。

進(jìn)一步，所述方法還包括，利用所述雙目攝像機(jī)采集高壓電線的原始圖像對，所述原始圖像對包括左視角原始圖像和右視角原始圖像。

進(jìn)一步，所述獲取高壓電線的圖像對之前，所述方法還包括，根據(jù)所述原始圖像對對所述雙目攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。

進(jìn)一步，所述根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離具體為，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息計(jì)算得到一組距離值，于所述一組距離值中選擇最小距離值。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述方法包括獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；將對應(yīng)相同特征區(qū)域的左匹配單元和右匹配單元進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。本高壓電線測距方法實(shí)時(shí)采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以實(shí)時(shí)應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點(diǎn)，對獲取的圖像對進(jìn)行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進(jìn)而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述方法分辨率高，可用于多場合實(shí)時(shí)測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法流程圖；

圖3為根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法預(yù)處理步驟流程圖。

其中，1-雙目攝像機(jī)；2-FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；3-SDRAM圖像存儲模塊；4-EPCS4串行配置模塊；5-JTAG模塊；21-圖像數(shù)據(jù)獲取單元；22-圖像預(yù)處理單元；23-立體匹配單元；24-三維建模單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)1和與所述雙目攝像機(jī)1連接的FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)數(shù)據(jù)處理模塊2；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元21、圖像預(yù)處理單元22、立體匹配單元23和三維建模單元24；

所述數(shù)據(jù)獲取單元21用于獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

所述圖像預(yù)處理單元22用于對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進(jìn)行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行濾出噪聲和目標(biāo)增強(qiáng)處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)右匹配單元；

所述立體匹配單元23用于將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；

所述三維建模單元24用于根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離；

優(yōu)選地，所述雙目攝像機(jī)采用廣視角攝像頭，具有探測范圍廣和小體積的探測優(yōu)勢，所以可以很方便地將其安裝在高壓作業(yè)人員的安全帽之上；高壓作業(yè)人員在現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取作業(yè)人員視角內(nèi)所有高壓電線的距離；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述雙目攝像機(jī)采用OV7725攝像頭模組。

優(yōu)選地，所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2采用EP4CE6E22C8N芯片。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機(jī)存儲器)圖像存儲模塊3和EPCS4(Erasable programmable configurable serial，串行存貯器)串行配置模塊4，所述SDRAM圖像存儲模塊3和所述EPCS4串行配置模塊4分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2連接；

所述SDRAM圖像存儲模塊3用于實(shí)時(shí)存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述高壓電線的圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

所述EPCS4串行配置模塊4用于對所述圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份。需要說明的是，所述EPCS4串行配置模塊4主要是對FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2做片外設(shè)置，使其掉電之后數(shù)據(jù)不丟失；

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述SDRAM圖像存儲模塊3采用三星公司的MT47H32M16CC-3存儲器。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括JTAG(Joint Test Action Group,聯(lián)合測試工作組)模塊5，所述JTAG模塊5與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2連接；

所述JTAG模塊5用于對所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2進(jìn)行調(diào)試。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，包括雙目攝像機(jī)1和與所述雙目攝像機(jī)1連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元21、圖像預(yù)處理單元22、立體匹配單元23和三維建模單元24；本高壓電線測距系統(tǒng)利用雙目攝像機(jī)1實(shí)時(shí)采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以使所述高壓電線測距系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點(diǎn)，采用FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2對圖像對進(jìn)行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進(jìn)而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述系統(tǒng)分辨率高、體積小以及結(jié)構(gòu)簡單，可用于多場合實(shí)時(shí)測量。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例另一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述雙目攝像機(jī)、所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、所述SDRAM圖像存儲模塊、所述EPCS4串行配置模塊和所述JTAG模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述方法包括：

步驟S1、獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

步驟S2、對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；

步驟S3、對預(yù)處理后的圖像對進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；

優(yōu)選地，利用標(biāo)準(zhǔn)尺度不變特征變換(Scale-Invariant Feature Transform，SIFT)的特征匹配算法實(shí)現(xiàn)圖像的立體匹配。立體匹配是根據(jù)特征提取后獲得的數(shù)據(jù)，建立特征之間的對應(yīng)關(guān)系，將同一個(gè)空間物理點(diǎn)在不同圖像中的映像點(diǎn)對應(yīng)起來，由此得到相應(yīng)的視差圖像。

步驟S4、根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

優(yōu)選地，利用標(biāo)準(zhǔn)歐氏重建的算法，根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，得到立體圖像對，根據(jù)所述立體圖像對，得到視差圖，根據(jù)所述視差圖得到高壓電線的深度信息，從而計(jì)算得到高壓電線的距離。

進(jìn)一步，所述方法還包括：

實(shí)時(shí)存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述高壓電線的圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

并對所述圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份。需要說明的是所述備份為了使數(shù)據(jù)在掉電之后不丟失。

進(jìn)一步，所述方法還包括，利用所述雙目攝像機(jī)采集高壓電線的原始圖像對，所述原始圖像對包括左視角原始圖像和右視角原始圖像。

進(jìn)一步，所述步驟S1、獲取高壓電線的圖像對之前，所述方法還包括，根據(jù)所述原始圖像對對所述雙目攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。

優(yōu)選地，利用Z Zhang的平面模型兩步法標(biāo)定原理對左右兩個(gè)攝像機(jī)的光軸平行和等高的標(biāo)定；通過獲取基線、單應(yīng)性矩陣、相機(jī)內(nèi)外參數(shù)、畸變系數(shù)，對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，提高高壓電線深度信息獲取的精度。

進(jìn)一步，所述根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離具體為，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息計(jì)算得到一組距離值，于所述一組距離值中選擇最小距離值。

由圖2可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法中，所述步驟S2、對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理進(jìn)一步包括，

步驟S201、對所述圖像對進(jìn)行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；

優(yōu)選地，使用標(biāo)準(zhǔn)Hartley算法對所述圖像對進(jìn)行極線校正。

步驟S202、對所述高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行濾出噪聲和目標(biāo)增強(qiáng)處理；

優(yōu)選地，利用改進(jìn)的中值濾波算法對高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行濾出噪聲處理；

優(yōu)選地，利用多子直方圖對高壓電線目標(biāo)特征對進(jìn)行目標(biāo)增強(qiáng)處理。

步驟S203、根據(jù)不同的特征區(qū)域，將濾出噪聲和目標(biāo)增強(qiáng)處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個(gè)右匹配單元。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機(jī)、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述方法包括：獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；對所述圖像對進(jìn)行預(yù)處理；將對應(yīng)相同特征區(qū)域的左匹配單元和右匹配單元進(jìn)行立體匹配，得到立體匹配信息；根據(jù)所述立體匹配信息進(jìn)行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。本高壓電線測距方法實(shí)時(shí)采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以實(shí)時(shí)應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點(diǎn)，對獲取的圖像對進(jìn)行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進(jìn)而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述方法分辨率高，可用于多場合實(shí)時(shí)測量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。