本發(fā)明公開一種低功耗電力設(shè)施可視化三維監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用采集的輸電線路魚眼圖像生成四幅展開的平面圖，可以使維護(hù)管理人員能夠更加高效直觀的對(duì)電力輸電線路進(jìn)行檢修管理，低功耗，效率高，實(shí)現(xiàn)更加靈活高效。

背景技術(shù)：
：

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的覆蓋面越來越廣、經(jīng)過的地理、氣象條件地區(qū)越來越復(fù)雜，輸電線路是電網(wǎng)設(shè)施的重要組成部分，其可靠性及運(yùn)行狀況直接決定整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，也決定了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在電力建設(shè)中，高效的輸電線路維護(hù)管理工作是保障電力輸電線路正常運(yùn)行的關(guān)鍵，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)輸電線狀態(tài)運(yùn)行檢修管理，提升輸電線路專業(yè)管理精益化水平的重要技術(shù)手段，尤其是視頻圖像監(jiān)控，由于其具有直觀準(zhǔn)確性特點(diǎn)，其對(duì)于快速及時(shí)確定異常情況的種類以及具體位置起著十分關(guān)鍵的作用。

由于視頻圖像監(jiān)測(cè)具有直觀準(zhǔn)確性，其被廣泛應(yīng)用于輸電線路在線檢測(cè)系統(tǒng)，為使覆蓋較大的監(jiān)控范圍，都是利用云臺(tái)攝像機(jī)在某個(gè)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)重復(fù)掃描，或多個(gè)固定的攝像機(jī)來覆蓋整個(gè)監(jiān)視區(qū)域?，F(xiàn)有的狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，在利用圖像進(jìn)行異常監(jiān)測(cè)時(shí)，都是對(duì)拍攝傳回的每張圖片單獨(dú)進(jìn)行查看分析，判斷該拍攝位置是否有異常。由于攝像機(jī)的攝影視角有限，單張圖像只能拍攝到一個(gè)較小的范圍，一個(gè)較大的監(jiān)控范圍就會(huì)有很多張監(jiān)控圖像，而且由于同一場(chǎng)景云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝的相鄰監(jiān)控圖像重疊部分較多，如果對(duì)每張都單獨(dú)查看分析，重復(fù)工作比較多，工作量比較大，同時(shí)，單張圖像相對(duì)于整個(gè)監(jiān)控場(chǎng)景來說，查看、定位監(jiān)控位置不夠直觀，效率低。因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種低功耗電力設(shè)施可視化三維監(jiān)測(cè)技術(shù)，在監(jiān)控范圍內(nèi)利用魚眼鏡頭對(duì)輸電線路拍攝獲得監(jiān)控圖像，系統(tǒng)對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正處理工作生成四幅展開的平面圖像，維護(hù)管理人員在監(jiān)控中心可直觀的觀測(cè)平面圖像，該策略對(duì)輸電線路日常維管和應(yīng)急搶修任務(wù)處理中有著至關(guān)重要的作用。為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種低功耗電力設(shè)施可視化三維監(jiān)測(cè)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于提供一種低功耗電力設(shè)施可視化三維監(jiān)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)利用魚眼鏡頭監(jiān)控輸電線路，省去了現(xiàn)有的狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)使用云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝相鄰監(jiān)控圖像以及應(yīng)用多幅圖像拼接獲得全景圖像的方法，因此該技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來工作量少，功耗低，操作簡單，靈活高效。

低功耗電力設(shè)施可視化三維檢測(cè)技術(shù)利用魚眼鏡頭對(duì)監(jiān)控地區(qū)的輸電線路采集各種圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)通信單元傳回主站監(jiān)控中心。主站監(jiān)控中心服務(wù)器平臺(tái)有對(duì)圖像進(jìn)行校正處理模塊， 可對(duì)采集的魚眼監(jiān)控圖像進(jìn)行圖像處理獲得展開的四幅平面圖像，以完整便于查看的形式展現(xiàn)給工作人員，工作人員在監(jiān)控端可以直觀的觀測(cè)到更廣闊、多角度、完整的監(jiān)控場(chǎng)景，有利于輸電線路的檢修管理。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

魚眼鏡頭全景攝像機(jī)因采用的鏡頭和圖像傳感器與普通鏡頭的矩形傳感器有著本質(zhì)上的差異，因此其成像原理也不很相同。由于魚眼鏡頭焦距越短，視角越大，而視角越大，因光學(xué)原理產(chǎn)生的變形也就越強(qiáng)烈的特點(diǎn)，所以為了達(dá)到水平360°，垂直180°的超大視角，魚眼鏡頭允許“桶形畸變”合理存在，除了畫面中心的景物保持不變，其它本應(yīng)水平或垂直的景物都發(fā)生了相應(yīng)的變化。由于景深曲率的影響，魚眼鏡頭成像會(huì)形成一個(gè)異于人類視覺習(xí)慣的圓形圖像，其圖像邊緣的像素點(diǎn)完全被拉伸，因此如何對(duì)圓形圖像進(jìn)行校正，以及保證魚眼圖像的有效像素不丟失就是十分關(guān)鍵的技術(shù)。圖像的畸變十分嚴(yán)重，不符合正常視覺感受，故需要圖像校正處理技術(shù)消除魚眼鏡頭畸變。

本發(fā)明主要包括圖像采集、圖像預(yù)處理、確定魚眼圖像的半徑和圓形、圖像校正處理四個(gè)模塊組成。具體技術(shù)方案如下：

1)圖像采集

利用魚眼全景攝像機(jī)對(duì)監(jiān)控地區(qū)的輸電線路采集各種圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)通信單元傳回到主控中心。

2)圖像預(yù)處理

由于客觀條件或者魚眼攝像機(jī)自身的不足造成實(shí)際拍攝下來的圖像存在模糊、歪斜或缺損等情況，不能如實(shí)反映景物的全部信息或?qū)π畔⒂袊?yán)重影響，因此，對(duì)剛拍攝到的圖像進(jìn)行預(yù)處理再進(jìn)一步校正圖像產(chǎn)生的畸變。圖像預(yù)處理一般包括圖像二值化處理、濾波去噪、增強(qiáng)圖像對(duì)比度等過程。圖像預(yù)處理過程可以減弱圖像中的噪聲，增強(qiáng)有用信息，處理結(jié)果將會(huì)對(duì)后期提取圖像輪廓和畸變校正結(jié)果的質(zhì)量造成影響。

2)確定魚眼圖像的半徑和圓心

魚眼鏡頭拍攝的圖像四周黑色部分是無用信息，只有中間圓形區(qū)域內(nèi)的信息需要提取出來，進(jìn)行校正。因此，在畸變校正前，先選取魚眼圖像的輪廓，確定魚眼圖像有效信息所在范圍，求出其圓心位置和半徑大小，方便圖像校正拼接處理。

3)圖像校正處理：

由于魚眼圖像的性質(zhì)，將魚眼圖像采用“切蛋糕”一樣，均勻分割成若干塊，如圖1所示，首先將魚眼圖像均分成8塊(近似看作三角形)，將三角形中的每一行像素點(diǎn)坐標(biāo)按比例拉伸， 變換為矩形，然后將上述變換后的圖形相鄰的部分進(jìn)行拼接，得到展開的180°全景圖像，最后用全景圖像生成四幅平面圖。

其分析過程有如下步驟來完成：

(1)設(shè)魚眼圖像上任意坐標(biāo)(i，j)的像素信息值為f(i，j)，假設(shè)所得的魚眼圖像的邊長為L，可以確定圖像數(shù)據(jù)信息的矩陣表達(dá)形式如式：

f(i，j)表示該像點(diǎn)的信息，i表示圖像信息矩陣的行，j表示圖像信息矩陣的列；

(2)在魚眼圖像中以圓心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，假設(shè)源圖像上的一點(diǎn)P(x₀，y₀)，變換到極坐標(biāo)系中，成為點(diǎn)P(ρ₀，φ₀)。切割后得到的子圖像矩陣OABC中，圖像像素信息用f₁(i₁，j₁)表示；

(3)點(diǎn)P(ρ₁，φ₁)對(duì)應(yīng)的圖像信息的坐標(biāo)為f₁(i₂，j₂)，通過上述的算法思想將其變換成矩陣S₁(u，v)中的點(diǎn)S₁(u₁，v₁)，轉(zhuǎn)換關(guān)系式為如下公式，式中

(4)變換完成后，將生成的8子圖像如圖2中所示，在矩形M和N中逐列比較像素信息，當(dāng)S₁(u，v₁)＝S₂(u，v₂)時(shí)，尋求有相同元素最多的一條直線，即為縫合線，在圖2中標(biāo)注的v₁和v₂；

(5)根據(jù)縫合線，將A矩陣中v₁列右側(cè)的像素信息刪除，矩陣B中v₂左側(cè)的信息刪除，合并兩矩陣，組成新的圖像信息矩陣。同理，將之前切割的8個(gè)三角形拼接起來，形成一幅全景圖像；

(6)利用全景圖像，進(jìn)行相關(guān)的處理生成四幅平面圖像。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明涉及低功耗電力設(shè)施可視化三維檢測(cè)技術(shù)，使工作人員在對(duì)輸電線路進(jìn)行檢修時(shí)， 不需要再對(duì)同一監(jiān)控區(qū)域的大量的監(jiān)控圖片進(jìn)行單獨(dú)查看分析異常，監(jiān)控中心只需要不斷接收前端傳回的監(jiān)控的魚眼圖像，就可以將不規(guī)則的魚眼圖像校正處理生成展開的四幅平面圖像，給用戶提供直觀的觀測(cè)體驗(yàn)，可使維護(hù)人員只需要集中精力于四幅平面圖像，查看細(xì)節(jié)，操作更加簡單高效。

附圖說明：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明提出的魚眼圖像分割圖模型。

圖2是本發(fā)明中魚眼圖像校正處理算法過程。

圖3是本發(fā)明提出的魚眼圖像處理過程架構(gòu)。

圖4是本發(fā)明中魚眼圖像具體實(shí)現(xiàn)過程框圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施效果圖。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖3為魚眼圖像處理過程架構(gòu)，該架構(gòu)主要包括魚眼鏡頭、圖像傳感器、主控中心、四幅平面圖像，該處理過程利用魚眼鏡頭采集輸電線路全景圖像，經(jīng)過圖像傳感器傳回主控中心，監(jiān)控中心人員對(duì)接收到的魚眼圖像進(jìn)行校正處理生成四幅平面圖像。

圖4為魚眼圖像具體實(shí)現(xiàn)過程框圖，該過程對(duì)采集的輸電線路魚眼圖像首先進(jìn)行圖像預(yù)處理過程(圖像二值化處理、濾波去噪、增強(qiáng)圖像對(duì)比度等)，圖像預(yù)處理過程可以減弱圖像中的噪聲，增強(qiáng)有用信息，得到更清晰的圖像信息。然后明確魚眼圖像的信息存在的范圍及有效信息區(qū)域，求出該圓形區(qū)域的圓心和半徑。應(yīng)用得出的圖像圓心和半徑，采用上述的校正處理算法對(duì)圖像進(jìn)行校正、拼接圖像信息，得出展開的全景圖，最后處理生成四幅平面圖。

實(shí)施效果：

為了驗(yàn)證本發(fā)明的實(shí)用性，下面通過具體的實(shí)現(xiàn)效果來說明。

對(duì)魚眼鏡頭采集到的監(jiān)控圖像進(jìn)行相應(yīng)校正處理獲得展開的四幅平面圖像如圖5所示，相對(duì)利用云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝相鄰監(jiān)控圖像進(jìn)行拼接獲得展開的全景圖像，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于省去云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝的過程以及應(yīng)用多幅圖像拼接獲得全景圖像方法的繁瑣操作，維護(hù)管理人員在監(jiān)控中心可直觀的觀測(cè)展開的四幅平面圖像。該方法維護(hù)成本低，低功耗，實(shí)用性強(qiáng)，直觀便利，操作簡單，更加靈活高效。