CN110617772A - 一种非接触式线径测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非接触式线径测量装置，包括双目立体视觉深度相机、中央处理器、显示器和电源，电源用于供电，双目立体视觉深度相机采集待测线缆的可见光图片和深度信息数据，并送入中央处理器；中央处理器对前述可见光图片和深度图进行处理，并将处理结果送入显示器进行显示。本发明还公开一种非接触式线径测量方法，步骤是：采集待测线缆的可见光图片和深度图；对可见光图片数据进行处理，提取其中的线缆边缘；对图像进行n次切割，n>1，得到n对坐标点P，将可见光图片与深度图对齐得到P中坐标对的深度值；计算n对坐标点中每对坐标点的空间距离，取平均值作为最终测量得到的线缆线径。此种技术方案成本低，操作简单，测量精度高。

Description

一种非接触式线径测量装置及方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种非接触式线径测量装置及方法。

背景技术

对于高压线缆线径的测量目前有两种方式，一种是工具直接接触测量，一种是利用激光测距仪进行非接触测量。

其中，采用工具对高压线缆进行接触式线径测量，对作业人员有一定要求，需要具备高压特种作业操作证，存在一定安全隐患；现有非接触式线径测量仪器复杂，激光测距仪价格昂贵，测量精度只取决于激光测距传感器精度和可见光图像的成像质量；测量时对测量角度、位置均有一定要求，操作性和实用性有待提高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种非接触式线径测量装置及方法，其成本低，操作简单，测量精度高。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种非接触式线径测量装置，包括双目立体视觉深度相机、中央处理器、显示器和电源，其中，电源分别为双目立体视觉深度相机、中央处理器、显示器供电，中央处理器分别与双目立体视觉深度相机、显示器连接，双目立体视觉深度相机用于采集待测线缆的可见光图片和深度信息数据，并送入中央处理器；所述中央处理器对前述可见光图片和深度信息数据进行处理，并将处理结果送入显示器进行显示。

上述显示器显示双目立体视觉深度相机拍摄的RGB图像和中央处理器计算得到的线缆线径。

一种非接触式线径测量方法，包括如下步骤：

步骤1，采集待测线缆的可见光图片和深度图；

步骤2，对可见光图片数据进行处理，提取其中的线缆边缘；

步骤3，对步骤2得到的图像进行n次切割，n>1，得到n对坐标点P＝{((x11,y11),(x21,y21)),…,(x1n,y1n),(x2n,y2n))}，将可见光图片与深度图对齐得到P中坐标对的深度值Z＝{(z11,z21),…,(z1n,z2n)}；

步骤4，计算n对坐标点中每对坐标点的空间距离，取平均值作为最终测量得到的线缆线径D。

上述步骤2的具体过程是：

步骤21，对可见光图片进行灰度处理；

步骤22，然后进行直方图均衡化；

步骤23，设置色值阈值，过滤掉灰度大于阈值的像素点，留下黑色的线缆；

步骤24，继续进行二值化处理；

步骤25，利用canny算子轮廓检测处理，提取黑色线缆的边缘。

上述步骤3中，对步骤2得到的图像进行n次切割的具体方法是：用最小二乘法迭代拟合线缆上下边缘的多项式数学方程，对上下边缘等间隔取n个点，计算每个点的法线方程L＝{L1,…,Ln}，用L中的n条线对步骤2得到的图像进行切割。

迭代拟合的停止条件是：上下边缘的拟合精度不小于设定阈值。

上述步骤4中，计算n对坐标点中每对坐标点的空间距离的具体过程是：

步骤a，计算P中以相机中心为原点的世界坐标，计算方法如下：

xr1i＝z1i·(x1i-x0)·dx/f

xr2i＝z2i·(x2i-x0)·dx/f

yr1i＝z1i·(y1i-x0)·dy/f

yr1i＝z2i·(y2i-x0)·dy/f

1≤i≤n

式中，x0为图像坐标x轴原点，y0为图像坐标y轴原点，dx为每个像素点在x轴方向的物理尺寸，dy为每个像素点在y轴方向的物理尺寸，f为相机焦距；

步骤b，计算P中任意坐标对的空间距离：

上述步骤4中，采用下式计算平均值：

其中，D为最终测量得到的线缆线径。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1).相比于激光测距仪器，双目相机成本更低；

(2).基于图像分析处理和双目相机三角测量原理，操作简单，对拍摄角度要求低，且不需要参照物；

(3).精度高，通过改进的线径测量算法能够减小随机测量误差。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构示意图；

图2是本发明测量方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种非接触式线径测量装置，包括双目立体视觉深度相机3、中央处理器2、显示器4和电源1，其中，电源1通过供电线6分别为双目立体视觉深度相机3、中央处理器2、显示器4供电，中央处理器2分别通过信号传输线5与双目立体视觉深度相机3、显示器4连接，实现数字信号的双向传输。

配合图2所示，是本发明提供的非接触式线径测量方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤1，将双目立体视觉深度相机3对准待测线缆，保证线缆处于画面中心，获取目标的可见光图片数据和深度信息数据；

假设相机拍摄的图片大小为m*n，表示有m*n个像素点，每个像素点的颜色由RGB(红绿蓝)三个基本颜色组合而成，因此，可见光图片也称为RGB图。每个像素点距离相机的距离由深度表示，m*n个深度值组成了深度图。RGB图片由相机的可见光成像元件得到，深度图由双目相机通过三角测量原理得到。

步骤2，中央处理器2对获取的可见光图片数据进行如下处理：

(1)进行灰度处理；

(2)直方图均衡化；

(3)设置色值阈值过滤掉灰度大于50的像素点，留下黑色的线缆；

(4)二值化处理；

(5)canny算子轮廓检测处理，提取黑色线缆的边缘；

步骤3，用最小二乘法迭代拟合线缆上下边缘的多项式数学方程，当上下边缘的拟合精度均不小于99.5％时停止迭代，对上下边缘等间隔取n个点(n>1)，计算每个点的法线方程L＝{L1,…,Ln}，用L中的n条线对步骤2得到的图像进行切割，每次切割得到一对坐标点，共得到n对坐标点P＝{((x11,y11),(x21,y21)),…,(x1n,y1n),(x2n,y2n))}，将RGB图与深度图对齐得到P中坐标对的深度值Z＝{(z11,z21),…,(z1n,z2n)}；

步骤4，计算n个线径值：

(1)计算P中以相机中心为原点的世界坐标，计算方法如下。

xr1i＝z1i·(x1i-x0)·dx/f

xr2i＝z2i·(x2i-x0)·dx/f

yr1i＝z1i·(y1i-x0)·dy/f

yr1i＝z2i·(y2i-x0)·dy/f

1≤i≤n

式中，x0为图像坐标x轴原点，y0为图像坐标y轴原点，dx为每个像素点在x轴方向的物理尺寸，dy为每个像素点在y轴方向的物理尺寸，f为相机焦距；

(2)计算P中任意坐标对的空间距离：

(3)计算n个线径的平均值，作为最终测量得到的线缆线径D：

步骤5，在显示器4中显示相机拍摄的RGB图像和线缆线径D。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非接触式线径测量装置，其特征在于：包括双目立体视觉深度相机、中央处理器、显示器和电源，其中，电源分别为双目立体视觉深度相机、中央处理器、显示器供电，中央处理器分别与双目立体视觉深度相机、显示器连接，双目立体视觉深度相机用于采集待测线缆的可见光图片和深度图，并送入中央处理器；所述中央处理器对前述可见光图片和深度图进行处理，并将处理结果送入显示器进行显示。

2.如权利要求1所述的一种非接触式线径测量装置，其特征在于：所述显示器显示双目立体视觉深度相机拍摄的RGB图像和中央处理器计算得到的线缆线径。

3.一种非接触式线径测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，采集待测线缆的可见光图片和深度图；

步骤2，对可见光图片数据进行处理，提取其中的线缆边缘；

步骤3，对步骤2得到的图像进行n次切割，n>1，得到n对坐标点P＝{((x11,y11),(x21,y21)),…,(x1n,y1n),(x2n,y2n))}，将可见光图片与深度图对齐得到P中坐标对的深度值Z＝{(z11,z21),…,(z1n,z2n)}；

步骤4，计算n对坐标点中每对坐标点的空间距离，取平均值作为最终测量得到的线缆线径D。

4.如权利要求3所述的一种非接触式线径测量方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程是：

步骤21，对可见光图片进行灰度处理；

步骤22，然后进行直方图均衡化；

步骤23，设置色值阈值，过滤掉灰度大于阈值的像素点，留下黑色的线缆；

步骤24，继续进行二值化处理；

步骤25，利用canny算子轮廓检测处理，提取黑色线缆的边缘。

5.如权利要求3所述的一种非接触式线径测量方法，其特征在于：所述步骤3中，对步骤2得到的图像进行n次切割的具体方法是：用最小二乘法迭代拟合线缆上下边缘的多项式数学方程，对上下边缘等间隔取n个点，计算每个点的法线方程L＝{L1,…,Ln}，用L中的n条线对步骤2得到的图像进行切割。

6.如权利要求5所述的一种非接触式线径测量方法，其特征在于：迭代拟合的停止条件是：上下边缘的拟合精度不小于设定阈值。

7.如权利要求3所述的一种非接触式线径测量方法，其特征在于：所述步骤4中，计算n对坐标点中每对坐标点的空间距离的具体过程是：

步骤a，计算P中以相机中心为原点的世界坐标，计算方法如下：

xr1i＝z1i·(x1i-x0)·dx/f

xr2i＝z2i·(x2i-x0)·dx/f

yr1i＝z1i·(y1i-x0)·dy/f

yr1i＝z2i·(y2i-x0)·dy/f

1≤i≤n

式中，x0为图像坐标x轴原点，y0为图像坐标y轴原点，dx为每个像素点在x轴方向的物理尺寸，dy为每个像素点在y轴方向的物理尺寸，f为相机焦距；

步骤b，计算P中任意坐标对的空间距离：

8.如权利要求3所述的一种非接触式线径测量方法，其特征在于：所述步骤4中，采用下式计算平均值：

其中，D为最终测量得到的线缆线径。