专利名称：多目铁塔视觉测量方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，涉及一种空间测量方法，具体涉及一种多目铁塔视觉测量方法。
背景技术：
输电铁塔在受到恶劣天气影响时会发生弯曲、折断甚至倒塔等现象，造成输电中断等事故。为了检测输电铁塔在运行过程中所处的状态，需要对铁塔的形态、尺寸进行测量。铁塔测量目前主要通过经纬仪、全站仪等专用测量仪器，优点是测量精度高，缺点是测量速度慢，当需要对铁塔多个尺寸进行测量时，测量速度就成了主要难题。授权公告号为CN101334276B的中国发明专利“公开一种视觉测量方法与装置，解决适应性差的问题。步进电机驱动两台摄像机同步相向转动；并驱动摄像机两次转动，两台摄像机对目标跟踪，使目标图像横坐标处于跟踪摄像机所采集图像的中心区域；根据两次转动的转角、及目标在两台摄像机图像中的坐标，计算目标的三维坐标。两台摄像机安装在左、右连杆顶端的支架上，左、右带轮安装于左、右连杆的底端；步进电机输出轴上装有驱动带轮，左带轮旁边装有换向带轮和张紧轮；通过双面齿同步带，将右带轮、换向带轮、左带轮、张紧轮、驱动带轮联结在一起。”该专利需要两台照相机和专门的装置进行视觉测量，测量过程较为繁琐。本申请人在先申请了专利申请号为201210141762. 4的“单目铁塔视觉测量方法”，采用一张照片进行测量，属于平面测量，本发明是在铁塔单目视觉测量方法的基础上的发展，为空间视觉测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种多目铁塔视觉测量方法，采用多张照片的图像数据进行计算，实现对铁塔空间尺寸的测量，提高测量的准确度，优化对输电铁塔的检测过程。本发明多目铁塔视觉测量方法，利用一台长焦照相机对铁塔进行多方位拍照，通过计算实现对铁塔空间尺寸的测量，步骤如下
⑴确定照相机的K值，利用已知的距离L、物体的尺寸B、物体对应的像素差ZlK图像读取的焦距值f，通过式(I)计算出K值
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— - Λ ·*—( I )
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⑵测量铁塔的根开7，查图纸或用测量设备测量出铁塔一个物点W的高度h ；
⑶选定2飞个照相点进行拍照，拍照时将整个铁塔全部收纳进图像中；
⑷读取图像参数及像素坐标，确定铁塔与竖直方向的夹角β ;将已知测量数据、图像参数和像素坐标输入到Excel电算表中；
(5)图像训练，训练的方法为利用规划求解，调整的图像对应实际尺寸的比例关系，改变相机距铁塔的距离L，对各像点进行重新计算，求出物点的计算坐标，使计算出的坐标值与实际坐标相等，求解出图像对应的实际比例关系并固定下来；
(6)通过电算表中的函数计算公式和宏求解物点；所述函数计算公式包括
i、计算或测量出照相位置距铁塔的距离L，计算时通过式⑴求解L。ii、图像中M点像素坐标转变为A点为坐标原点的空间坐标
权利要求
1.一种多目铁塔视觉测量方法，利用一台长焦照相机对铁塔进行多方位拍照，通过计算实现对铁塔空间尺寸的测量，步骤如下 ⑴确定照相机的K值，利用已知的距离L、物体的尺寸B、物体对应的像素差Zl F,图像读取的焦距值f，通过式(I)计算出K值 ⑵测量铁塔的根开7，查图纸或用测量设备测量出铁塔一个物点W的高度h ； ⑶选定2飞个照相点进行拍照，拍照时将整个铁塔全部收纳进图像中； ⑷读取图像参数及像素坐标，确定铁塔与竖直方向的夹角β，将已知测量数据、图像参数和像素坐标输入到Excel电算表中； (5)图像训练，训练的方法为利用规划求解，调整的图像对应实际尺寸的比例关系，改变相机距铁塔的距离L，对各像点进行重新计算，求出物点的计算坐标，使计算出的坐标值与实际坐标相等，求解出图像对应的实际比例关系并固定下来； (6)通过电算表中的函数计算公式和宏求解物点；所述函数计算公式包括 i、计算或测量出照相位置距铁塔的距离L，计算时通过式⑴求解L ； 、图像中M点像素坐标转变为A点为坐标原点的空间坐标(^ %彡0 )，计算公式为,_ ,MxB. Ψ,、 zO ~ lf(————) X L(2) hP X L f ,ΔιχΙ. Γ,、 = Ig(———) X L·(3) MkL 凡=O; 其中A为像素坐标中M点和A点水平坐标差，Zl Z为像素坐标中M点和A点的竖直像素坐标差； iii、铁塔水平角度α的计算，计算是为 J-aig(j)(4) b a = γ + β 其中·.、为铁塔水平角的计算值，β为校正角，即铁塔与竖直方向的夹角β，α为校正后铁iv、根据坐标变换的原理，计算图像参考点M和照相机照相点O相对于铁塔中心桩点为坐标原点的坐标系的空间坐标 图像M点的坐标为 (i|cos(a)-- J -X^ sm(a')--,<)，简记为([fA f ); . 2j[ 2j 11/1* 照相点O坐标为 (.LstA(a)叉，-ieos(s) ]_,”)，间记为 (觀W V、物点W到图像M坐标点和照相机照相点O坐标点之间直线距离d的计算，计算式为
2.根据权利要求I所述的多目铁塔视觉测量方法，其特征是所述测量设备为全站仪、
3.根据权利要求I所述的多目铁塔视觉测量方法，其特征是所述式⑷中a和b的计算式为
4.根据权利要求I所述的多目铁塔视觉测量方法，其特征是步骤⑷中所述已知测量数据包括根开I、W点高度h、塔腿角钢尺寸B，所述图像参数包括焦距、高度和宽度方向的像素值、图像的倾斜角β，所述像素坐标包括所求物点对应在图像中影像点的坐像素坐标、塔腿角钢尺寸B在图像中的像素差Λ凡
5.根据权利要求I所述的多目铁塔视觉测量方法，其特征是β角利用照相时设置的铅直线来测确定或由相邻两层的端点像素坐标计算求出。
全文摘要
本发明涉及一种多目铁塔视觉测量方法，利用一台长焦照相机对铁塔进行多方位拍照，通过计算实现对铁塔空间尺寸的测量，步骤为⑴确定照相机的K值。⑵测量铁塔的根开l，确定物点W的高度h。⑶选定2～5个照相点进行拍照。⑷读取照相机中图像参数及像素坐标，将已知测量数据、图像参数和像素坐标输入到Excel电算表中。⑸图像训练。⑹通过电算表中的函数计算公式和宏求解物点空间坐标。⑺求取多物点的坐标，利用空间解析几何公式求出任意两点间的距离。本发明以中心桩为坐标原点形成空间坐标系进行空间定位，利用多张照片的图像数据计算空间任意点的坐标，通过计算空间两点间的距离实现空间尺寸的测量，和单目视觉测量相比提高了测量的准确度，实现了对输电铁塔尺寸的快速检测。
文档编号G01B11/03GK102927917SQ20121041333
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者冯砚厅, 代小号, 王勇, 刘长福 申请人:河北省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 河北省电力建设调整试验所