[发明专利]一种基于双目视觉的潜供电弧三维重构方法

说明书

本发明公开了一种基于双目立体视觉的潜供电弧三维重构方法，包括：首先，搭建双目立体视觉系统，使用两个高速相机获取潜供电弧图像。其次，采用基于大气散射模型去雾算法对电弧图像进行去雾和增强处理，并使用基于潜供电弧图像灰度的双阈值修复算法来连接间断的电弧。接着，采用半全局立体匹配方法计算一对图像中对应点的视差，并使用加权最小二乘方法优化视差图。最后，根据三角测量原理计算出电弧的三维坐标。本发明可获得清晰连续的潜供电弧三维立体图像和其准确的真实物理参数，对后续研究潜供电弧的运动特征及其放电演化过程具有重要意义。

技术领域

本发明涉及三维重构领域，提供一种基于双目视觉的潜供电弧三维重构方法。

背景技术

由超高压和特高压输电线路的故障统计数据可得，瞬时接地故障概率最大，占所有故障的90％以上。在发生瞬时接地故障时，故障线路两端的断路器会断开以迅速切除故障，而非故障线路仍会继续运行，由于故障线路与非故障线路之间的电磁耦合，会在故障点延续供电，产生一个较低的潜供电流，并产生潜供电弧。

目前对于潜供电弧的研究主要是从二维电弧图片中获得潜供电弧的物理参数，而潜供电弧是三维的等离子体放电，因此研究一种潜供电弧三维重构方法是必要的。

三维重构方法根据数据获取方式主要分为主动方式和被动方式。主动方式通过传感器主动向物体照射信号，然后解析返回的信号来获得物体的三维信息，而潜供电弧本质上是等离子体，亮度非常高，运动速度非常快，因此不适用于主动方式。被动方式是基于从多个角度获得的二维图像，利用计算机视觉技术实现的三维重构方法，主要包括单目立体视觉法、双目立体视觉法和多目立体视觉法。由于单母立体视觉法的精度无法满足要求，多目视觉法成本较高，因此选用双目立体视觉法。Yeping Peng等人开发了一种基于双目视觉的SFM方法来获取植物的物理参数，并通过实验证明所提出的方法具有毫米级测量精度。Qiangqiang Liu等人提出了一种基于立体视觉的飞滴体积精确测量方法,并获得了±3％的体积测量精度。由于潜供电弧受到热浮力、电磁力和风载荷的影响，电弧通道空间形态复杂，此外，电弧通道分解产生的烟雾状等离子体会会包裹电弧，现有的图像处理方法无法恢复电弧的精确形态。

因此，本发明提供了一种基于双目视觉的潜供电弧三维重构方法，以解决上述提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双目视觉的潜供电弧三维重构方法，能获得清晰连续的潜供电弧三维立体图像和其准确的真实物理参数，以解决上述背景技术中提出的问题，对后续研究潜供电弧的运动特征及其放电演化过程具有重要意义。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于双目视觉的潜供电弧三维重构方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建双目立体视觉系统，采用张氏标定法对两个高速相机进行相机标定，从而获得相机参数，然后拍摄获取左、右潜供电弧图像，最后进行图像矫正；

步骤2：采用基于大气散射模型去雾算法对电弧图像进行去雾和增强处理：

首先，对所述电弧图像进行像素强度反转处理；其次，采用所述去雾算法对所述电弧图像进一步增强；

步骤3：使用基于潜供电弧图像灰度的双阈值修复算法来连接间断的电弧：

首先，将RGB三通道电弧图像通过所述转化公式转化为单通道灰度图像；其次，采用通过检索电弧像素周围3×3的像素范围内的像素以获得被遮挡电弧像素的算法，将被等离子体烟雾遮挡的电弧还原成未被遮挡的电弧；

步骤4：采用半全局立体匹配方法计算一对图像中对应点的视差：首先，基于Census变换计算所述匹配代价C，代价计算后，得到视差图，随后基于所述代价聚合进行优化，得到当视差图D的所述能量E(D)为最小值时的视差图；其次，采用所述赢家通吃(WTA)算法选取每个像素最小聚合代价所对应的视差值作为最终代价，并同时绘制视差图；接着，通过所述二次曲线内插的方法获得子像素精度；

步骤5：使用加权最小二乘方法优化视差图；

步骤6：根据三角测量原理计算出电弧的三维坐标。