本申请涉及输电网技术领域，尤其涉及一种输电线路与目标物的距离测量方法、装置及电子设备。
背景技术：
传统方法对输电线路的测距是采用人工地面激光测距的方式，检测人员利用手持式激光测距仪对目标物与输电线路之间的距离进行测量，该方式的基本原理是利用光的飞行时间，通过光速和大气折射系数计算出距离。
传统手持式激光测距仪的测量方式易受到人为以及环境因素的干扰和影响。例如晴天较多地区，强烈的阳光里所含有的红外射线会使户外使用的手持式激光测距仪产生较大的测量误差；在雨雪天气条件下，雨水也会影响激光束的反射，导致测量设备无法正常工作；同时，人为导致的目标定位不准确也会给测量带来误差。由于人力和实际野外作业成本的原因，无法实施全天候、全天时的输电线路监测。
技术实现要素：
本发明提供了一种输电线路与目标物的距离测量方法、装置及电子设备，能够解决传统手持式激光测距仪的测量方式误差大，无法全天候监测输电线路的问题。
一种输电线路与目标物的距离测量方法，包括：
接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
进一步地，所述坐标变换关系如下所示：
其中，
进一步地，所述特征点至少为三组；
根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系，包括：
将特征点在二维背景图像中的二维像素坐标和在背景点云中的三维点坐标带入所述坐标变换关系中，计算所述旋转矩阵和平移向量；
根据所述坐标变换关系，计算二维背景图像中各个像素坐标对应于背景点云中的三维点坐标，获得二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系。
进一步地，出现目标物之后，还包括：
选取目标物任意一个像素，根据所述映射关系查找与该像素坐标对应的三维点坐标。
进一步地，出现目标物之后，还包括：
对所述目标物进行框选；
计算方框顶角到同侧底角的空间距离；
选取方框底角像素，根据所述映射关系查找与各个底角像素坐标对应的三维点坐标；
将各个底角的三维点坐标的z轴坐标加上所述空间距离，获得各个顶角三维点坐标；
根据各个顶角三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算各个顶角与输电线路的欧式距离；
选取计算获得的最短的欧式距离作为目标物与输电线路的距离。
进一步地，计算方框顶角到同侧底角的空间距离，包括：
选取方框任意两个斜对角，根据斜对角的像素坐标计算方框底端另一底角的像素坐标；
根据所述映射关系，查找两个底角对应的三维点坐标；
根据两个底角的三维点坐标，计算两个底角之间的欧式距离；
将两个底角之间的欧式距离除以两个角之间的像素距离，获得方框内每个像素对应的像素空间大小值；
根据所述像素空间大小值以及顶角和底角的像素坐标，计算顶角到同侧底角的空间距离。
进一步地，其特征在于，所述欧式距离通过以下公式进行计算：
其中，
一种输电线路与目标物的距离测量装置，包括：
接收模块，用于接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
坐标变换模块，用于构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
选取模块，用于从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
关系构建模块，用于根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
判断模块，用于接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
坐标计算模块，用于出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
距离计算模块，用于根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述多条指令并执行上述的输电线路与目标物的距离测量方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行上述的输电线路与目标物的距离测量方法。
本发明提供的输电线路与目标物的距离测量方法、装置及电子设备，至少包括如下有益效果：
（1）通过建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系，实现从影像上计算目标物到输电线路距离，能够有效提高距离计算的准确性，实现全天候监测输电线路；
（2）对目标物进行框选，通过计算方框顶角到同侧底角的空间距离，根据该空间距离计算顶角三维点坐标，使得后续计算的结果更加准确；
（3）建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系之后，通过单目摄像头采集的实时二维图像即可实现输电线路与目标物的距离测量，单目摄像头便于设置且能够有效降低成本。
附图说明
图1为本发明提供的输电线路与目标物的距离测量方法一种实施例的流程图。
图2为本发明提供的输电线路与目标物的距离测量装置一种实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的输电线路与目标物的距离测量系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
参考图1，在一些实施例中，提供一种输电线路与目标物的距离测量方法，包括：
s1、接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
s2、构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
s3、从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
s4、根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
s5、接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
s6、出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
s7、根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
具体地，s1中，通过无人机激光雷达扫描系统采集输电线路走廊场景的背景点云，预先规划无人机的作业轨迹，向无人机发送指令，以使无人机按照预设的作业轨迹飞行，飞行过程中通过激光雷达系统采集输电线路走廊场景的背景点云，采集的范围为n个电力杆塔及相邻两个电力杆塔之间输电线路外侧20米范围内，n大于或等于2；所述作业轨迹与输电线路走廊地面的空间距离满足设定条件，可以理解的，所述设定条件指的是作业轨迹与地面的距离不大于无人机所搭载的激光雷达扫描系统的有效扫描距离；同时，无人机的飞行速度需要控制在一定的条件下，可以理解的，所述条件指的是无人机所搭载的激光雷达扫描系统能够获取有效的采集输电线路走廊场景以及其他目标物的点云。
在一些实施例中，所述方法还包括：对获取的背景点云进行分类，分为输电线路点云和非输电线路点云。
通过设置于电力杆塔上的单目摄像头采集二维背景图像，单目摄像头能够观测到的输电线路走廊宽度大于或等于50米，单目摄像头采集影像的频率大于或等于10hz，影像分辨率不低于720×480。
进一步地，s2中，构建的背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系如下所示：
其中，
坐标变换关系（1）中，旋转矩阵r和平移向量t为未知量，因此进一步地执行s3，从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点，计算旋转矩阵r和平移向量t。
具体地，所选的特征点，须同时存在于单目摄像头所返回的二维背景图像中以及无人机激光雷达扫描的背景点云中，且特征点在场景中未发生位置及形态的变化；选取的特征点应保证独特性，且均匀分布于整个场景中；可选的，至少获取3组特征点，可以理解的，为了保证映射关系的准确性，应尽可能多的选取均匀分布在场景中的特征点。
进一步地，s4中，先获取各个特征点分别在二维背景图像中的二维像素坐标和在背景点云中的三维点坐标，将特征点在二维背景图像中的像素坐标和在背景点云中的三维点坐标带入所述坐标变换关系（1）中，计算所述旋转矩阵和平移向量；
计算获得旋转矩阵和平移向量之后，再根据所述坐标变换关系（1），可以计算出二维背景图像中各个像素坐标对应于背景点云中的三维点坐标，从而获得二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系。
建立二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系之后，可获得二维背景图像中任意像素对应于背景点云中的三维坐标点。
进一步地，s5中，设置于电力杆塔上的单目摄像头采集实时二维图像，接收该实时二维图像并判断所述实时二维图像中是否出现目标物，具体地，可通过图像语义分割算法判断实时二维图像中是否出现目标物。
在一些实施例中，s6中，出现目标物之后，还包括：
选取目标物任意一个像素，根据所述映射关系查找与该像素坐标对应的三维点坐标。
将目标物中任意一个像素对应的三维点坐标作为种子点，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标，根据种子点与输电线路三维点坐标，计算其欧式距离，即可实现从影像上计算获得输电线路与目标物的距离。
在一些实施例中，s6中，出现目标物之后，还包括：
对所述目标物进行框选；
计算方框顶角到同侧底角的空间距离；
选取方框底角像素，根据所述映射关系查找与各个底角像素坐标对应的三维点坐标；
将各个底角的三维点坐标的z轴坐标加上所述空间距离，获得各个顶角三维点坐标；
根据各个顶角三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算各个顶角与输电线路的欧式距离；
选取计算获得的最短的欧式距离作为目标物与输电线路的距离。
其中，计算方框顶角到同侧底角的空间距离，包括：
选取方框任意两个斜对角，根据斜对角的像素坐标计算方框底端另一底角的像素坐标；
根据所述映射关系，查找两个底角对应的三维点坐标；
根据两个底角的三维点坐标，计算两个底角之间的欧式距离；
将两个底角之间的欧式距离除以两个角之间的像素距离，获得方框内每个像素对应的像素空间大小值；
根据所述像素空间大小值以及顶角和底角的像素坐标，计算顶角到同侧底角的空间距离。
具体地，对于体积较大的目标物，对目标物进行框选，由于方框是二维的，若直接选择方框顶角的像素计算与输电线路的距离则不够准确，因此通过计算方框顶角到同侧底角的空间距离，根据该空间距离计算顶角三维点坐标，使得计算的结果更加准确。
进一步地，本实施例中所述的欧式距离通过以下公式进行计算：
其中，
以上实现输电线路与目标物的距离测量，根据输电线路电压等级的不同，对500kv、220kv、110kv电压等级的对地安全距离进行管理，用以判定危险源与导线的距离。
上述实施例提供的输电线路与目标物的距离测量方法，至少包括如下有益效果：
（1）通过建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系，实现从影像上计算目标物到输电线路距离，能够有效提高距离计算的准确性，实现全天候监测输电线路；
（2）对目标物进行框选，通过计算方框顶角到同侧底角的空间距离，根据该空间距离计算顶角三维点坐标，使得后续计算的结果更加准确；
（3）建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系之后，通过单目摄像头采集的实时二维图像即可实现输电线路与目标物的距离测量，单目摄像头便于设置且能够有效降低成本。
参考图2，在一些实施例中，提供一种输电线路与目标物的距离测量装置，包括：
接收模块1，用于接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
坐标变换模块2，用于构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
选取模块3，用于从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
关系构建模块4，用于根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
判断模块5，用于接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
坐标计算模块6，用于出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
距离计算模块7，用于根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
具体地，接收模块1接收无人机激光雷达扫描系统采集输电线路走廊场景的背景点云以及单目摄像头采集的二维背景图像，无人机激光雷达扫描系统的扫描范围和单目摄像头采集图像的范围参考上述方法实施例，在此不再赘述。
坐标变换模块2构建的背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系如式（1）所示。
选取模块3选取的特征点至少为3组，所选的特征点，须同时存在于单目摄像头所返回的二维背景图像中以及无人机激光雷达扫描的背景点云中，且特征点在场景中未发生位置及形态的变化；选取的特征点应保证独特性，且均匀分布于整个场景中；可以理解的，为了保证映射关系的准确性，应尽可能多的选取均匀分布在场景中的特征点。
进一步地，关系构建模块4还用于将特征点在二维背景图像中的二维像素坐标和在背景点云中的三维点坐标带入所述坐标变换关系中，计算所述旋转矩阵和平移向量；根据所述坐标变换关系，计算二维背景图像中各个像素坐标对应于背景点云中的三维点坐标，获得二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系。
进一步地，坐标计算模块6还用于出现目标物之后，选取目标物任意一个像素，根据所述映射关系查找与该像素坐标对应的三维点坐标。距离计算模块7还用于根据该像素对应的三维点坐标和所述输电线路三维点坐标，通过公式（2）计算目标物与输电线路的欧式距离。
进一步地，坐标计算模块6还用于出现目标物之后，对所述目标物进行框选；计算方框顶角到同侧底角的空间距离；选取方框底角像素，根据所述映射关系查找与各个底角像素坐标对应的三维点坐标；将各个底角的三维点坐标的z轴坐标加上所述空间距离，获得各个顶角三维点坐标。距离计算模块7还用于根据各个顶角三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算各个顶角与输电线路的欧式距离；选取计算获得的最短的欧式距离作为目标物与输电线路的距离。
进一步地，坐标计算模块6还用于选取方框任意两个斜对角，根据斜对角的像素坐标计算方框底端另一底角的像素坐标；根据所述映射关系，查找两个底角对应的三维点坐标；根据两个底角的三维点坐标，计算两个底角之间的欧式距离；将两个底角之间的欧式距离除以两个角之间的像素距离，获得方框内每个像素对应的像素空间大小值；根据所述像素空间大小值以及顶角和底角的像素坐标，计算顶角到同侧底角的空间距离。
上述实施例提供的输电线路与目标物的距离测量装置，至少包括如下有益效果：
（1）通过建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系，实现从影像上计算目标物到输电线路距离，能够有效提高距离计算的准确性，实现全天候监测输电线路；
（2）对目标物进行框选，通过计算方框顶角到同侧底角的空间距离，根据该空间距离计算顶角三维点坐标，使得后续计算的结果更加准确；
（3）建立二维像素坐标到三维点坐标的映射关系之后，通过单目摄像头采集的实时二维图像即可实现输电线路与目标物的距离测量，单目摄像头便于设置且能够有效降低成本。
参考图3，在一些实施例中，还提供一种电子设备，包括处理器301和存储器302，存储器301存储有多条指令，处理器302用于读取所述多条指令并执行上述的输电线路与目标物的距离测量方法，例如包括：接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
在一些实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行上述的输电线路与目标物的距离测量方法，例如包括：接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
参考图4，在一些实施例中，还提供一种输电线路与目标物的距离测量系统，包括电子设备100、无人机激光雷达扫描系统200以及单目摄像头300，电子设备100为上述输电线路与目标物的距离测量方法的执行主体，无人机激光雷达扫描系统200和单目摄像头300与电子设备100通信连接。
此外，所述系统还包括与电子设备100连接的显示模块400，将单目摄像头采集的实时二维图像进行显示，并展示背景点云；另外，还对距离测量结果进行显示。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，包括：
接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
2.根据权利要求1所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，所述坐标变换关系如下所示：
其中，
3.根据权利要求2所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，所述特征点至少为三组；
根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系，包括：
将特征点在二维背景图像中的像素坐标和在背景点云中的三维点坐标带入所述坐标变换关系中，计算所述旋转矩阵和平移向量；
根据所述坐标变换关系，计算二维背景图像中各个像素坐标对应于背景点云中的三维点坐标，获得二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系。
4.根据权利要求1所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，出现目标物之后，还包括：
选取目标物任意一个像素，根据所述映射关系查找与该像素坐标对应的三维点坐标。
5.根据权利要求1所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，出现目标物之后，还包括：
对所述目标物进行框选；
计算方框顶角到同侧底角的空间距离；
选取方框底角像素，根据所述映射关系查找与各个底角像素坐标对应的三维点坐标；
将各个底角的三维点坐标的z轴坐标加上所述空间距离，获得各个顶角三维点坐标；
根据各个顶角三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算各个顶角与输电线路的欧式距离；
选取计算获得的最短的欧式距离作为目标物与输电线路的距离。
6.根据权利要求5所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，计算方框顶角到同侧底角的空间距离，包括：
选取方框任意两个斜对角，根据斜对角的像素坐标计算方框底端另一底角的像素坐标；
根据所述映射关系，查找两个底角对应的三维点坐标；
根据两个底角的三维点坐标，计算两个底角之间的欧式距离；
将两个底角之间的欧式距离除以两个角之间的像素距离，获得方框内每个像素对应的像素空间大小值；
根据所述像素空间大小值以及顶角和底角的像素坐标，计算顶角到同侧底角的空间距离。
7.根据权利要求1至6任一所述的输电线路与目标物的距离测量方法，其特征在于，所述欧式距离通过以下公式进行计算：
其中，
8.一种输电线路与目标物的距离测量装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收输电线路走廊场景的背景点云和二维背景图像；
坐标变换模块，用于构建所述背景点云和所述二维背景图像的坐标变换关系；
选取模块，用于从所述背景点云和所述二维背景图像中选取特征点；
关系构建模块，用于根据所述特征点的坐标和所述坐标变换关系，构建二维背景图像中各像素坐标和背景点云中各三维点坐标的映射关系；
判断模块，用于接收输电线路走廊场景的实时二维图像，判断所述实时二维图像中是否出现目标物；
坐标计算模块，用于出现目标物时，根据目标物的像素坐标和所述映射关系计算所述目标物在背景点云中的三维点坐标，查找与所述目标物最近的输电线路三维点坐标；
距离计算模块，用于根据目标物三维点坐标和所述输电线路三维点坐标计算目标物与输电线路的欧式距离。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述多条指令并执行如权利要求1至7任一所述的输电线路与目标物的距离测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如权利要求1至7任一所述的输电线路与目标物的距离测量方法。
技术总结