[发明专利]一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法

权利要求书

1.一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于对飞走双模机器人沿地线行走过程中的数据获取点云进行后处理重建出完整的三维输电走廊，包括以下几个步骤：

步骤1：通过双目相机拍摄输电走廊，收集单档段近线输电线路图像；

步骤2：用信号传输模块将IMU、GPS和拍摄的图像数据传至地面端，对得到的数据进行时空对齐；

步骤3：利用左右目图像依次进行相机标定、立体校正、立体匹配等，经计算得到每一个像素的深度信息和彩色信息，将二者变换位姿到同一坐标系下，即可获取输电走廊点云信息；再结合POS数据即可得到相机的准确运动轨迹；

步骤4：运用K-means聚类法对收集到的点云进行聚类；

步骤5：判断点云是否为静态点云，即分割运动物体(行走线)和静态背景(金具、其他线、塔架等)，若是，进入步骤6；否则进入步骤7；

步骤6：保留静态背景的点云信息(金具、其他线、塔架等)；

步骤7：针对运动物体的点云，采取上采样的方式尽可能得到更多的点云，然后再利用步骤3中相机运动轨迹的POS信息，建立运动轨迹曲线管道模型；将建立的曲线管道模型与电力线的悬链线模型进行对比修正，恢复出行走线点云；

步骤8：将步骤6中静态背景的点云信息和步骤7中行走线的点云信息进行融合，对融合后的结果进行网格化和贴图操作，实现完整输电走廊的快速重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于利用双目相机获取单档段近线输电线路点云信息，所述步骤1包括以下几个步骤：

步骤1.1：对采集的数据对象有一定的要求：一般是被划分为有序档段的110kV输电线路，单档段长度一般为300～500m，单档段内电力线分布一致、线型相同，且结构特征突出；

步骤1.2：利用双目相机对沿地线行走过程进行拍摄，并记录数据。前置相机最大限度获取前方视域内的电力塔架、金具、电力线的影像；侧置相机采集飞越塔头时的电力塔架侧面信息；以此建立行走过程数据集。

3.根据权利要求1所述的一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于处理步骤2的数据集，将左右目图像、深度信息、IMU和GPS的时间戳和空间位置进行对齐，制作数据集源格式。

4.根据权利要求1所述的一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于获取点云信息和相机的准确运动轨迹，所述步骤3包括以下几个步骤：

步骤3.1：利用步骤2中的左右目图像数据，进行相机标定和立体校正；

步骤3.2：对左右目图像进行立体匹配，生成视差矩阵，并计算每一个像素点的深度，通过相机模型计算每一个像素点对应的三维坐标；

步骤3.3：利用彩色图匹配，与匹配上的特征点对应的深度信息组成两片点云，用ICP求初始位姿，BA优化得到更准确的位姿，估计出位姿后做位姿变换把所有的点变换到同一个坐标系下，即可获取输电走廊点云信息；

步骤3.4：利用步骤2中的图像数据，融合IMU和GPS生成的POS信息，恢复出相机的准确运动轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于将步骤4中K-means聚类算法的种子点数量设置为7，即将点云分类为塔架、其他线、绝缘子、金具、行走线、杆塔基础和接地装置。

6.根据权利要求1所述的一种基于飞走双模视觉信息的输电走廊快速重建方法，其特征在于将动态点云和静态点云进行区分，建立互不干扰的静动两条重建路线；所述步骤5包括以下几个步骤：

步骤5.1：通过将基于密集迭代最近点(ICP)对齐的几何误差与基于当前实时帧和存储的3D模型中点之间颜色差异的光度成本相结合，建立7个模型的目标函数，并单独对它们每个模型的目标函数进行最小化处理，以跟踪当前图像帧中各个物体的刚体姿态；

步骤5.2：将3D模型中一致移动的点分组在一起进行运动分割，即分割当前实时帧，将每个像素与一个运动的模型相关联；

步骤5.3：假设静态物体运动为动态物体运动为阈值为如果则为静态物体，进入步骤6；否则直接进入步骤7。