本發(fā)明涉及高壓安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

雙目立體視覺測距是一種被動的測距方法，其模仿人類利用雙目感知距離的一種測距方法。其主要是運用兩個攝像機對同一個場景內(nèi)同一物體在兩個攝像機的不同成像位置成像獲得相應(yīng)的視差，并根據(jù)其視差和基線來確定特定目標(biāo)物的深度信息。

在高壓安全技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，高壓電線的電壓等級越高，所需要的安全作業(yè)距離越大。高壓作業(yè)人員工作場合紛繁復(fù)雜，發(fā)生高壓意外觸電事故的風(fēng)險極高，因此，精準(zhǔn)的測量結(jié)果，便攜的測量裝置對于高壓作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要?？蓪崟r運用于高壓作業(yè)測量距離的場合，給高壓作業(yè)人員提供精確的距離測量結(jié)果，以避免因長時間工作而麻痹大意造成的意外高壓觸電事故，而且一般的測距方法分辨率低，所得到的測距結(jié)果未必是高壓電線的真實距離，安全距離的誤判率極高。

然而，傳統(tǒng)測量距離的方法分辨率極低，盲區(qū)大，安全性低，對高壓電線做精確識別較為困難，傳統(tǒng)的測量距離的裝置體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用場合單一，不易安裝和攜帶。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)及方法，以解決傳統(tǒng)測量距離的方法分辨率極低，盲區(qū)大，安全性低，對高壓電線做精確識別較為困難，傳統(tǒng)的測量距離的裝置體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用場合單一，不易安裝和攜帶的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例第一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機和與所述雙目攝像機連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元、圖像預(yù)處理單元、立體匹配單元和三維建模單元；

所述數(shù)據(jù)獲取單元用于獲取高壓電線的圖像對，所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

所述圖像預(yù)處理單元用于對所述圖像對進行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進行濾出噪聲和目標(biāo)增強處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個右匹配單元；

所述立體匹配單元用于將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進行立體匹配，得到立體匹配信息；

所述三維建模單元用于根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括SDRAM圖像存儲模塊和EPCS4串行配置模塊，所述SDRAM圖像存儲模塊和所述EPCS4串行配置模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接；

所述SDRAM圖像存儲模塊用于實時存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

所述EPCS4串行配置模塊用于對所述圖像數(shù)據(jù)信息進行備份。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括JTAG模塊，所述JTAG模塊與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接；

所述JTAG模塊用于對所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊進行調(diào)試。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，包括雙目攝像機和與所述雙目攝像機連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元、圖像預(yù)處理單元、立體匹配單元和三維建模單元；本發(fā)明示出的高壓電線測距系統(tǒng)利用雙目攝像機實時采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以使所述高壓電線測距系統(tǒng)實時應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點，采用FPGA數(shù)據(jù)處理模塊對圖像對進行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述系統(tǒng)分辨率高、體積小以及結(jié)構(gòu)簡單，可用于多場合實時測量。

根據(jù)本發(fā)明實施例另一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述雙目攝像機、所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、所述SDRAM圖像存儲模塊、所述EPCS4串行配置模塊和所述JTAG模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述方法包括：

獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

對所述圖像對進行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進行濾出噪聲和目標(biāo)增強處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個右匹配單元；

將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進行立體匹配，得到立體匹配信息；

根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

進一步，所述方法還包括：

實時存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

并對所述圖像數(shù)據(jù)信息進行備份。

進一步，所述方法還包括，利用所述雙目攝像機采集高壓電線的原始圖像對，所述原始圖像對包括左視角原始圖像和右視角原始圖像。

進一步，所述獲取高壓電線的圖像對之前，所述方法還包括，根據(jù)所述原始圖像對對所述雙目攝像機進行標(biāo)定。

進一步，所述根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離具體為，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息計算得到一組距離值，于所述一組距離值中選擇最小距離值。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述方法包括獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；對所述圖像對進行預(yù)處理；將對應(yīng)相同特征區(qū)域的左匹配單元和右匹配單元進行立體匹配，得到立體匹配信息；根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。本高壓電線測距方法實時采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以實時應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點，對獲取的圖像對進行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述方法分辨率高，可用于多場合實時測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)一優(yōu)選實施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)一優(yōu)選實施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法流程圖；

圖3為根據(jù)一優(yōu)選實施例示出的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法預(yù)處理步驟流程圖。

其中，1-雙目攝像機；2-FPGA數(shù)據(jù)處理模塊；3-SDRAM圖像存儲模塊；4-EPCS4串行配置模塊；5-JTAG模塊；21-圖像數(shù)據(jù)獲取單元；22-圖像預(yù)處理單元；23-立體匹配單元；24-三維建模單元。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例的第一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機1和與所述雙目攝像機1連接的FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)數(shù)據(jù)處理模塊2；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元21、圖像預(yù)處理單元22、立體匹配單元23和三維建模單元24；

所述數(shù)據(jù)獲取單元21用于獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

所述圖像預(yù)處理單元22用于對所述圖像對進行預(yù)處理；所述預(yù)處理包括對所述圖像對進行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；對所述高壓電線目標(biāo)特征對進行濾出噪聲和目標(biāo)增強處理，并根據(jù)不同的特征區(qū)域，將處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個右匹配單元；

所述立體匹配單元23用于將對應(yīng)相同特征區(qū)域的所述左匹配單元和所述右匹配單元進行立體匹配，得到立體匹配信息；

所述三維建模單元24用于根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離；

優(yōu)選地，所述雙目攝像機采用廣視角攝像頭，具有探測范圍廣和小體積的探測優(yōu)勢，所以可以很方便地將其安裝在高壓作業(yè)人員的安全帽之上；高壓作業(yè)人員在現(xiàn)場作業(yè)時，本系統(tǒng)可實時獲取作業(yè)人員視角內(nèi)所有高壓電線的距離；進一步優(yōu)選地，所述雙目攝像機采用OV7725攝像頭模組。

優(yōu)選地，所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2采用EP4CE6E22C8N芯片。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機存儲器)圖像存儲模塊3和EPCS4(Erasable programmable configurable serial，串行存貯器)串行配置模塊4，所述SDRAM圖像存儲模塊3和所述EPCS4串行配置模塊4分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2連接；

所述SDRAM圖像存儲模塊3用于實時存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述高壓電線的圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

所述EPCS4串行配置模塊4用于對所述圖像數(shù)據(jù)信息進行備份。需要說明的是，所述EPCS4串行配置模塊4主要是對FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2做片外設(shè)置，使其掉電之后數(shù)據(jù)不丟失；

進一步優(yōu)選地，所述SDRAM圖像存儲模塊3采用三星公司的MT47H32M16CC-3存儲器。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括JTAG(Joint Test Action Group,聯(lián)合測試工作組)模塊5，所述JTAG模塊5與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2連接；

所述JTAG模塊5用于對所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2進行調(diào)試。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距系統(tǒng)，包括雙目攝像機1和與所述雙目攝像機1連接的FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2；所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2包括圖像數(shù)據(jù)獲取單元21、圖像預(yù)處理單元22、立體匹配單元23和三維建模單元24；本高壓電線測距系統(tǒng)利用雙目攝像機1實時采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以使所述高壓電線測距系統(tǒng)實時應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點，采用FPGA數(shù)據(jù)處理模塊2對圖像對進行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述系統(tǒng)分辨率高、體積小以及結(jié)構(gòu)簡單，可用于多場合實時測量。

根據(jù)本發(fā)明實施例另一方面，提供了一種基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述雙目攝像機、所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、所述SDRAM圖像存儲模塊、所述EPCS4串行配置模塊和所述JTAG模塊分別與所述FPGA數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述方法包括：

步驟S1、獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；

步驟S2、對所述圖像對進行預(yù)處理；

步驟S3、對預(yù)處理后的圖像對進行立體匹配，得到立體匹配信息；

優(yōu)選地，利用標(biāo)準(zhǔn)尺度不變特征變換(Scale-Invariant Feature Transform，SIFT)的特征匹配算法實現(xiàn)圖像的立體匹配。立體匹配是根據(jù)特征提取后獲得的數(shù)據(jù)，建立特征之間的對應(yīng)關(guān)系，將同一個空間物理點在不同圖像中的映像點對應(yīng)起來，由此得到相應(yīng)的視差圖像。

步驟S4、根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。

優(yōu)選地，利用標(biāo)準(zhǔn)歐氏重建的算法，根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，得到立體圖像對，根據(jù)所述立體圖像對，得到視差圖，根據(jù)所述視差圖得到高壓電線的深度信息，從而計算得到高壓電線的距離。

進一步，所述方法還包括：

實時存儲圖像數(shù)據(jù)信息；所述圖像數(shù)據(jù)信息包括預(yù)處理前、后的所述高壓電線的圖像對、所述立體匹配信息以及所述高壓電線的深度信息；

并對所述圖像數(shù)據(jù)信息進行備份。需要說明的是所述備份為了使數(shù)據(jù)在掉電之后不丟失。

進一步，所述方法還包括，利用所述雙目攝像機采集高壓電線的原始圖像對，所述原始圖像對包括左視角原始圖像和右視角原始圖像。

進一步，所述步驟S1、獲取高壓電線的圖像對之前，所述方法還包括，根據(jù)所述原始圖像對對所述雙目攝像機進行標(biāo)定。

優(yōu)選地，利用Z Zhang的平面模型兩步法標(biāo)定原理對左右兩個攝像機的光軸平行和等高的標(biāo)定；通過獲取基線、單應(yīng)性矩陣、相機內(nèi)外參數(shù)、畸變系數(shù)，對相機進行標(biāo)定，提高高壓電線深度信息獲取的精度。

進一步，所述根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離具體為，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息計算得到一組距離值，于所述一組距離值中選擇最小距離值。

由圖2可知，本發(fā)明實施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法中，所述步驟S2、對所述圖像對進行預(yù)處理進一步包括，

步驟S201、對所述圖像對進行極線校正，并對校正后的圖像對提取高壓電線目標(biāo)特征對；所述高壓電線目標(biāo)特征對包括左視角高壓電線目標(biāo)特征和右視角高壓電線目標(biāo)特征；

優(yōu)選地，使用標(biāo)準(zhǔn)Hartley算法對所述圖像對進行極線校正。

步驟S202、對所述高壓電線目標(biāo)特征對進行濾出噪聲和目標(biāo)增強處理；

優(yōu)選地，利用改進的中值濾波算法對高壓電線目標(biāo)特征對進行濾出噪聲處理；

優(yōu)選地，利用多子直方圖對高壓電線目標(biāo)特征對進行目標(biāo)增強處理。

步驟S203、根據(jù)不同的特征區(qū)域，將濾出噪聲和目標(biāo)增強處理后的所述左視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個左匹配單元，以及，將處理后的所述右視角高壓電線目標(biāo)特征分割成數(shù)個右匹配單元。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例提供的基于FPGA硬件和雙目視覺的高壓電線測距方法，應(yīng)用于基于FPGA硬件的高壓電線測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括雙目攝像機、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、SDRAM圖像存儲模塊、EPCS4串行配置模塊和JTAG模塊，所述方法包括：獲取高壓電線的圖像對,所述圖像對包括左視角圖像和右視角圖像；對所述圖像對進行預(yù)處理；將對應(yīng)相同特征區(qū)域的左匹配單元和右匹配單元進行立體匹配，得到立體匹配信息；根據(jù)所述立體匹配信息進行三維重建，根據(jù)所得到的立體圖像對包含的深度信息，得到高壓電線的距離。本高壓電線測距方法實時采集某一相同場景下的高壓電線的原始圖像對，可以實時應(yīng)用于高壓作業(yè)場合；利用圖像信息的可視化特點，對獲取的圖像對進行預(yù)處理、立體匹配以及三維建模處理，處理過程高速，得到高壓電線的深度信息，進而得到高壓電線的距離，測距結(jié)果精確，克服了傳統(tǒng)測距方案的不能識別目標(biāo)物的不足，所述方法分辨率高，可用于多場合實時測量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。