基于非线性参数优化标定的变电站三维实景监测布点方法

摘要

基于非线性参数优化标定的变电站三维实景监测布点方法：导入三维变电站物理模型；基于模型获取待监控区域范围，确定摄像机的类型与物理参数；进行基于待监测区域的位置假设检验：在待监控区域边界上选择三个监测点，计算这些点的坐标，基于模型坐标系与摄像机坐标系之间关系，求出摄像机在三维空间中的物理位置和方位；基于摄像机物体定位的假设验证：基于透视投影原理，分析摄像机运动轨迹成像画面与所覆盖三维空间实体区域的关系，通过可视化比较摄像机投影的三维空间实体区域与待监测区域。本方法在保证与传统的方法具有同样大小的监测区域的同时，优化了系统配置，节省了不必要的设备投入。

主权项

1.一种基于非线性参数优化标定的变电站三维实景监测布点方法，其特征是：包括以下步骤：1)导入变电站三维物理模型到unity3d开发引擎中，基于变电站三维物理模型获取待监测区域坐标范围，在系统中通过拉框选择获取其范围的最小坐标值和最大坐标值；确定摄像机的类型与物理参数；基于摄像机的透视投影变换，得到公式（1）所示的摄像机内参数矩阵，其中包括摄像机垂直视角成像宽高比摄像机近裁剪面和摄像机远裁剪面等4个未知参数：不失一般性，假设摄像机镜头采用1/3英寸，成像宽高比是4/3；与为模拟摄像机默认参数；定义为焦距，为图像宽度，为图像高度，则摄像机内参数是：基于视点变换，得到公式（2）所示的外参数矩阵，该过程对应于将摄像机置于场景中获取视频画面：设定则其中是正交矩阵，满足如下约束条件：依据摄像机成像原理，按照公式（3）计算转换坐标：2)基于待监测区域的位置假设检验：在待监测区域边界上选择三个监测点，计算这些点在模型坐标系下的坐标，得到如下所示关系：其中，为摄像机坐标系下模型的第个点的坐标；将记作则上式的矩阵形式是：这里，为第个空间点的非齐次坐标；基于欧氏变换和R正交矩阵约束条件进行方程计算，求出并将代入公式（5），可求出根据和的值，由公式(2）转换得到摄像机位置和方位坐标；进行模型坐标系与摄像机坐标系的变换；求出摄像机在三维物理模型空间中的物理位置和方位；3)基于摄像机物理位置的实景验证：结合每台摄像机的运动特点（即水平或垂直旋转角度）和视频图像的景深特性（光学变焦能力，标清或高清摄像机）获取摄像机成像画面，由此确定该摄像机所覆盖三维空间区域；根据成像逆变换原理（即摄像机成像平面坐标系到世界坐标系），进行摄像机成像边界几何元素到三维物理空间区域的实景验证；比较摄像机给出的三维实景空间与待监测区域，确定是否存在监视死角，以及是否存在多个摄像机的区域重叠覆盖；若存在上述问题，则回转到步骤2），重新确定新的监测位置点，继续进行检验，直至满足监测要求为止。