基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法及装置与流程

本发明涉及位姿标定，尤其是涉及一种基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法及装置。

背景技术：

1、随着抽水蓄能电站在新型电力系统中的地位日益提升，其运维模式正加速向无人化、少人化方向演进。视频巡检凭借可复用电站既有工业电视系统的突出优势，已成为无人化巡检的核心技术路径。相关技术通常实现的是摄像头与巡检点之间空间可视性的自动分析及预置点的自动计算。然而，该方式的高效准确实施，高度依赖于数字孪生模型中摄像头位姿参数的精准性。

2、实际工程中，工业电视摄像头安装后普遍存在显著安装偏差，偏差直接导致了可视性分析失效、预置点计算偏差、巡检策略无法准确执行等问题，且已成为制约电站视频巡检大规模工程落地的关键前置性技术瓶颈。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法及装置，实现了全自动标定，提高了标定效率与标定精度，可解决巡检系统坐标系不兼容的难题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法，方法包括：获取电站三维数字孪生模型，从电站三维数字孪生模型中提取固定结构的三维实体模型及三维实体模型在全局坐标系下的精确三维坐标，建立标定基准数字孪生模型；在固定结构上布设多个基准二维码靶标，并将每个基准二维码靶标与标定基准数字孪生模型中的全局三维坐标绑定，形成全局定位基准；控制待标定摄像头采集现场实时图像，识别现场实时图像中的基准二维码靶标并提取基准二维码靶标的靶标中心的像素坐标；基于预先设置的筛选规则从现场实时图像中选取有效图像；基于有效图像中基准二维码靶标的全局三维坐标与对应像素坐标之间构成的三维空间点与二维图像点之间的映射关系，解算待标定摄像头在全局坐标系下的位姿外参，完成待标定摄像头的位姿标定。

3、在本发明较佳的实施例中，上述在固定结构上布设多个基准二维码靶标，包括：在固定结构上不共面布设多个基准二维码靶标，使得布设基准二维码靶标的位置覆盖待标定摄像头的全作业视野范围。

4、在本发明较佳的实施例中，上述基于预先设置的筛选规则从现场实时图像中选取有效图像，包括：确定每帧现场实时图像中的不共线基准二维码靶标的靶标数量；选取靶标数量最多的一帧作为有效图像；若存在靶标数量相同的多帧图像，则选取基准二维码靶标无局部遮挡且靶标中心成像清晰度最高的一帧作为有效图像。

5、在本发明较佳的实施例中，上述在基于预先设置的筛选规则从现场实时图像中选取有效图像之后，方法还包括：针对固定焦距枪机，执行摄像头内参标定，获取待标定摄像头的内参矩阵与畸变系数；针对可旋转变焦球机，在变焦范围内按等间隔选取多个焦距档位，对每个焦距档位分别执行摄像头内参标定，获取待标定摄像头的内参矩阵与畸变系数；基于内参矩阵与畸变系数，建立焦距-内参映射表；基于当前焦距匹配焦距-内参映射表获取的内参矩阵与畸变系数，对有效图像进行畸变校正后，再次执行靶标中心的像素坐标的提取得到目标像素坐标，以供基于有效图像中基准二维码靶标的全局三维坐标与对应目标像素坐标之间构成的三维空间点与二维图像点之间的映射关系。

6、在本发明较佳的实施例中，上述解算待标定摄像头在全局坐标系下的位姿外参，包括：将三维空间点与二维图像点之间的映射关系作为输入，采用位姿解算算法解算得到待标定摄像头在全局坐标系下的旋转矩阵与平移向量；基于旋转矩阵转换得到待标定摄像头的初始法向矢量对应的初始水平角与初始俯仰角；基于平移向量转换得到待标定摄像头的光心在全局坐标系下的三维空间坐标。

7、在本发明较佳的实施例中，针对可旋转变焦球机，方法还包括：对待标定摄像头进行零位基准标定，得到云台转动的零位基准；对待标定摄像头进行水平转动范围校准，得到云台实际水平转动角范围；对待标定摄像头进行仰俯转动范围校准，得到云台实际俯仰转动角范围；将云台实际水平转动角范围和云台实际俯仰转动角范围分别与零位基准进行绑定。

8、在本发明较佳的实施例中，上述在完成待标定摄像头的位姿标定之后，方法还包括：选取至少一个未参与位姿外参解算的基准二维码靶标作为校验靶标；基于标定得到的位姿外参与内参矩阵反算校验靶标的靶标中心的校验像素坐标；确定校验像素坐标与校验靶标对应的实际像素坐标的重投影误差；若重投影误差小于或等于预先设置的像素阈值，则确定标定有效。

9、在本发明较佳的实施例中，方法还包括：按电站厂区功能区域划分多个标定单元，相邻标定单元的交界处布设多个公共基准二维码靶标；公共基准二维码靶标同时绑定两个相邻单元的全局三维坐标，作为两个相邻单元的定位基准；每个标定单元内布设一套独立的基准二维码靶标，结合公共基准二维码靶标形成标定单元的全局定位基准；对每个标定单元内的所有待标定摄像头依次执行图像采集、有效图像选取及位姿外参解算；基于公共基准二维码靶标完成相邻标定单元的坐标系一致性校验，以修正标定单元间的坐标偏差；所有标定单元完成后，将全量摄像头的位姿参数同步更新至电站三维数字孪生模型。

10、第二方面，本发明实施例还提供一种基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定装置，装置包括：模型获取模块，用于获取电站三维数字孪生模型，从电站三维数字孪生模型中提取固定结构的三维实体模型及三维实体模型在全局坐标系下的精确三维坐标，建立标定基准数字孪生模型；坐标绑定模块，用于在固定结构上布设多个基准二维码靶标，并将每个基准二维码靶标与标定基准数字孪生模型中的全局三维坐标绑定，形成全局定位基准；像素坐标提取模块，用于控制待标定摄像头采集现场实时图像，识别现场实时图像中的基准二维码靶标并提取基准二维码靶标的靶标中心的像素坐标；有效图像选取模块，用于基于预先设置的筛选规则从现场实时图像中选取有效图像；位姿标定模块，用于基于有效图像中基准二维码靶标的全局三维坐标与对应像素坐标之间构成的三维空间点与二维图像点之间的映射关系，解算待标定摄像头在全局坐标系下的位姿外参，完成待标定摄像头的位姿标定。

11、第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现上述第一方面的基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法。

12、本发明实施例带来了以下有益效果：

13、本发明实施例提供了一种基于数字孪生的电站摄像头位姿自动标定方法及装置，通过获取电站三维数字孪生模型，从电站三维数字孪生模型中提取固定结构的三维实体模型及三维实体模型在全局坐标系下的精确三维坐标，建立标定基准数字孪生模型；在固定结构上布设多个基准二维码靶标，并将每个基准二维码靶标与标定基准数字孪生模型中的全局三维坐标绑定，形成全局定位基准；控制待标定摄像头采集现场实时图像，识别现场实时图像中的基准二维码靶标并提取基准二维码靶标的靶标中心的像素坐标；基于预先设置的筛选规则从现场实时图像中选取有效图像；基于有效图像中基准二维码靶标的全局三维坐标与对应像素坐标之间构成的三维空间点与二维图像点之间的映射关系，解算待标定摄像头在全局坐标系下的位姿外参，完成待标定摄像头的位姿标定。该方式中，实现了全自动标定，提高了标定效率与标定精度，可解决巡检系统坐标系不兼容的难题。

14、本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

15、为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。