(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111521461.X (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 福建省电力有限公司泉州电力技能 研究院 地址 362013 福建省泉州市洛江区河市镇 洛滨北路 申请人 国网福建省电力有限公司 　 福建电力职业 技术学院 (72)发明人 曾尚德　曾小平　刘毅　刘波　 林金添　杨伟财　张世炼　李丽　 黄志良　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 丘鸿超　蔡学俊(51)Int.Cl. G06T 7/13(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 19/00(2011.01) G06T 5/20(2006.01) G06T 5/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法 (57)摘要 本发明提出一种基于虚实空间转换的电缆 头制作仿真方法， 通过双目视觉系统采集电缆头 的图像导入Open GL软件中的三维空间内， 并建立 OpengGL三维空间的逻辑坐标； 采用拉普拉斯高 斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所 需配件的边缘提取， 通过轮廓的线型拟合构建出 三维模型框架继而构建电缆头所需配件的三维 模型； 采用U nity3D建的场景建模， 形 成电力电缆 作业所有要素的数字模型库； 最后结合包括虚拟 现实及多媒体额交互式可视化技术， 将电力电缆 作业现场中的安全特征实现在学习环 境中， 并对 作业流程进行规范化虚拟。 旨在实现能够能按1: 1的比例采用3D打印技术 打印出电缆头制作过程 中所用设备的模型。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 114187316 A 2022.03.15 CN 114187316 A 1.一种基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 通过双目视觉系统采 集电缆头的图像导入OpenGL软件中的三维空间内， 并建立OpengGL三 维空间的逻辑坐标； 采 用拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进 行电缆头所需配件的边缘提取， 通过轮廓 的线型拟合构建出三维模型框架继而构建电缆头所需配件的三维模型； 采用Unity3D建的 场景建模， 形成电力电缆作业所有要素 的数字模型库； 最后结合包括虚拟现实及多媒体额 交互式可视化技术， 将电力电缆作业现场中的安全特征实现在学习环境中， 并对作业流程 进行规范化虚拟。 2.根据权利要求1所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 在通 过双目视觉系统采集电缆头的图像时， 将一小段已测出长、 宽、 高数值的电缆头竖立于两个 摄像头前方， 且电缆头的中心 点与两摄像头共处一个平面内； 再水平移动两摄像头， 使它们 与电缆头中心的连线在同一面内是垂直的， 就此固定这两摄像头的位置， 其中一个摄像头 位于电缆头的正前 方， 另一个位于电缆头的左侧方， 以及电缆头竖立 点的位置 。 3.根据权利要求2所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 建立 OpengGL三维空间的逻辑坐标的过程中， 从屏幕坐标向OpenGL坐标经过两步， 第一步是屏幕 坐标向视景体坐标转换， 第二 步是视景体坐标向OpenGL 坐标转换。 在第一步中， OpenGL软件在初始化时作如下设置： glViewport(0,0,screenWidth, screenHeight)， 其中screenWidt h、 screenH eight分别是客户区的屏幕像素宽和像素高， 视 口左下角坐标恰 好是(0， 0)， 先不做任何的模 型变换， 确保在OpenGL中的视口正好与学员计 算机的屏幕大小一一对应， 即对于屏幕上任意一像素点P(x， y)， 其在视口中所对应的点是 PV(x， scre enHeight ‑y)； 在第二步 中利用OpenGl的函数gluUnProject完成屏幕坐标向视景体坐标转换的转换， 得到像素点P在三维空间对应的点P S的三维坐标(posX， posY， posZ)； 之后建立Open gGL三维空间的逻辑坐标， 所进行的伸缩变换比例为S， 并将此伸缩比S作 用到： 所采集到的电缆头图像上， 使此图像压缩S倍， 则电缆头在屏幕 上所看到的像素高h与 电缆头的真实长L间的对应关系是 L＝h*S*scrLen/scre enHeight      (1) 其中， S是OpenGL软件的放缩比， scrLen是学员计算机屏幕的物理高， screenHeight是 屏幕像素高； 当将制作电缆头所需的一个配件放在竖立的 电缆头位置， 并采集此配件的摄像图像， 再将图像缩小S倍后显示到计算机屏幕 上， 通过对图像中该配件图像的自动识别， 即可依据 上述公式计算出其真实的物理长度； 再依据正前方和左侧方的双目摄像头， 对电缆头所需 配件进行三维数据的自动测量和建模。 4.根据权利要求3所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 采用 拉普拉斯高斯算法对双目摄像头所拍的图像进行电缆头所需配件的边缘提取， 具体包括以 下步骤： 步骤S1： 滤波： 首对图像f(x,y)进行平滑滤波， 其滤波函数根据人类视觉特性选为 高斯 函数， 即：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114187316 A 2其中， G(x， y)是一个圆对称函数， 其平滑的作用通过σ 控制的； 将图像G(x,y)与f(x,y) 进行卷积， 可以得到一个平 滑的图像， 即： g(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)； 步骤S2： 增强： 对平 滑图像g(x,y)进行拉普拉斯 运算， 即： 式中 为LOG滤波器， 其 为： 步骤S3： 轮廓的提取： 边缘检测判据是二阶导数的零交叉点， 即h(x,y)＝0的点， 并对应 一阶导数的较大峰值； 采用高斯 ‑‑拉普拉斯算子把高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器 结合起来， 先平化 掉噪声， 再进行边 缘检测， 从而提取 出电缆头所需配件的图像 轮廓曲线； 步骤S4： 轮廓的线性拟合： 由于配件多为圆柱体， 其正则投影是长方形， 则用正前方摄 像头拍的电缆头所需配件的图像轮廓曲线总体上类似于一个长方形， 将图像轮廓曲线作线 性拟合， 使长方形面积和图像轮廓曲线重合比例最大； 当电缆头所需配件是不规则图形时， 则采用多个长方 形拟合； 步骤S5： 由两图像构建出三维模型框架： 经步骤S1 ‑步骤S4分别提取出了正前方和左侧 方的电缆头所需配件的图像轮廓曲线， 并拟合出两个长方形， 分别是电缆头所需配件的正 前方投影和左侧方投影； 由这两个投影长方形构建出一个立方体， 把电缆头所需配件刚好 包裹在其内； 当电缆头所需配件是不规则图形时， 则形成由多个立方体组合的一个形体， 它 也把电缆头所需配件刚好包裹在其内； 步骤S6： 自动构建配件的三维模型： 在所述立方体内生成一个内切的立方柱， 用这个立 方柱来自动构建电缆头所需配件的三维模型； 当电缆头所需配件是不规则图形时， 则形成 由多个立方体组合的一个形体， 每个立方体生成一个内切的立方柱， 用这些立方柱来自动 构建电缆头所需配件的三维模型。 5.根据权利要求4所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 采用 Unity3D建的场景建模的具体过程为： 针对包括电缆中间头制作和GIS电缆 终端制作的电力 电缆附件安装的具体内容， 设计出各个作业培训项目所包括的操作对象、 作业场景； 然后通 过双目视觉系统采集并建立不同的对象模 型， 再配上采用Unity3D建的场景建模， 形成电力 电缆作业所有要素的数字模 型库， 包括形成典型作业场景库、 电力设备模型库、 仪器仪表模 型库、 典型作业 流程库。 6.根据权利要求5所述的基于虚实空间转换的电缆头制作仿真方法， 其特征在于： 将学 院考核时制作的三维模型 经3D打印机打印为实体模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114187316 A 3