基于线状目标的高压输电塔定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，包括以下步骤：利用Hessian矩阵得到每个像素点对应的Hessian矩阵特征向量的方向，该方向即为由该点组成的线状目标的方向；然后利用区域增长的方法提取Hessian矩阵特征向量方向近似的点组成小线段（线状目标）；最后利用统计方法，分别在水平和垂直方向上对小线段进行投票，小线段最集中的区域就是高压输电塔所在位置。本发明专利技术检测速度快、检测精度高，能够满足无人机巡检要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理、模式识别和自动目标识别技术，具体的说就是利用图像处理技术检测和定位高压输电塔的位置。
技术介绍
电力线路的完好是传送电能，保障安全用电的前提，所以保证电力线路的完好是一项非常重要任务，电力线路巡检工作尤为必要。传统的电力线路巡检流程是工作人员亲自到现场巡视线路。因此，巡检受过多人为因素的影响，在危险地段会危及到巡线工人的生命安危，并且人工录入数据量大、数据手工录入过程中容易出错。无人机，是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。在无人机前端安装具有稳定能力的摄像机云台，无人机首先飞行到高压线路的侧方或侧上方，启动机载视觉系统后，利用摄像机获得场景的视频信息，之后应用图像识别技术和数据融合技术对线路及设备缺陷进行自动检测与分析。无人机巡线检测提高了检测精度和效率，实现对线路设备的缺陷的自动辅助检测诊断和评估。现有的高压输电塔定位是通过用塔图像中的角点对称性来查找塔区域的中轴，进而确定塔顶和最高的两个塔角位置，并基于这三点来定位塔区域（尹柯，侯松鹂.塔图像的一种自动定位算法.河南大学学报.2010.323-326）。但该方法要求塔正面图像是对称的，对背景有较高要求，有一定的局限性。本专利技术针对无人机巡检过程中的输电塔定位技术提出了一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，本专利技术具有较高的鲁棒性，能适应复杂的背景。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术的目的在于提出一种具有准确性，实时性的基于线状目标的高压输电塔定位方法，有效的解决了无人机在复杂背景下对高压输电塔进行定位的技术问题。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，通过无人机上搭载的摄像机或照相机获得场景的视频或照片信息，对视频或照片信息进行图像识别来检测高压输电线，包括以下步骤：（1）计算图像中每个像素点Hessian矩阵；（2）计算每个像素点对应的Hessian矩阵的特征值和特征向量；（3）利用区域增长方法提取所有像素点中Hessian矩阵特征向量方向一致的相邻像素点，相邻像素点组成了小线段（线状目标），通过小线段的起点/终点坐标得出长度及斜率；（4）选取矩形框在视频图像上从左至右按像素滑动并统计矩形框内小线段长度之和，根据小线段长度之和曲线峰值两侧下降到峰值一定比例时所对应的位置确定塔的水平位置和宽度；（5）从得到塔的水平位置的图像中截取出矩形框后，在视频图像塔的水平位置处从上向下按像素滑动矩形框并统计矩形框内小线段长度之和，根据小线段长度之和曲线峰值两侧至峰值的一定比例处所对应的位置确定塔的垂直位置和高度；即完成高压输电塔的定位。所述像素点的Hessian矩阵通过以下公式计算:以s为尺度，在图像某一点p0＝(x0,y0)处的Hessian矩阵Ho,s=Lxx(p0)Lxy(p0)Lxy(p0)Lyy(p0)]]>其中Lxx=∂L2/∂2x,]]>Lxy=∂L2/∂x∂y,]]>Lyx=∂L2/∂y∂x,]]>Lyy=∂L2/∂2y;]]>L(x,y)是图像灰度值。所述Hessian矩阵的特征值和特征向量分别为视频图像某点处二阶导数的大小与方向。所述Hessian矩阵的特征值为λ1，λ2，特征向量为u1,u2；其中，|λ1|≤0.1，|λ1|≤|λ2|；λ2＜0，背景暗，目标亮;λ2＞0，则相反。所述步骤（2）中特征向量的方向为由像素点组成的线状目标的方向，包括：若|λ1|≤|λ2|，则特征向量u1的方向即为线状目标的方向；反之，特征向量u2则为线状目标的方向。所述步骤（3）所述区域增长方法包括：3.1）记录种子像素点P的Hessian矩阵的特征向量方向；3.2）查看P点的8邻域点的Hessian矩阵的特征向量方向，如果方向一致，则标记该点状态与P点状态相同；3.3）依次搜索所有像素点并记录每个点的状态，将状态相同的点进行归类。所述步骤（4）包括以下步骤：在视频图像水平方向上取一定宽度a且高度b等于图像高度的矩形框从视频图像最左边向右边进行滑动，每滑动一个像素统计一次；统计值在输电塔区域存在峰值，当两侧统计值下降到峰值一定比例时所对应的位置即是塔的水平位置，两位置的像素值差为塔的宽度c。所述步骤（5）以下步骤：在得到塔的水平位置之后，从视频图像中截取出宽度c高度b的图像；然后在此图像取一定宽度d且高度c的矩形框，在塔的水平位置处从上向下挨个像素滑动矩形框，每滑动一个像素统计一次；得到统计峰值并从两侧取峰值的一定比例时所对应的位置即为塔在垂直方向上的位置，两位置的像素值差为塔的高度。所述统计值为线段中点像素坐标在矩形框之内的小线段长度之和。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术公开了一种基于线状目标的高压输电塔定位方法。解决了无人机在复杂背景下巡检过程中对高压输电塔进行定位的技术问题。2.该方法首先利用Hessian矩阵得到每个像素点对应的Hessian矩阵特征向量的方向，该方向即为由该点组成的线状目标的方向；然后利用区域增长的方法提取Hessian矩阵特征向量方向近似的点组成小线段（线状目标）；最后利用统计方法，分别在水平和垂直方向上对小线段进行投票，小线段最集中的区域就是高压输电塔所在位置。通过理论仿真和大量的实验验证，证明本专利技术检测速度快、检测精度高，能够满足无人机巡检要求。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为无人机拍摄的原图像例；图3（a）为图2中有线红框内Hessian矩阵后线状目标方向提取结果图像；图3（b）为图2中无线红框内Hessian矩阵后线状目标方向提取结果图像；图4（a）为本专利技术实施例的原图像；图4（b）为图4（a）区域增长后的小线段提取结果图像；图5为水平方向上小线段长度之和统计值图像；图6为高压输电塔的定位结果图像。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。流程图如图1所示，本专利技术采用Hessian矩阵用于高压输电塔定位方法。Hessian矩阵（Hessian matrix或Hessian）也称海塞矩阵，是一个自变量为向量的实值函数的二阶偏导数组成的方块矩阵。具体实施步骤如下：（1）计算图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，通过无人机上搭载的摄像机或照相机获得场景的视频或照片信息，对视频或照片信息进行图像识别来检测高压输电线，其特征在于，包括以下步骤：（1）计算图像中每个像素点Hessian矩阵；（2）计算每个像素点对应的Hessian矩阵的特征值和特征向量；（3）利用区域增长方法提取所有像素点中Hessian矩阵特征向量方向一致的相邻像素点，相邻像素点组成了小线段（线状目标），通过小线段的起点/终点坐标得出长度及斜率；（4）选取矩形框在视频图像上从左至右按像素滑动并统计矩形框内小线段长度之和，根据小线段长度之和曲线峰值两侧下降到峰值一定比例时所对应的位置确定塔的水平位置和宽度；（5）从得到塔的水平位置的图像中截取出矩形框后，在视频图像塔的水平位置处从上向下按像素滑动矩形框并统计矩形框内小线段长度之和，根据小线段长度之和曲线峰值两侧至峰值的一定比例处所对应的位置确定塔的垂直位置和高度；即完成高压输电塔的定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，通过无人机上搭载的摄像机或照
相机获得场景的视频或照片信息，对视频或照片信息进行图像识别来检测高压
输电线，其特征在于，包括以下步骤：
（1）计算图像中每个像素点Hessian矩阵；
（2）计算每个像素点对应的Hessian矩阵的特征值和特征向量；
（3）利用区域增长方法提取所有像素点中Hessian矩阵特征向量方向一致
的相邻像素点，相邻像素点组成了小线段（线状目标），通过小线段的起点/终点
坐标得出长度及斜率；
（4）选取矩形框在视频图像上从左至右按像素滑动并统计矩形框内小线段
长度之和，根据小线段长度之和曲线峰值两侧下降到峰值一定比例时所对应的位
置确定塔的水平位置和宽度；
（5）从得到塔的水平位置的图像中截取出矩形框后，在视频图像塔的水平
位置处从上向下按像素滑动矩形框并统计矩形框内小线段长度之和，根据小线段
长度之和曲线峰值两侧至峰值的一定比例处所对应的位置确定塔的垂直位置和
高度；即完成高压输电塔的定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，其特征在
于：所述像素点的Hessian矩阵通过以下公式计算:以s为尺度，在图像某一点
p0＝(x0,y0)处的Hessian矩阵
Ho,s=Lxx(p0)Lxy(p0)Lxy(p0)Lyy(p0)]]>其中Lxx=∂L2/∂2x,]]>Lxy=∂L2/∂x∂y,]]>Lyx=∂L2/∂y∂x,]]>Lyy=∂L2/∂2y;]]>L(x,y)是图像
灰度值。
3.根据权利要求1所述的一种基于线状目标的高压输电塔定位方法，其特征在
于：所述Hessian矩阵的特征值和特征向量分别为视频图像某点处二阶导数的
大小与方向。
4.根据权利要求3所述的一种基于线状目标的高压输电塔定位方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，唐延东，丛杨，范慧杰，刘刚，夏泳，杜科，王玲，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁省电力有限公司本溪供电公司，
类型：发明
国别省市：