一种输电线路杆塔线段匹配方法以及设备组成比例

本发明专利技术公开了一种输电线路杆塔线段匹配方法以及设备，包括：通过从输电线路杆塔图像中的杆塔区域提取出线段，对线段之间的交点进行条件约束得到原始交点，对原始交点进行聚类得到新交点，基于平面优化以及共面代价的方法对新交点所对应的线段进行匹配，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；通过拟合线段所在的平面，从平面中选择出主要平面，根据主要平面中的三维坐标寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，从而得到电力杆塔匹配的三维线段。本发明专利技术通过平面优化以及共面代价的方法来剔除线段的多个无用的交点，最后根据近似共线条件进行电力杆塔三维线段匹配，从而在大量相交的线段中实现对电力杆塔三维图像的线段匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路杆塔线段匹配方法以及设备
本专利技术涉及线段匹配领域，尤其涉及一种输电线路杆塔线段匹配方法以及设备。
技术介绍
随着信息技术的迅猛发展，三维重建在许多领域有越来越多的应用，如文化遗产保护、文物研究、视频监控、动画电影制作、医学图像处理以及虚拟现实等。在计算机视觉中，基于图像的三维重建技术是根据场景的两张或两张以上的二维图像，由计算机自动计算并匹配场景的二维几何信息和深度信息，最后建立三维模型的过程。传统三维重建是基于点的特征提取与匹配三维点云模型在缺少纹理的地方重建精度较差，三维线段模型能提供更充分的结构信息，反映场景的几何拓扑关系回。要生成一个基于线段的三维重建模型需要建立来自不同图片的二维线段的对应关系，线段匹配指在两组线段中建立对应关系的过程。然而，电力杆塔主要是由互相连接的钢结构组成，导致在二维图像中呈现大量相交的线段，目前尚未有针对电力杆塔的三维图像进行线段匹配的方法。综上所述，现有技术中存在着尚未有针对电力杆塔的三维图像进行线段匹配的方法技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种输电线路杆塔线段匹配方法以及设备，用以解决现有技术中存在着尚未有针对电力杆塔的三维图像进行线段匹配的方法技术问题。本专利技术提供了一种输电线路杆塔线段匹配方法，包括以下步骤：获取无人机采集的输电线路杆塔图像，从所述输电线路杆塔图像中的提取出杆塔区域图像；从杆塔区域图像中提取线段，对线段间的交点进行条件约束，得到所有原始交点；对所有原始交点进行聚类分析，得到若干个聚类类别和每个聚类类别对应的聚类中心，将每个聚类类别对应的聚类中心作为新交点；合并每个聚类类别中的新交点所对应的线段，对合并后的新交点所对应的线段进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及多个候选匹配点所对应的候选匹配线段；计算新交点到多个候选匹配点的共面代价，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；拟合新交点所对应的线段和新交点所对应的匹配线段所在的平面；遍历每个新交点所对应的线段所在的平面，统计新交点所对应的匹配线段在每个平面的条数，取匹配线段条数最大的平面作为该新交点所对应线段的正确所在平面；从每个新交点所对应线段的正确所在平面中选择出主要平面，计算出每个主要平面中线段所对应的三维坐标；对每个主要平面中线段所对应的三维坐标进行匹配，寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，得到电力杆塔匹配的三维线段。优选的，无人机采集的输电线路杆塔图像要求图像的航向重叠率大于60％，旁向重叠率大于30％。优选的，采用LSD算法从杆塔区域提取出每一条线段。优选的，对线段之间的交点进行条件约束，得到所有原始交点的具体过程为：对从杆塔区域图像中提取到的每一条线段，保留以该线段为中心，预置长宽的矩形区域内，与该线段相交的其他所有线段中离该线段两端点最近的交点，得到所有原始交点。优选的，采用DBSCAN算法对所有原始交点进行聚类分析。优选的，进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及所对应的多个候选匹配线段的具体过程为：计算Ii、Ij两张输电线路杆塔图像的核线，并在Ii图像中沿核线方向搜索与Ij图像的交点，若交点到核线距离小于Ii图像中原始交点到合并后的新交点的最大距离，则该交点为新交点的候选匹配点，该交点所对应的线段为候选匹配线段。优选的，计算新交点到多个候选匹配点的共面代价，选择出新交点的匹配点以及所对应的匹配线段的具体过程为：计算Ij图像的新交点到核线的垂足点，利用共线方程计算垂足点与候选匹配点相交汇的三维坐标点；给定Ij图像与新交点所在的射线方向的单位向量作为初始法向量，基于初始法向量以及三维坐标点，计算出新交点所对应的线段的三维坐标点；将新交点所对应的线段的三维坐标点投影到Ij图像中形成二维线段；将与新交点之间垂直距离最短的二维线段中的点作为新交点的匹配点，并通过匈牙利最小二分图算法计算出新交点所对应的匹配线段。优选的，从每个新交点所对应线段的正确所在平面中选择出主要平面的具体过程为：计算每个新交点所对应线段的正确所在平面中的二维线段对应的三维坐标，将三维坐标投影到其他输电线路杆塔图像中，寻找其他输电线路杆塔图像中存在满足约束的二维匹配线段；计算二维匹配线段对应的三维线段，对三维线段所在的三维平面进行合并；计算每个新交点所对应线段的正确所在平面中所包含三维线段的条数，基于条数数量选择出主要平面。优选的，寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，得到电力杆塔匹配的三维线段的具体过程为：通过查找三维坐标一定半径范围内的其他三维坐标，若在该范围内没有其他三维坐标，则匹配错误，该三维坐标需要剔除；若存在其他三维坐标，判断其他三维坐标是否与该三维坐标近似共线，若近似共线，则将该三维坐标所对应的三维线段作为电力杆塔匹配的三维线段。一种输电线路杆塔线段匹配设备，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种输电线路杆塔线段匹配方法。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例通过从输电线路杆塔图像中的杆塔区域提取出每一条线段，对每一条线段之间的交点进行条件约束，得到所有原始交点；对所有原始交点进行聚类分析，得到若干个聚类类别和每个聚类类别对应的聚类中心，将每个聚类类别对应的聚类中心作为新交点；合并每个聚类类别中的新交点所对应的线段，对合并后的新交点所对应的线段进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及所对应的多个候选匹配线段；计算新交点到多个候选匹配点的共面代价，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；拟合新交点所对应的线段和新交点所对应的匹配线段所在的平面；遍历每个新交点所对应的线段所在的平面，统计新交点所对应的匹配线段在每个平面的条数，取匹配线段条数最大的平面作为该新交点所对应线段的正确所在平面；从每个新交点所对应线段的正确所在平面中选择出主要平面，计算出每个主要平面中线段所对应的三维坐标；对每个主要平面中线段所对应的三维坐标进行匹配，寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，得到电力杆塔匹配的三维线段。本专利技术实施例通过从输电线路杆塔图像中的杆塔区域提取出线段，对线段之间的交点进行条件约束得到所有原始交点，对原始交点进行聚类，将每个聚类类别对应的聚类中心作为新交点，并基于平面优化以及共面代价的方法对新交点所对应的线段进行匹配，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；通过拟合线段所在的平面，从平面中选择出主要平面，根据主要平面中的三维坐标寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，从而得到电力杆塔匹配的三维线段。本专利技术实施例利用线段交点的约束条件来剔除图像中的大量无用的线段，并通过平面优化以及共面代价的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取无人机采集的输电线路杆塔图像，从所述输电线路杆塔图像中的提取出杆塔区域图像；/n从杆塔区域图像中提取线段，对线段间的交点进行条件约束，得到所有原始交点；/n对所有原始交点进行聚类分析，得到若干个聚类类别和每个聚类类别对应的聚类中心，将每个聚类类别对应的聚类中心作为新交点；/n合并每个聚类类别中的新交点所对应的线段，对合并后的新交点所对应的线段进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及多个候选匹配点所对应的候选匹配线段；/n计算新交点到多个候选匹配点的共面代价，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；/n拟合新交点所对应的线段和新交点所对应的匹配线段所在的平面；/n遍历每个新交点所对应的线段所在的平面，统计新交点所对应的匹配线段在每个平面的条数，取匹配线段条数最大的平面作为该新交点所对应线段的正确所在平面；/n从每个新交点所对应线段的正确所在平面中选择出主要平面，计算出每个主要平面中线段所对应的三维坐标；/n对每个主要平面中线段所对应的三维坐标进行匹配，寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，得到电力杆塔匹配的三维线段。/n...

【技术特征摘要】
1.一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取无人机采集的输电线路杆塔图像，从所述输电线路杆塔图像中的提取出杆塔区域图像；
从杆塔区域图像中提取线段，对线段间的交点进行条件约束，得到所有原始交点；
对所有原始交点进行聚类分析，得到若干个聚类类别和每个聚类类别对应的聚类中心，将每个聚类类别对应的聚类中心作为新交点；
合并每个聚类类别中的新交点所对应的线段，对合并后的新交点所对应的线段进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及多个候选匹配点所对应的候选匹配线段；
计算新交点到多个候选匹配点的共面代价，选择出新交点的匹配点以及新交点所对应的匹配线段；
拟合新交点所对应的线段和新交点所对应的匹配线段所在的平面；
遍历每个新交点所对应的线段所在的平面，统计新交点所对应的匹配线段在每个平面的条数，取匹配线段条数最大的平面作为该新交点所对应线段的正确所在平面；
从每个新交点所对应线段的正确所在平面中选择出主要平面，计算出每个主要平面中线段所对应的三维坐标；
对每个主要平面中线段所对应的三维坐标进行匹配，寻找出满足近似共线条件的其他主要平面的三维坐标，得到电力杆塔匹配的三维线段。


2.根据权利要求1的一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，无人机采集的输电线路杆塔图像要求图像的航向重叠率大于60％，旁向重叠率大于30％。


3.根据权利要求1的一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，采用LSD算法从杆塔区域提取出每一条线段。


4.根据权利要求1的一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，对线段之间的交点进行条件约束，得到所有原始交点的具体过程为：
对从杆塔区域图像中提取到的每一条线段，保留以该线段为中心，预置长宽的矩形区域内，与该线段相交的其他所有线段中离该线段两端点最近的交点，得到所有原始交点。


5.根据权利要求1的一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，采用DBSCAN算法对所有原始交点进行聚类分析。


6.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔线段匹配方法，其特征在于，进行平面优化的线段匹配，得到多个候选匹配点以及所对应的多个候选匹配线段的具体过程为：
计算Ii、Ij两张输电线路杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雄刚，彭炽刚，李国强，汪勇，张英，陈浩，周华敏，张峰，刘高，廖如超，廖建东，翟瑞聪，林俊省，郭锦超，陈赟，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司机巡作业中心，
类型：发明
国别省市：广东;44