基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，包括以下步驟：利用Hessian矩陣得到每個像素點對應(yīng)的Hessian矩陣特征向量的方向，該方向即為由該點組成的線狀目標(biāo)的方向；然后利用區(qū)域增長的方法提取Hessian矩陣特征向量方向近似的點組成小線段（線狀目標(biāo)）；最后利用統(tǒng)計方法，分別在水平和垂直方向上對小線段進(jìn)行投票，小線段最集中的區(qū)域就是高壓輸電塔所在位置。本發(fā)明檢測速度快、檢測精度高，能夠滿足無人機巡檢要求。
【專利說明】基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理、模式識別和自動目標(biāo)識別技術(shù)，具體的說就是利用圖像處理技術(shù)檢測和定位高壓輸電塔的位置。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線路的完好是傳送電能，保障安全用電的前提，所以保證電力線路的完好是一項非常重要任務(wù)，電力線路巡檢工作尤為必要。傳統(tǒng)的電力線路巡檢流程是工作人員親自到現(xiàn)場巡視線路。因此，巡檢受過多人為因素的影響，在危險地段會危及到巡線工人的生命安危，并且人工錄入數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)手工錄入過程中容易出錯。無人機，是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。在無人機前端安裝具有穩(wěn)定能力的攝像機云臺，無人機首先飛行到高壓線路的側(cè)方或側(cè)上方，啟動機載視覺系統(tǒng)后，利用攝像機獲得場景的視頻信息，之后應(yīng)用圖像識別技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)對線路及設(shè)備缺陷進(jìn)行自動檢測與分析。無人機巡線檢測提高了檢測精度和效率，實現(xiàn)對線路設(shè)備的缺陷的自動輔助檢測診斷和評估。
[0003]現(xiàn)有的高壓輸電塔定位是通過用塔圖像中的角點對稱性來查找塔區(qū)域的中軸，進(jìn)而確定塔頂和最高的兩個塔角位置，并基于這三點來定位塔區(qū)域(尹柯，侯松鸝.塔圖像的一種自動定位算法.河南大學(xué)學(xué)報.2010.323-326)。但該方法要求塔正面圖像是對稱的，對背景有較高要求，有一定的局限性。
[0004]本發(fā)明針對無人機巡檢過程中的輸電塔定位技術(shù)提出了一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，本發(fā)明具有較高的魯棒性，能適應(yīng)復(fù)雜的背景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決以上問題，本發(fā)明的目的在于提出一種具有準(zhǔn)確性，實時性的基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，有效的解決了無人機在復(fù)雜背景下對高壓輸電塔進(jìn)行定位的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，通過無人機上搭載的攝像機或照相機獲得場景的視頻或照片信息，對視頻或照片信息進(jìn)行圖像識別來檢測高壓輸電線，包括以下步驟:
[0007](I)計算圖像中每個像素點Hessian矩陣；
[0008](2)計算每個像素點對應(yīng)的Hessian矩陣的特征值和特征向量；
[0009](3)利用區(qū)域增長方法提取所有像素點中Hessian矩陣特征向量方向一致的相鄰像素點，相鄰像素點組成了小線段(線狀目標(biāo))，通過小線段的起點/終點坐標(biāo)得出長度及斜率；
[0010](4)選取矩形框在視頻圖像上從左至右按像素滑動并統(tǒng)計矩形框內(nèi)小線段長度之和，根據(jù)小線段長度之和曲線峰值兩側(cè)下降到峰值一定比例時所對應(yīng)的位置確定塔的水平位置和寬度；[0011](5)從得到塔的水平位置的圖像中截取出矩形框后，在視頻圖像塔的水平位置處從上向下按像素滑動矩形框并統(tǒng)計矩形框內(nèi)小線段長度之和，根據(jù)小線段長度之和曲線峰值兩側(cè)至峰值的一定比例處所對應(yīng)的位置確定塔的垂直位置和高度；即完成高壓輸電塔的定位。
[0012]所述像素點的Hessian矩陣通過以下公式計算:以s為尺度,在圖像某一點P。=(X0, y0)處的 Hessian 矩陣
【權(quán)利要求】
1.一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，通過無人機上搭載的攝像機或照相機獲得場景的視頻或照片信息，對視頻或照片信息進(jìn)行圖像識別來檢測高壓輸電線，其特征在于，包括以下步驟: (1)計算圖像中每個像素點Hessian矩陣； (2)計算每個像素點對應(yīng)的Hessian矩陣的特征值和特征向量； (3)利用區(qū)域增長方法提取所有像素點中Hessian矩陣特征向量方向一致的相鄰像素點，相鄰像素點組成了小線段(線狀目標(biāo))，通過小線段的起點/終點坐標(biāo)得出長度及斜率； (4)選取矩形框在視頻圖像上從左至右按像素滑動并統(tǒng)計矩形框內(nèi)小線段長度之和，根據(jù)小線段長度之和曲線峰值兩側(cè)下降到峰值一定比例時所對應(yīng)的位置確定塔的水平位置和寬度； (5)從得到塔的水平位置的圖像中截取出矩形框后，在視頻圖像塔的水平位置處從上向下按像素滑動矩形框并統(tǒng)計矩形框內(nèi)小線段長度之和，根據(jù)小線段長度之和曲線峰值兩側(cè)至峰值的一定比例處所對應(yīng)的位置確定塔的垂直位置和高度；即完成高壓輸電塔的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述像素點的Hessian矩陣通過以下公式計算:以s為尺度,在圖像某一點pQ = (x0, y0)處的Hessian矩陣
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述Hessian矩陣的特征值和特征向量分別為視頻圖像某點處二階導(dǎo)數(shù)的大小與方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述Hessian矩陣的特征值為A1, λ 2，特征向量為ul，u2 ;其中，| λ i |≤0.1，| λ」≤| λ2| ；入2〈 O，背景暗，目標(biāo)売；^ 2 > O,則相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述步驟(2)中特征向量的方向為由像素點組成的線狀目標(biāo)的方向，包括:若I λ」≤I λ2|，則特征向量Ul的方向即為線狀目標(biāo)的方向；反之，特征向量U2則為線狀目標(biāo)的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述步驟(3)所述區(qū)域增長方法包括: 3.1)記錄種子像素點P的Hessian矩陣的特征向量方向； 3.2)查看P點的8鄰域點的Hessian矩陣的特征向量方向，如果方向一致,則標(biāo)記該點狀態(tài)與P點狀態(tài)相同； 3.3)依次搜索所有像素點并記錄每個點的狀態(tài)，將狀態(tài)相同的點進(jìn)行歸類。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述步驟(4)包括以下步驟: 在視頻圖像水平方向上取一定寬度a且高度b等于圖像高度的矩形框從視頻圖像最左邊向右邊進(jìn)行滑動，每滑動一個像素統(tǒng)計一次； 統(tǒng)計值在輸電塔區(qū)域存在峰值，當(dāng)兩側(cè)統(tǒng)計值下降到峰值一定比例時所對應(yīng)的位置即是塔的水平位置，兩位置的像素值差為塔的寬度C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述步驟(5)以下步驟: 在得到塔的水平位置之后，從視頻圖像中截取出寬度c高度b的圖像； 然后在此圖像取一定寬度d且高度c的矩形框，在塔的水平位置處從上向下挨個像素滑動矩形框，每滑動一個像素統(tǒng)計一次； 得到統(tǒng)計峰值并從兩側(cè)取峰值的一定比例時所對應(yīng)的位置即為塔在垂直方向上的位置，兩位置的像素值差為塔的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線狀目標(biāo)的高壓輸電塔定位方法，其特征在于:所述統(tǒng)計值為線段中點像素坐 標(biāo)在矩形框之內(nèi)的小線段長度之和。
【文檔編號】G06K9/62GK103810494SQ201210458823
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】李文濤, 唐延?xùn)|, 叢楊, 范慧杰, 劉剛, 夏泳, 杜科, 王玲 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所, 遼寧省電力有限公司本溪供電公司