(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109978997 A(43)申请公布日 2019.07.05
(21)申请号 201910266244.7(22)申请日 2019.04.03
(71)申请人 广东电网有限责任公司
地址 510600 广东省广州市越秀区东风东
路757号
申请人 广东电网有限责任公司机巡作业中
心(72)发明人 彭炽刚 翟瑞聪 李雄刚 张峰
柳亦钢 郭锦超 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人 张春水 唐京桥(51)Int.Cl.
G06T 17/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统(57)摘要
本发明公开了一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统，该方法包括获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。本发明提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统，通过地形模型和杆塔模型分类处理后合成的方法实现了输电线路三维模型的建立，提高了杆塔模型的复用率，降低了
测绘和建模工作量；同时，解决了多飞行复杂度、
视影像倾斜影像存在的变形大、阴影和遮挡的问题，提高了匹配质量。
CN 109978997 ACN 109978997 A
权 利 要 求 书
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1.一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法，其特征在于，包括：获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；
将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述倾斜影像，构建三维地图模型的步骤包括：
采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算法，从所述倾斜影像中提取影像特征，并通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理，去除所述影像特征邻域的仿射变化；
通过影像拼接、边缘融合的方式进行纹理映射，构建三维地图模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB为构1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，造矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据基建数据，预先构建杆塔模型；
将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述杆塔模型为一个或多个。6.一种基于倾斜影像的输电线路三维建模系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；第一模型构建模块，用于根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；模型匹配模块，用于对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；
模型合成模块，用于将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一模型构建模块包括：特征提取及处理单元，用于采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算法，从所述倾斜影像中提取影像特征，并通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理，去除所述影像特征邻域的仿射变化；
模型构建单元，用于通过影像拼接、边缘融合的方式进行纹理映射，构建三维地图模型。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
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CN 109978997 A
权 利 要 求 书
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其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB为构1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，造矩阵。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：第二模型构建模块，用于根据基建数据，预先构建杆塔模型；模型存储模块，用于将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述杆塔模型为一个或多个。
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CN 109978997 A
说 明 书
一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统
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技术领域
[0001]本发明实施例涉及三维建模技术领域，尤其涉及一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统。
背景技术
[0002]目前，无人机已经在线路通道建模和电力巡线中得到广泛的应用。线路通道建模主要利用倾斜摄影技术，从前视、后视、左视、右视、下视等不同角度采集影像，为各种三维模型的建立提供倾斜影像数据和POS数据；电力巡线主要利用图像处理技术实现目标检测、故障识别、故障定位等，提高输电线路巡检智慧化水平。[0003]其中，输电线路的三维建模包括线路通道地形建模和输电杆塔建模，现有技术中线路通道测绘对地形和杆塔采用倾斜影像技术进行建模，存在飞行高度多变，建模工作量大，同一杆塔规格模型不能复用等问题；此外，多视影像倾斜影像也存在的变形大、阴影和遮挡的问题，非显著区域密集匹配质量不高。发明内容
[0004]本发明提供一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统，以解决现有技术的不足。
[0005]为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：[0006]第一方面，本发明提供一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法，所述方法包括：
[0007]获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；[0008]根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；[0009]对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；
[0010]将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。
[0011]进一步地，所述方法中，所述根据所述倾斜影像，构建三维地图模型的步骤包括：[0012]采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算法，从所述倾斜影像中提取影像特征，并通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理，去除所述影像特征邻域的仿射变化；
[0013]通过影像拼接、边缘融合的方式进行纹理映射，构建三维地图模型。[0014]进一步地，所述方法中，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
[0015][0016]
其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，为构造矩阵。
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CN 109978997 A[0017]
说 明 书
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进一步地，所述方法，还包括：
[0018]根据基建数据，预先构建杆塔模型；
[0019]将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。[0020]进一步地，所述方法中，所述杆塔模型为一个或多个。[0021]第二方面，本发明提供一种基于倾斜影像的输电线路三维建模系统，包括：[0022]数据获取模块，用于获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；[0023]第一模型构建模块，用于根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；[0024]模型匹配模块，用于对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；[0025]模型合成模块，用于将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。[0026]进一步地，所述系统中，所述第一模型构建模块包括：[0027]特征提取及处理单元，用于采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算法，从所述倾斜影像中提取影像特征，并通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理，去除所述影像特征邻域的仿射变化；[0028]模型构建单元，用于通过影像拼接、边缘融合的方式进行纹理映射，构建三维地图模型。
[0029]进一步地，所述系统中，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
[0030]
其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，为构造矩阵。
[0032]进一步地，所述系统，还包括：[0033]第二模型构建模块，用于根据基建数据，预先构建杆塔模型；[0034]模型存储模块，用于将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。[0035]进一步地，所述系统中，所述杆塔模型为一个或多个。
[0036]本发明实施例提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法和系统，通过地形模型和杆塔模型分类处理后合成的方法实现了输电线路三维模型的建立，提高了杆塔模型的复用率，降低了飞行复杂度、测绘和建模工作量；同时，解决了多视影像倾斜影像存在的变形大、阴影和遮挡的问题，提高了匹配质量。附图说明
[0037]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0038]图1是本发明实施例一提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法的流程示意图；
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[0031]
CN 109978997 A[0039]
说 明 书
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图2是本发明实施例二提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模系统的结构
示意图。
具体实施方式
[0040]为了完整的描述本发明实施例提供的技术方案，并且易于被用户理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。[0041]实施例一
[0042]请参阅附图1，为本发明实施例一提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法的流程示意图，该方法适用于输电线路三维建模的场景，该方法由基于倾斜影像的输电线路三维建模系统来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现。该方法具体包括如下步骤：
[0043]S101、获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息。[0044]S102、根据所述倾斜影像，构建三维地图模型。[0045]具体的，同名像点提取及其匹配使用尺度不变特征变换sift(Scale-invariant feature transform)先生成sift特征向量，然后匹配sift特征向量，将影像根据物方空间最小二乘法进行匹配。[0046]前视、后视、左视、右视、下视影像数据存在相互遮挡和影像间的几何变形，所以由包含了连接点和连接线、控制点坐标、综合了卫星导航数据(GNSS数据,Global Navigation Satellite System)和惯性导航数据(IMU数据，Inertial Measurement Unit)组合的综合导航数据的五个角度的光束法区域网联合平差，解算误差方程进行空三测量。空三测量可以采用航带法、或独立模型法，但光束法区域网平差精度更高。
[0047]密集匹配采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算子提取影像初始特征，通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理去除特征邻域的仿射变化，增加SIFT的特征描述符仿射不变性，提高匹配质量。然后通过影像拼接、边缘融合进行纹理映射，构建三维地图模型。[0048]其中，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
[0049]
其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，为构造矩阵。[0051]S103、对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配。[0052]需要说明的是，杆塔目标检测可以在任意一个视角中实现，但以下视角确定，此时的经纬度信息误差更小。[0053]具体的，定位定向系统(POS，Position Orientation System)包含无人机倾斜影像的位置经度、纬度、飞行高度等坐标信息，和航向角、俯仰角、翻滚角各种旋转角度。
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[0050]
CN 109978997 A[0054]
说 明 书
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无人机通道测绘扫描过程中，图像检测识别到杆塔目标时，根据POS信息的经纬度
等信息查询杆塔台账系统中的数据，找到匹配的杆塔信息，调用杆塔模型。[0055]优选的，所述方法，还包括：[0056]根据基建数据，预先构建杆塔模型；所述杆塔模型为一个或多个；[0057]将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。[0058]需要说明的是，采用本发明公开的方法，建立杆塔台账系统时，根据基建数据构建好杆塔模型，同一规格的杆塔模型可以复用，线路通道测绘主要对地形进行测绘，对杆塔只需采用目标检测识别的方法定位器经纬度信息，减少了飞行复杂度和建模工作量。[0059]S104、将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。[0060]具体的，将杆塔模型根据经纬坐标信息植入构建好的三维地图模型中，形成集地图信息、杆塔信息的输电三维模型。
[0061]本发明实施例提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模方法，通过地形模型和杆塔模型分类处理后合成的方法实现了输电线路三维模型的建立，提高了杆塔模型的复用率，降低了飞行复杂度、测绘和建模工作量；同时，解决了多视影像倾斜影像存在的变形大、阴影和遮挡的问题，提高了匹配质量。[0062]实施例二[0063]如图2所示，本发明实施例二提供一种基于倾斜影像的输电线路三维建模系统，包括：
[0064]数据获取模块21，用于获取无人机在测绘扫描过程中的倾斜影像和POS信息；[0065]第一模型构建模块22，用于根据所述倾斜影像，构建三维地图模型；[0066]模型匹配模块23，用于对所述倾斜影像中的杆塔进行检测识别，并根据所述POS信息，对识别出的杆塔与杆塔台账系统中的杆塔模型进行匹配；[0067]模型合成模块24，用于将匹配返回的杆塔模型植入所述三维地图模型中的对应位置，生成输电线路的三维模型。[0068]优选的，所述第一模型构建模块包括：[0069]特征提取及处理单元，用于采用局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配，利用Hessian-Gabor算法，从所述倾斜影像中提取影像特征，并通过窗口二阶矩变换和椭圆归一化处理，去除所述影像特征邻域的仿射变化；[0070]模型构建单元，用于通过影像拼接、边缘融合的方式进行纹理映射，构建三维地图模型。
[0071]优选的，所述椭圆归一化处理的步骤采用如下公式：
[0072][0073]
其中，A为使二阶矩阵n对角化的单位，正交矩阵λλB1、2为二阶矩阵n的矩阵特征值，为构造矩阵。[0074]优选的，还包括：[0075]第二模型构建模块，用于根据基建数据，预先构建杆塔模型；
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CN 109978997 A[0076]
说 明 书
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模型存储模块，用于将构建好的杆塔模型存储至杆塔台账系统。
[0077]优选的，所述杆塔模型为一个或多个。
[0078]本发明实施例提供的一种基于倾斜影像的输电线路三维建模系统，通过地形模型和杆塔模型分类处理后合成的方法实现了输电线路三维模型的建立，提高了杆塔模型的复用率，降低了飞行复杂度、测绘和建模工作量；同时，解决了多视影像倾斜影像存在的变形大、阴影和遮挡的问题，提高了匹配质量。
[0079]上述系统可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0080]以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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CN 109978997 A
说 明 书 附 图
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图1
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说 明 书 附 图
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图2
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