[發明專利]最小二乘去干擾隨機Hough變換的輸電線提取方法

有效

• 申請號: 202010106909.0
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111340833B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 黃鶴;任志東;茹鋒;郭璐;許哲;王會峰;黃鶯;惠曉濱;吳琨;張少帥;王浩;陳永安
• 申請（專利權）人: 西安匯智信息科技有限公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/181;G06T5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.最小二乘去干擾隨機Hough變換的輸電線提取方法，其特征在于，先通過隨機Hough進行直線檢測獲取可能存在的直線，然后通過去干擾最小二乘法對每一條直線進行擬合，擬合時候首先保證這一族數據的均方差最小，即將干擾點去除，進而確定輸電線；

具體包括以下步驟：

步驟1：獲取無人機拍攝的輸電線圖像；

步驟2：對步驟1所獲取的無人機拍攝的圖像進行高斯濾波處理；

步驟3：采用改進的8-鄰域Canny檢測算子，對步驟2中處理過后的圖像進行邊緣檢測，從而提取圖像邊緣；

步驟4：將步驟3獲取的圖像邊緣像素的數據集坐標用W表示，接著，利用隨機Hough變換計算各條直線的斜率和截距，從而確定直線的大致位置，然后尋找各條直線周邊的像素坐標點集；

具體地，采用Hough變換對圖像中像素坐標和空間坐標對應關系進行直線檢測，從而獲取直線的大致位置，通過下述公式進行直角坐標空間和參數空間進行轉換；同時為了獲取更加精確的直線位置，尋找各條直線周邊的像素坐標點集表示為W_k^*，其中W_k^*表示滿足誤差要求的第k條直線附近的點集：

Y＝kx+b????????(1-4)

ρ＝xcos(θ)+ysin(θ)?????(1-5)

其中公式(1-4)代表直角坐標系方程，公式(1-5)代表參數空間坐標系方程，其中ρ表示直線Y與直角坐標原點的距離，θ表示ρ與直角坐標系正方向形成的夾角；

具體包括以下步驟：

步驟4.1：對通過步驟3所獲得的圖進行掃描，獲取邊緣像素的數據集坐標點集合W，在W中總共存在N個像素點；將獲已經邊緣檢測后的圖像上坐標點對應的參數空間進行離散劃分，即將ρ和θ進行等份劃分，形成一個m×n空間的累加器，記作p；

步驟4.2：在集合W中隨便抽取兩個點(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)代入公式(1-5)計算直線在參數空間中的值Q_i＝(ρ,θ)；

步驟4.3：在參數空間p中尋找Q_c，其中Q_c表示：若存在|Q_c-Q_i|＜γ時，將對應的累加器Q_c進行加1處理即為:accum(Q_c)＝accum(Q_c)+1；當不存在，將Q_c插入到參數空間p中；上述γ是允許的誤差；

步驟4.4：參數空間進行投票統計，若accum(Q_c)＞T，其中T表示檢測直線的閾值設定，則認定(ρ,θ)是直線的參數，隨后將該條直線上面其他點從W中刪除，并且將參數空間p重新初始化，否則返回步驟4.2；將二值圖中所有的圖像點經過上述步驟操作后，進行統計并且獲取累加器中最大的值，該值就是相對應的直線的參數空間值，從而通過坐標轉換確定直線方程；

步驟4.5：將在圖像中獲取邊緣點的數據集記作W＝(x_i,y_i)^T，這些點分布在R條直線附近，同時根據要求從而獲取誤差的閾值為E_k，同時計算滿足誤差范圍E_k內各條直線周邊的像素坐標點集并且存儲在W_k^*，實現去干擾，計算公式如下所示：

其中，W_k^*表示滿足誤差要求的第k條直線附近的點集，a_kx_i+b_k表示通過隨機Hough變換求得直線方程；a_k表示步驟4.4中獲取直線的斜率，b_k表示直線的截距，(x_i,y_i)是圖像中直角坐標系中的點；

步驟5：利用改進去干擾最小二乘法分別對每一組像素坐標點集的數據進行擬合，從而獲取精確的輸電線；

具體地，對獲取各條直線附近的點集W_k^*，使用最小二乘法對每一個點集W_k^*中的數據進行直線擬合，從而獲取精確的直線位置，其中對于參數a、b以及均方差θ使用下列公式進行相應的求解：

其中，a代表擬合直線的斜率，b代表擬合直線的截距，代表方差；

具體實現步驟如下所示：

步驟5.1：對獲取的目標集合W_k^*中的特征點(x_i,y_i)進行劃分，對滿足a_kx+b_k≥y的所有特征點用集合M^*_max進行表示；對滿足a_kx+b_ky的所有特征點用集合M^*_min進行表示；

步驟5.2：在集合M^*_max和M^*_min中找出最大的誤差點并且移除此集合，同時將集合W_k^*、M^*_max以及M^*_min實時更新；

步驟5.3：重新計算均方差直到滿足其中ε是預設的理想均方差；

步驟5.4：然后通過公式計算精確的a、b值，并且在圖中進行標記。