【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及計算機視覺和三維點云處理技術，具體涉及一種基于電網輸電線路的大規模點云配準方法、系統、設備及存儲介質。
技術介紹
1、隨著無人機和激光雷達(lidar)等遠程傳感技術的發展，三維點云在電網輸電線路的巡檢、維護、建模等領域得到了廣泛應用。點云數據能夠準確描述輸電線路中的桿塔、導線等設備的三維結構，然而，由于輸電線路點云數據通常規模龐大、結構復雜，傳統的點云配準方法在這一應用中表現出諸多不足。
2、icp(iterative?closest?point)算法是經典的點云配準方法，但其在處理大規模點云時容易陷入局部最優解，且計算效率較低。尤其在輸電線路復雜幾何結構(如導線的線性結構、桿塔的垂直特征)下，icp算法無法充分利用這些全局特征，導致配準精度和魯棒性下降。此外，現有的特征匹配方法，如八叉樹下采樣、iss特征點提取、方向直方圖等，雖然在某些場景下表現良好，但在電網輸電線路復雜場景中仍面臨以下技術瓶頸：
3、(1)大規模點云的計算效率低：輸電線路點云數據范圍廣、密度不均，傳統方法在處理這些大規模數據時計算量巨大，難以滿足實際應用要求。
4、(2)局部特征不足：現有特征提取算法通常依賴局部幾何信息，難以有效利用輸電線路中的全局結構特征，無法確保關鍵幾何結構的精確匹配。
5、(3)配準魯棒性差：在復雜場景中，噪聲點、缺失點等情況易影響現有的配準方法，導致配準失敗或精度降低。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術的目的在于
2、技術方案：本專利技術的一種基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，包括：
3、采集不同視角下輸電線路的點云數據，形成源點云集p和目標點云集q；
4、分別對源點云集p和目標點云集q的點云數據進行自適應八叉樹下采樣，并動態調整不同密度區域的選取點的間隔，從源點云集p中獲取具有代表性的點云數據，生成第一點云數據集，從目標點云集q中獲取具有代表性的點云數據，生成第二點云數據集；
5、利用改進的iss算法分別從第一點云數據集和第二點云數據集提取點云特征點，提取點云特征點過程中通過kd-tree結構加速鄰域搜索，并根據點云局部幾何特性自適應調整鄰域搜索半徑，從而獲得適應復雜場景結構的特征點集合；
6、基于特征點集合，結合幾何拓撲信息構建方向直方圖特征描述模型，生成幾何拓撲模型；幾何拓撲模型捕捉特征點集合中的特征點在鄰域內的空間分布方向，反映點云局部結構特性，為后續配準提供穩定的描述特征；
7、采用改進的ransac算法對源點云集和目標點云集的特征點集合進行粗配準，選取符合幾何關系的非共線特征點，優化剛體變換矩陣；通過最小化匹配誤差，獲得源點云集到目標點云集的初始對齊矩陣；
8、基于粗配準結果，采用改進的icp算法進行精配準；利用法向量特征引入加權因子并結合kd-tree加速搜索，逐步優化剛體變換矩陣以提高配準精度，最終輸出源點云集和目標點云集的精確配準結果。。
9、進一步的，分別對源點云集和目標點云集的點云數據進行自適應八叉樹下采樣，并動態調整不同密度區域的選取點的間隔，從源點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第一點云數據集，從目標點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第二點云數據集，包括：
10、初始化八叉樹：確定輸電線路的源點云集p和目標點云集q中點云數據所占據的三維空間范圍，定義為[xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax]；
11、劃分八叉樹節點：對于八叉樹的根節點，使用以下公式將其遞歸地劃分為八個子節點，以x方向為例，y和z方向類似：
12、
13、其中，i＝0,1,2,3,4,5,6,7，表示八個子節點在x方向的索引；
14、判斷自適應細分：計算每個子節點內的點云密度ρ，公式如下：
15、
16、其中，n表示節點內點的數量；v表示節點的空間體積，對于長方體形狀的節點，其體積為：
17、v＝(xmax-xmin)(ymax-ymin)(zmax-zmin)
18、設定輸電塔區域內點云數據的密度閾值和空曠區域內點云數據的密度閾值，當ρ>ρthreshold時，對該節點進行進一步細分；其中，輸電塔區域內點云數據的密度閾值大于曠區域內點云數據的密度閾值；
19、下采樣選擇代表點：完成八叉樹的構建后，從每個節點中選擇代表點；
20、通過上述步驟實現從原始大規模點云數據中選擇出一部分具有代表性的點，完成自適應八叉樹下采樣。
21、進一步的，完成八叉樹的構建后，從每個節點中選擇代表點，包括：
22、采用節點重心點的方法，對于一個八叉樹節點內的點集{pi(xi,yi,zi)}，重心點pcenter的計算公式如下：
23、
24、其中，n表示節點內點的數量。
25、進一步的，利用改進的iss算法分別從第一點云數據集和第二點云數據集提取點云特征點，提取點云特征點過程中通過kd-tree結構加速鄰域搜索，并根據點云的局部幾何特性自適應調整鄰域搜索半徑，從而獲得適應復雜場景結構的特征點集合，包括：
26、利用kd-tree結構確定局部鄰域，對于點云數據中的每個點p＝(x,y,z)，確定其在半徑r范圍內的局部鄰域點云集n(p)；
27、針對局部鄰域點云集n(p)中的每個點pq，建立局部坐標系，并設定搜索半徑，其中，設定輸電塔附近點云的鄰域搜索半徑大于輸電線路平滑區域點云的鄰域搜索半徑；在搜索半徑內查找所有點，并計算每個點的權重，公式為：
28、
29、式中，ωi表示點pq與其局部鄰域中點數成反比的權重；r表示搜索半徑；pi表示鄰域內的點，采樣中的點越稀疏，所占權重越高；
30、計算每個點的三維加權協方差矩陣，公式為：
31、
32、根據每個點的三維加權協方差矩陣求解各個點的特征值并按照由大到小排列，3個特征值之間的關系反映了數據點的主要特征及其相對重要性；對輸電塔附近結構復雜的點云和輸電線路平滑區域的點云分別設定兩個閾值ε1和ε2；若查詢點pq作為iss特征點，需滿足
33、
34、進一步的，基于特征點集合，結合幾何拓撲信息進行方向直方圖特征描述，構建反映點云局部結構特性的幾何拓撲模型，包括：
35、對于每個特征點p及其局部鄰域點云集n(p)，計算鄰域點相對于特征點p的方向向量；
36、設鄰域點為qi∈n(p)，方向向量的計算方式為即通過鄰域點的坐標減去特征點的坐標得到方向向量，從而得到一組反映鄰域點相對于特征點空間分布方向的向量集合；
37、將向量集合按照方向空本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，分別對源點云集和目標點云集的點云數據進行自適應八叉樹下采樣，并動態調整不同密度區域的選取點的間隔，從源點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第一點云數據集，從目標點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第二點云數據集，包括：
3.根據權利要求2所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，完成八叉樹的構建后，從每個節點中選擇代表點，包括：
4.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，利用改進的ISS算法分別從第一點云數據集和第二點云數據集提取點云特征點，提取點云特征點過程中通過KD-Tree結構加速鄰域搜索，并根據點云的局部幾何特性自適應調整鄰域搜索半徑，從而獲得適應復雜場景結構的特征點集合，包括：
5.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，基于特征點集合，結合幾何拓撲信息進行方向直方圖特征描述，構建反映點云局部結構特性的幾何
6.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，采用改進的RANSAC算法對源點云集和目標點云集的特征點集合進行粗配準，選取符合幾何關系的非共線特征點，優化剛體變換矩陣；通過最小化匹配誤差，獲得源點云集到目標點云集的初始對齊矩陣，包括：
7.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，基于粗配準結果，采用改進的ICP算法進行精配準；利用法向量特征引入加權因子并結合KD-Tree加速搜索，逐步優化剛體變換矩陣以提高配準精度，最終輸出源點云集和目標點云集的精確配準結果，包括：
8.一種基于電網輸電線路的大規模點云配準系統，其特征在于，包括：
9.一種基于電網輸電線路的大規模點云配準設備，其特征在于，包括處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有計算機指令，所述處理器用于執行所述存儲器中存儲的計算機指令，當所述計算機指令被處理器執行時該電子設備實現如權利要求1至7中任意一項所述基于電網輸電線路的大規模點云配準方法的步驟。
10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時，實現如權利要求1至7中任意一項所述基于電網輸電線路的大規模點云配準方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，分別對源點云集和目標點云集的點云數據進行自適應八叉樹下采樣，并動態調整不同密度區域的選取點的間隔，從源點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第一點云數據集，從目標點云集中獲取具有代表性的點云數據，生成第二點云數據集，包括：
3.根據權利要求2所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，完成八叉樹的構建后，從每個節點中選擇代表點，包括：
4.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，利用改進的iss算法分別從第一點云數據集和第二點云數據集提取點云特征點，提取點云特征點過程中通過kd-tree結構加速鄰域搜索，并根據點云的局部幾何特性自適應調整鄰域搜索半徑，從而獲得適應復雜場景結構的特征點集合，包括：
5.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路的大規模點云配準方法，其特征在于，基于特征點集合，結合幾何拓撲信息進行方向直方圖特征描述，構建反映點云局部結構特性的幾何拓撲模型，包括：
6.根據權利要求1所述的基于電網輸電線路...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡瑞通，密興峰，錢蔚，時旭，劉洋，曹一鳴，彭森，徐振宇，朱靖愷，
申請(專利權)人：南京南瑞信息通信科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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