CN102324096B

CN102324096B - 特征点校正分区拼接方法及装置

Info

Publication number: CN102324096B
Application number: CN201110201465.XA
Authority: CN
Inventors: 舒彬; 王友军; 王勇
Original assignee: State Grid Economic and Technological Research Institute Co Ltd; Beijing Electric Power Corp; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: State Grid Economic and Technological Research Institute Co Ltd; Beijing Electric Power Corp; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: CN102324096A

Abstract

本发明提供了一种特征点校正分区拼接方法，用以解决现有技术中历史珍贵图纸的数字融合的问题。该方法包括：S2：采集第一图像数据，根据预设的坐标选择第一图像上的第一区域的特征点群；S4：对特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及S6：将第二区域拼接到第二图像上对应第一区域的位置上。采用本发明的技术方案，有助于有效的解决历年积累下来的各种纸质图纸的数字融合，包括不同时间、不同干湿度、不同比例尺的纸质地质图，使其能够精准的与地质、地理、电网矢量数据叠加、融合。满足规划、设计、施工、运行、维护等各阶段对地质信息的使用要求。

Description

特征点校正分区拼接方法及装置

技术领域

本发明涉及一种特征点校正分区拼接方法及装置。

背景技术

随着城市建设，地质条件越来越复杂，征地拆迁成本越来越高，电力工程选址压力巨大。而传统的图板式、分散式地质资料管理模式，工作效率低下，资料利用率低，越来越不适应信息化发展的需求。扫描矢量化就是将地质信息图纸经过扫描，并将图中线条及印刷体文字进行识别，并转化为矢量线条和矢量文字，以便随电子地图缩放。由于历史珍贵图纸在长时间的保存中，由于折叠、挤压，造成了图纸的形变，在进行图纸扫描之后，产生一定的误差。

在现有技术中存在对矢量扫描存在信息失真的风险的问题，而对于该问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种特征点校正分区拼接方法及装置，以解决现有技术中对正矢量扫描存在信息失真的风险的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种特征点校正分区拼接方法。

本发明的特征点校正分区拼接方法包括：S2：采集第一图像数据，根据已有的电力设施的坐标选择第一图像上的第一区域的特征点群；S4：对特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及S6：将第二区域拼接到第二图像上对应第一区域的位置上。

进一步地，步骤S4包括：S41：计算每一个特征点的最小均方差；以及S43：根据最小均方差对每一个特征点进行校正。

进一步地，步骤S41中最小均方差的计算方法为：对每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取每一特征点的最小均方差，最小均方差采用的公式为：

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

为最小均方误差；F(x_i)为刚性变换，即一幅图像中任意两点间的距离在变换前后保持不变。

进一步地，步骤S41中最小均方差的计算方法为：对每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取每一特征点的最小均方差，最小均方差采用的公式为

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

为最小均方误差；R(x_i)为旋转变换，即让每一点P绕一固定点旋转一个定角，变成另一点P′，如此产生的变换称为平面上的旋转变换；T为平移变换，即图像之间沿x，y方向上的平移量。

进一步地，步骤S6中将第二区域拼接到第二图像上的方法为：将第二区域投影到第二图像上对应第一区域的位置上；或将第二区域叠加到第二图像上对应第一区域的位置上。

根据本发明的另一方面，提供了一种特征点校正分区拼接装置。

本发明的特征点校正分区拼接装置包括：采集模块，用于采集第一图像数据，根据已有的电力设施的坐标选择第一图像上的第一区域的特征点群；校正模块，用于对特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及拼接模块，用于将第二区域拼接到第二图像上对应第一区域的位置上。

进一步地，校正模块包括：计算模块，用于计算每一个特征点的最小均方差；以及校正子模块，用于根据最小均方差对每一个特征点进行校正。

进一步地，计算模块包括：刚性变换模块，用于对每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取每一特征点的最小均方差。

进一步地，计算模块包括：旋转变换模块，用于对每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取每一特征点的最小均方差。

进一步地，拼接模块包括：投影模块，用于将第二区域投影到第二图像上对应第一区域的位置上；或叠加模块，用于将第二区域叠加到第二图像上对应第一区域的位置上。

根据本发明的技术方案，有效的解决了历年积累下来的各种纸质图纸的数字融合，包括不同时间、不同干湿度、不同比例尺的纸质地质图合，使其能够精准的与地质、地理、电网矢量数据叠加、融合。满足规划、设计、施工、运行、维护等各阶段对地质信息的使用要求。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的特征点校正分区拼接方法的主要步骤的流程图；

图2是根据本发明实施例的特征点校正分区拼接方法的具体拼接示意图；以及

图3是根据本发明实施例的特征点校正分区拼接装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的特征点校正分区拼接方法的主要步骤的流程图。

参见图1所示，本发明的特征点校正分区拼接方法包括：S2：采集第一图像数据，并根据已有的电力设施的坐标选择第一图像上的第一区域的特征点群；S4：对特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及S6：将第二区域拼接到第二图像上对应第一区域的位置上。

通过本实施例的技术方案，特征点校正分区拼接可以实现图纸误差由百米级降到米级。

具体地，采特征点校正分区拼接方法将大幅面的“北京地质图”等图系分区扫描，通过选择相关多个电力工程已有坐标为特征点群，将对应的扫描图分区分层投影到北京电力地理信息空间中，提高光栅图形与地理空间的叠加精度，将电网分布与相应的地貌、地质空间资料相关联，以电力工程设计为对象，按规划、初设、施设、运行、改造为时间节点，动态管理地质与电力工程信息。

优选地，步骤S4包括：S41：计算每一个特征点的最小均方差；以及S43：根据最小均方差对每一个特征点进行校正。

可选地，步骤S41中最小均方差的计算方法为：对每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取每一特征点的最小均方差，最小均方差采用的公式为：

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

上述算法为代价函数，采用传统的方法应用迭代法，这种方法的时间开销比较大，并且需要较多的配准点。

优选地，步骤S41中最小均方差的计算方法为：对每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取每一特征点的最小均方差，最小均方差采用的公式为

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

上述算法为基于奇异值分解(SVD)的最小二乘算法。此算法只需较少的配准点就能快速计算出旋转变换矩阵并同时算出平移矢量，然后对此式进行最小化，得到最小均方误差。

图2是根据本发明实施例的特征点校正分区拼接方法的具体拼接示意图。

参见图2所示，通过上述两种算法对图2的区域进行最小均方差计算，并根据计算出的最小均方差对图2的区域进行调整。例如图上当地或全球的图层，对于弯曲的，破碎的等图层，通过影射或投影，最后经过本发明的特征点校正分区拼接方法调整，得到符合预期设想的图像。

优选地，步骤S6中将第二区域拼接到第二图像上的方法为：将第二区域投影到第二图像上对应第一区域的位置上；或将第二区域叠加到第二图像上对应第一区域的位置上。

通过本实施例的技术方案，使大型图纸扫描，能够满足工程前期要求的精度要求，由于纸图的精度受到印刷设备的精度影响，受到档案存放方式的影响，受到扫描现场的湿度、温度、扫描设备精度的影响，尺寸越大的图形，精度偏差越大，为了提高精度，满足前期工作的基本要求，通过对预定区域的特征点群进行校正后叠加到相应的位置上。

参见图3所示，本发明的特征点校正分区拼接装置包括：采集模块20，用于采集第一图像数据，并根据已有的电力设施的坐标选择第一图像上的第一区域的特征点群；校正模块40，用于对特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及拼接模块60，用于将第二区域拼接到第二图像上对应第一区域的位置上。

优选地，校正模块40包括：计算模块，用于计算每一个特征点的最小均方差；以及校正子模块，用于根据最小均方差对每一个特征点进行校正。

优选地，计算模块包括：刚性变换模块，用于对每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取每一特征点的最小均方差。

优选地，计算模块包括：旋转变换模块，用于对每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取每一特征点的最小均方差。

优选地，拼接模块60包括：投影模块，用于将第二区域投影到第二图像上对应第一区域的位置上；或叠加模块，用于将第二区域叠加到第二图像上对应第一区域的位置上。

显然，本领域的技术人员应该明白，根据本发明的技术方案，有效的解决了历年积累下来的各种纸质图纸的数字融合，包括不同时间、不同干湿度、不同比例尺的纸质地质图合，使其能够精准的与地质、地理、电网矢量数据叠加、融合。满足规划、设计、施工、运行、维护等各阶段对地质信息的使用要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种特征点校正分区拼接方法，其特征在于，包括：

S2：采集第一图像数据，根据已有的电力设施的坐标选择所述第一图像上的第一区域的特征点群；

S4：对所述特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及

S6：将所述第二区域拼接到第二图像上对应所述第一区域的位置上，

所述步骤S4包括：

S41：计算所述每一个特征点的最小均方差；以及

S43：根据所述最小均方差对所述每一个特征点进行校正，

所述步骤S41中最小均方差的计算方法为：

对所述每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取所述每一特征点的最小均方差，计算所述最小均方差采用的公式为：

\min_{F} E = \min_{F} \frac{1}{N} \sqrt{Σ_{i = 0}^{N} {| | y_{i} - F (x_{i}) | |}^{2}};

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

E为最小均方误差；F(x_i)为刚性变换，即一幅图像中任意两点间的距离在变换前后保持不变，

或所述步骤S41中最小均方差的计算方法为：

对所述每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取所述每一特征点的最小均方差，计算所述最小均方差采用的公式为

\min_{F} E = \frac{1}{N} Σ_{i = 0}^{N} {| | y_{i} - R (x_{i}) - T | |}^{2};

其中，x_i，y_i为特征点的基点坐标；

E为最小均方误差；R(x_i)为旋转变换，即让每一点P绕一固定点旋转一个定角,变成另一点P′,如此产生的变换称为平面上的旋转变换；T为平移变换，即图像之间沿x，y方向上的平移量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中将所述第二区域拼接到第二图像上的方法为：

将所述第二区域投影到所述第二图像上对应所述第一区域的位置上；或

将所述第二区域叠加到所述第二图像上对应所述第一区域的位置上。

3.一种特征点校正分区拼接装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集第一图像数据，根据已有的电力设施的坐标选择所述第一图像上的第一区域的特征点群；

校正模块，用于对所述特征点群中的每一个特征点进行校正，形成第二区域；以及

拼接模块，用于将所述第二区域拼接到第二图像上对应所述第一区域的位置上，

所述校正模块包括：

计算模块，用于计算所述每一个特征点的最小均方差；以及

校正子模块，用于根据所述最小均方差对所述每一个特征点进行校正，

所述计算模块包括：刚性变换模块，用于对所述每一个特征点的基点坐标通过刚性变换获取所述每一特征点的最小均方差。

或所述计算模块包括：旋转变换模块，用于对所述每一个特征点的基点坐标通过旋转变换获取所述每一特征点的最小均方差。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述拼接模块包括：

投影模块，用于将所述第二区域投影到所述第二图像上对应所述第一区域的位置上；或

叠加模块，用于将所述第二区域叠加到所述第二图像上对应所述第一区域的位置上。