基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法技术

本发明专利技术涉及一种绝缘子串中轴线提取方法，具体涉及一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法。该方法的操作步骤为：（1）数据采集及建模；（2）马氏距离判别；（3）中轴线向量估计；（4）中轴线圆心拟合。本发明专利技术通过使用Kinect v2获取绝缘子串点云数据并重建其三维模型，再根据马氏距离判别方法剔除掉中心数据并保留其伞裙数据，然后依据绝缘子串各伞裙间的交比不变性，对绝缘子串中轴线进行方向向量估计，最后再次利用交比不变性质来拟合各伞裙的圆心，获取具有全局最优的绝缘子串中轴线方程。本方法所估计的中轴线方程具有全局最优且准确高效，为后续爬电距离计算提供了有效支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法
本专利技术涉及一种绝缘子串中轴线提取方法，具体涉及一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法。
技术介绍
绝缘子爬电距离，简称“爬距”，是指正常承受运行电压的两电极沿绝缘件外表面轮廓的最短距离。爬距是绝缘子的重要的尺寸参数，在一定程度上表征了绝缘子的电气特征、经济性能和安全指数。由于绝缘子伞裙几何形状复杂，难以直接对其进行爬电距离的数值计算，如何获取高精度的绝缘子爬距是目前尚未解决的难题。目前已有研究人员提出计算爬电距离的方法，结合线结构光和视觉摄影测量的方法得到绝缘子爬电距离，但需通过多俯仰角度获取完整的激光条影像，较为繁琐；利用绝缘子伞裙曲线方程和几何关系推导出爬电距离的计算公式，但此方法增加了人为影响因素且计算复杂。提取到具有全局最优的绝缘子串中轴线可为后续爬电距离计算提供了有效支撑。如图1所示，沿绝缘子表面的最短距离即为其爬电距离，中间的虚线即为绝缘子中轴线。
技术实现思路
本专利技术鉴于绝缘子串沿其中轴线剖面计算其爬电距离的需要，提出了一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，使后续绝缘子串爬电距离的测量更加精确和高效。为达到上述目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，其特征在于具体操作步骤如下：(1)数据采集及建模：用深度传感器Kinect v2对绝缘子串进行扫描，采集深度图像，采集完成之后输入到计算中通过KinectFusion算法将采集到的图像融合成一个完整的绝缘子串三维模型；(2)马氏距离判别：Kinect v2扫描获取了整个绝缘子串点云数据后，需要剔除绝缘子串的中心数据而保留伞裙数据；具体是依据获取的各点云数据距离均值中心的马氏距离来判别其是否为伞裙数据，若其马氏距离大于给定阈值，则认为其为伞裙数据，否则认为其为中心数据，从而获取剔除掉中心数据后保留下来的绝缘子串伞裙数据；(3)中轴线向量估计：依赖马氏距...

【技术特征摘要】
1.一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，其特征在于具体操作步骤如下：(1)数据采集及建模：用深度传感器Kinectv2对绝缘子串进行扫描，采集深度图像，采集完成之后输入到计算中通过KinectFusion算法将采集到的图像融合成一个完整的绝缘子串三维模型；(2)马氏距离判别：Kinectv2扫描获取了整个绝缘子串点云数据后，需要剔除绝缘子串的中心数据而保留伞裙数据；具体是依据获取的各点云数据距离均值中心的马氏距离来判别其是否为伞裙数据，若其马氏距离大于给定阈值，则认为其为伞裙数据，否则认为其为中心数据，从而获取剔除掉中心数据后保留下来的绝缘子串伞裙数据；(3)中轴线向量估计：依赖马氏距离判别得到相互独立的各伞裙点云数据后，利用伞裙间具有交比不变性构造平行平面簇的目标方程并进行求解得到估计出的中轴线向量；(4)中轴线圆心拟合：绝缘子串中轴线方向向量估计完成后，仅需中轴线上的一点，获取其空间直线方程，再次利用交比不变性约束获取具有全局最优的轴线方程；由约束条件求解出各个伞裙的圆心坐标和半径，得到具有全局优化的绝缘子中轴线方程。2.根据权利要求1所述的一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，其特征在于所述步骤(1)中，使用深度传感器Kinectv2对绝缘子串进行数据采集；首先将待测绝缘串放置在转速为0.314rad/s的水平转台上，使用Kinectv2对绝缘子串进行360°扫描，转动一周的时间为20秒，每秒采集30帧，期间Kinectv2采集600幅图像分辨率为512×424的深度图像，通过KinectFusion算法将采集到的图像融合成一个完整的绝缘子串三维模型。3.根据权利要求1所述的一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，其特征在于所述步骤(2)中，利用Kinectv2扫描获取整个绝缘子串数据后，需要剔除绝缘子串的中心数据而保留伞裙数据，依据马氏距离判别方法获取绝缘子串的伞裙数据；设整个绝缘子串点云数据为(xi,yi)∈R3×R1，R3,R1分别表示三维和一维实数集，其中i＝1,2,…,N，xi表示三维点云坐标，yi是xi的标识，yi∈{-1,1}；令X表示N×3的输入矩阵，即每行为一个点云数据，则整个绝缘子串点云数据的均值μ和协方差矩阵∑描述为，其中，Xi为X的第i列数据，μ为1×3的行向量，∑为3×3的矩阵，则点云数据中任意点xi到均值中心的马氏距离表示为d(xi,μ)，其中当绝缘子串轴长大于伞裙半径时协方差矩阵不变，反之协方差矩阵取逆：此时依据各点云数据距离均值中心的马氏距离判别其是否为伞裙数据，d的单位为mm，若其马氏距离大于给定阈值，则认为其为伞裙数据，否则认为其为中心数据；其中，η为判别阈值，一般取值在0.8～1；yi的值用于标识该点是否为伞裙数据，当yi的值为1表示其是伞裙数据，反之为-1则表示其是中心数据。4.根据权利要求1所述的一种基于交比不变性的绝缘子串中轴线提取方法，其特征在于所述步骤(3)中轴线向量估计：依赖马氏距离判别方法获取了相互独立的m个伞裙点云，每个伞裙所包含的点云数据数目分别为ni个，i＝1,2,…,m，则m个伞裙间近似为m个相互平行的平面，即各个伞裙具有相同的法向量且为中轴线方向向量，同时各个相邻平面间的距离均相等记为Δd，即m个伞裙间具有交比不变性质，因而由该m个伞裙构成的平行平面簇表示为，nTx+di＝0(5)其中，nT是n的转置，n＝[nxnynz]表示中轴线的方向向量，||n||为方向向量的模，其值为1，x为伞裙数据的三维坐标x＝[xyz]，di＝d+i·Δd，i＝1,2,…,m，d为初始距离，di为第i个伞裙的距离；此时m个伞裙数据所构成的平行平面簇J的目标方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：马志学，李贤靓，沈新平，袁志强，史良，马杰聪，蔡建峰，李冲，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司惠州供电局，北京普锐电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44