一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法，包括以下步骤：固态雷达点云预处理；点云聚类；对点云簇Q1中每一簇点云q

【技术实现步骤摘要】
一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法


[0001]本专利技术属于计算机视觉
，具体涉及一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法。

技术介绍

[0002]随着激光雷达技术的不断发展，从激光雷达采集的三维点云数据中识别定位特定目标物体技术在机器人感知、自动驾驶等领域有着广泛的应用。常见的从三维点云中识别物体的方法有基于特征描述的模板匹配，以及迭代最近点算法，两种方法均较为依赖模板与实际待侦测点云中目标物体的相似程度。然而由于外界环境、扫描位置角度、扫描设备自身限制等因素的影响，待侦测2.5D点云中无法得到圆形绝缘子片的完整表面点云，且缺失部分形态各异，无法使用统一的模板进行匹配。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为解决
技术介绍
中提出的技术问题，本专利技术公开了一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法。
[0004]技术方案：本专利技术公开的基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法，包括以下步骤：
[0005]S1、固态雷达点云预处理；
[0006]S2、点云聚类
[0007]S2
‑
1、通过欧式聚类保留密集实体点云，去除非实体无效噪点，得到点云P1；
[0008]S2
‑
2、计算点云P1中所有点的法线，N1＝{n
i
|i＝1,2
…
s1}，其中s1为点云P1的大小；
[0009]S2
‑
3、通过法线过滤，保留面向雷达的实体表面点云，即法线向量n
i
(n
ix
，n
iy
，n
iz
)中的X向分量n
ix
＜0；
[0010]S2
‑
4、再次通过欧式聚类得到点云集合；
[0011]S2
‑
5、通过计算集合内点云簇的质心，按距离雷达由近及远的顺序进行排序，其中将雷达扫描方向上距离小于阈值且质心距离小于绝缘子片直径的点云簇合并为同一点云簇，最终得到待筛点云簇集合Q1＝{q
i
|i＝1,2
…
s
q1
}，其中s
q1
为点云簇集合的大小；
[0012]S3、对点云簇Q1中每一簇点云q
i
进行特征计算，包括拟合圆圆心坐标qc
i
，拟合圆半径qr
i
，所在平面法向量qn
i
；
[0013]S4、绝缘子片点云筛选
[0014]S4
‑
1、遍历所有点云簇q
i
，筛选出符合待识别绝缘子片特征的点云簇集合，并按距离雷达由近及远的顺序进行排序，得到绝缘子片点云簇集合Q
v
；
[0015]S4
‑
2、计算绝缘子片点云簇集合Q
v
中相邻绝缘子片(q
i
,q
i+1
)的中心(qc
i
,qc
i+1
)之间的欧式距离，按阈值d
p
合并属于同一绝缘子片组的点云簇并记首片绝缘子的位姿(qc
i
,qn
i
)为该组绝缘子的位姿，其中d
p
参考目标绝缘子两片之间的距离设定，最终得到所有符合
条件的绝缘子片组。
[0016]其中，S1中具体通过点云裁剪去除识别目标范围外的点云；体素过滤降采样，去除体素内重复点。
[0017]进一步的，S3包括以下步骤：
[0018]S3
‑
1、计算点云法线N
q
＝{n
m
|m＝1,2
…
s
qi
}，其中s
qi
为点云簇q
i
的大小；
[0019]S3
‑
2、通过法线夹角阈值提取出实体表面边界点云P
b
，当点法线向量n
m
与k
b
个临近点的法线向量{n1…
n
k
}的夹角均大于阈值150
°
时则认为该点为边界点，其中k
b
为边界提取算法可调参数；
[0020]S3
‑
3、将边界点云P
b
投影至YZ平面，得到YZ平面上的二维边界点云P
b
’
；
[0021]S3
‑
4、以二维边界点云P
b
’
的Z向最高点P
zmax
为起点，通过KD
‑
Tree寻找相邻点，分别生长Y+方向与Y
‑
方向的上边界点云，提取原点云P
b
上的对应点得到实体表面上边界点云P
bu
；
[0022]S3
‑
5、通过随机采样法拟合上边界点云P
bu
所处平面，得到法向量qn
i
，并将上边界点云投影至该平面，再旋转至XY平面，得到2D点云P
bupr
；
[0023]S3
‑
6、对点云P
bupr
通过最小二乘拟合圆，得到圆心qc
pr
以及绝缘子片半径qr
i
；
[0024]S3
‑
7、将投影平面圆心qc
pr
转换回上边界点云所在平面后得到绝缘子片圆心位置qc
i
。
[0025]进一步的，S3
‑
7中qc
i
＝T
i
*qc
pr
，其中T
i
为单位向量(0,0,1)到法向量qn
i
的转换矩阵。
[0026]进一步的，S4
‑
1中，拟合圆半径接近目标绝缘子片半径，即qr
i
∈[0.8R,R]，R为目标测绝缘子片实际半径，同时点云拟合系数n
f
/n
q
＞0.9，其中n
q
为点云簇q
i
中的点数，n
f
为符合目标测绝缘子片尺寸的点云数，计算方法为使用以绝缘子片直径2R为长和宽，绝缘子片厚度D为厚度的包围框裁切点云簇q
i
得到点云簇q
if
＝{p
m
|m＝1,2
…
n
f
}；
[0027]绝缘子片点云簇集合Q
v
＝{q
i
|i＝1,2
…
s
v
}，其中s
v
为符合筛选条件的点云簇个数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、固态雷达点云预处理；S2、点云聚类S2
‑
1、通过欧式聚类保留密集实体点云，去除非实体无效噪点，得到点云P1；S2
‑
2、计算点云P1中所有点的法线，N1＝{n
i
|i＝1,2
…
s1}，其中s1为点云P1的大小；S2
‑
3、通过法线过滤，保留面向雷达的实体表面点云，即法线向量n
i
(n
ix
，n
iy
，n
iz
)中的X向分量n
ix
＜0；S2
‑
4、再次通过欧式聚类得到点云集合；S2
‑
5、通过计算集合内点云簇的质心，按距离雷达由近及远的顺序进行排序，其中将雷达扫描方向上距离小于阈值且质心距离小于绝缘子片直径的点云簇合并为同一点云簇，最终得到待筛点云簇集合Q1＝{q
i
|i＝1,2
·
s
q1
}，其中s
q1
为点云簇集合的大小；S3、对点云簇Q1中每一簇点云q
i
进行特征计算，包括拟合圆圆心坐标qc
i
，拟合圆半径qr
i
，所在平面法向量qn
i
；S4、绝缘子片点云筛选S4
‑
1、遍历所有点云簇q
i
，筛选出符合待识别绝缘子片特征的点云簇集合，并按距离雷达由近及远的顺序进行排序，得到绝缘子片点云簇集合Q
v
；S4
‑
2、计算绝缘子片点云簇集合Q
v
中相邻绝缘子片(q
i
,q
i+1
)的中心(qc
i
,qc
i+1
)之间的欧式距离，按阈值d
p
合并属于同一绝缘子片组的点云簇并记首片绝缘子的位姿(qc
i
,qn
i
)为该组绝缘子的位姿，其中d
p
参考目标绝缘子两片之间的距离设定，最终得到所有符合条件的绝缘子片组。2.根据权利要求1所述的基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法，其特征在于：S1中具体通过点云裁剪去除识别目标范围外的点云；体素过滤降采样，去除体素内重复点。3.根据权利要求1所述的基于固态激光雷达点云对悬式绝缘子串上绝缘子片组的识别定位方法，其特征在于，S3包括以下步骤：S3
‑
1、计算点云法线N
q
＝{n
m
|m＝1,2
·
s
qi
}，其中s
qi
为点云簇q
i
的大小；S3
‑
2、通过法线夹角阈值提取出实体表面边界点云P
b

【专利技术属性】
技术研发人员：赵科毅，徐善军，任书楠，郭俊龙，张铜，张杨，孙霄伟，杜婧，
申请(专利权)人：北京国电富通科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：