(12)發(fā)明專利國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司陳文豪(74)專利代理機(jī)構(gòu)武漢楚天專利事務(wù)所42113GO6V20/10(2022.01)(72)發(fā)明人簡旭李勁彬汪濤陳雋陳鑫一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)本申請涉及一種基于激光雷達(dá)和云臺的點角度的勻速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對于整個場景的掃過以太網(wǎng)協(xié)議傳送給計算機(jī)，以供后續(xù)的處理。帶帶動激光雷達(dá)21.一種基于激光雷達(dá)和云臺的絕緣子識別定位方法，其特征在于，包括以下具體步驟：啟動激光雷達(dá)和云臺，對大范圍場景進(jìn)行掃描；基于先驗知識對掃描得到的點云進(jìn)行濾波，得到感興趣區(qū)域；利用區(qū)域生長法對感興趣區(qū)域點云進(jìn)行聚類分析，得到不同的聚類簇；計算不同聚類簇的視點直方圖特征；計算不同聚類簇視點直方圖特征與絕緣子模板的歐式距離；通過給定閾值完成絕緣子的識別與定位，并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示；所述對掃描得到的點云進(jìn)行濾波，得到感興趣區(qū)域的具體方法為，通過直通濾波的方法先對原始點云進(jìn)行處理，直通濾波的方法基于點云坐標(biāo)系建立一個通道，將通道外的點云進(jìn)行濾除而僅保留通道內(nèi)的點云，通道內(nèi)的點云所表示的就是感興趣區(qū)域；所述利用區(qū)域生長法對感興趣區(qū)域點云進(jìn)行聚類分析，得到不同的聚類簇具體為，采用基于區(qū)域生長的分割算法，通過對點云中所有點計算曲率并進(jìn)行排序，選取曲率最小的點作為初始種子點，然后設(shè)計一個空的種子點序列和空的聚類數(shù)組，并設(shè)置種子點搜索的領(lǐng)域點數(shù)目大小，以初始種子點開始搜索，如果領(lǐng)域點法線與當(dāng)前種子點法線夾角閾值小于給定的閾值則將領(lǐng)域點加入當(dāng)前聚類數(shù)組中，然后檢查當(dāng)前領(lǐng)域點的曲率，如果曲率小于給定閾值則將領(lǐng)域點加入種子點序列并刪除當(dāng)前種子點，以新的種子點繼續(xù)生長，直至種子點序列為空，一個區(qū)域生長完成，最后對剩余點重復(fù)上述操作，直到所有點遍歷完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光雷達(dá)和云臺的絕緣子識別定位方法，其特征在于，所述通過給定閾值完成絕緣子的識別與定位，并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示，其中絕緣子的識別具體為，通過對聚類簇進(jìn)行遍歷，計算每一個聚類點云的視點直方圖特征，并將其與絕緣子模板的視點直方圖特征進(jìn)行歐氏距離計算，如果歐式距離小于給定閾值，則認(rèn)為該聚類點云為絕緣子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)和云臺的絕緣子識別定位方法，其特征在于，所述絕緣子的定位并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示具體為，對識別為絕緣子的聚類點云利用包圍盒進(jìn)行包絡(luò)，計算其在點云坐標(biāo)系下中心點的坐標(biāo)，并在原始點云中進(jìn)行顯示，從而實現(xiàn)絕緣子的定位與顯示。4.一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)，用以實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括激光雷達(dá)(1)、計算機(jī)(2)以及云臺(3),所述激光雷達(dá)(1)垂直安放在云臺(3)的正中心；所述計算機(jī)(2)分別連接激光雷達(dá)(1)和云臺(3);所述計算機(jī)(2)通過ROS驅(qū)動激光雷達(dá)(1)進(jìn)行掃描，計算機(jī)(2)同時驅(qū)動云臺(3)進(jìn)行固定角度的勻速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對于整個場景的掃描；掃描之后激光雷達(dá)(1)將掃描得到的點云數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)協(xié)議傳送給計算機(jī)(2),以供后續(xù)的處理。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)，其特征在于，所述激光雷達(dá)(1)為360度激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)(1)和云臺(3)均為圓盤型結(jié)構(gòu)。3一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)及絕緣子識別定位方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本申請涉及絕緣子識別定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)及絕緣子識別定位方法。背景技術(shù)[0002]絕緣子在變電站、輸電線等領(lǐng)域中起著支撐導(dǎo)線和絕緣的作用，因此要求它具有良好的機(jī)械性能與電氣性能。由于絕緣子在運行過程中長期承受冷熱變化，機(jī)械應(yīng)力、大氣污染等作用，因此需要定期對絕緣子進(jìn)行檢修與清洗以保證其運行的可靠性。但是人工帶電作業(yè)的方式對于操作人員的技術(shù)水平和熟練程度、氣候條件及安全防護(hù)用具等要求高，機(jī)器人帶電檢修與清洗成為了電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的趨勢，其首先要解決的問題就是在絕緣子在作業(yè)空間里的識別與定位問題。[0003]現(xiàn)有的絕緣子識別方法以圖像為媒介，通過圖像處理算法來識別圖像中的絕緣子信息，但是很難直接給出絕緣子的空間位置信息，需要利用其它方法來求解絕緣子的空間位置信息從而引導(dǎo)機(jī)器人的運動，計算復(fù)雜度大。而在其他領(lǐng)域的絕緣子識別與定位中則有采用深度學(xué)習(xí)方法，但是深度學(xué)習(xí)方法需要大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，耗費成本大，并且也難以直接輸出絕緣子的空間位置信息。發(fā)明內(nèi)容[0004]本申請實施例的目的在于提供一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)及絕緣子識別定位方法，直接采用三維點云進(jìn)行絕緣子的識別，在完成識別任務(wù)的同時還能直接輸出絕緣子的空間坐標(biāo)信息，處理速度更快，[0006]第一方面，本申請實施例提供一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)，包括激[0007]所述激光雷達(dá)垂直安放在云臺的正中心；[0008]所述計算機(jī)分別連接激光雷達(dá)和云臺；[0009]所述計算機(jī)通過ROS驅(qū)動激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，計算機(jī)同時驅(qū)動云臺進(jìn)行固定角度的勻速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對于整個場景的掃描；掃描之后激光雷達(dá)將掃描得到的點云數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)協(xié)議傳送給計算機(jī)，以供后續(xù)的處理。[0010]所述激光雷達(dá)為360度激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)和云臺均為圓盤型結(jié)構(gòu)。[0011]第二方面，本申請實施例提供一種基于激光雷達(dá)和云臺的絕緣子識別定位方法，包括以下具體步驟：[0013]基于先驗知識對掃描得到的點云進(jìn)行濾波，得到感興趣區(qū)域；[0014]利用區(qū)域生長法對感興趣區(qū)域點云進(jìn)行聚類分析，得到不同的聚類簇；4[0015]計算不同聚類簇的視點直方圖特征；[0016]計算不同聚類簇視點直方圖特征與絕緣子模板的歐式距離；[0017]通過給定閾值完成絕緣子的識別與定位，并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示。[0018]所述對掃描得到的點云進(jìn)行濾波，得到感興趣區(qū)域的具體方法為，通過直通濾波的方法先對原始點云進(jìn)行處理，直通濾波的方法基于點云坐標(biāo)系建立一個通道，將通道外的點云進(jìn)行濾除而僅保留通道內(nèi)的點云，通道內(nèi)的點云所表示的就是感興趣區(qū)域。[0019]所述利用區(qū)域生長法對感興趣區(qū)域點云進(jìn)行聚類分析，得到不同的聚類簇具體為，采用基于區(qū)域生長的分割算法，通過對點云中所有點計算曲率并進(jìn)行排序，選取曲率最小的點作為初始種子點，然后設(shè)計一個空的種子點序列和空的聚類數(shù)組，并設(shè)置種子點搜索的領(lǐng)域點數(shù)目大小，以初始種子點開始搜索，如果領(lǐng)域點法線與當(dāng)前種子點法線夾角閾值小于給定的閾值則將領(lǐng)域點加入當(dāng)前聚類數(shù)組中，然后檢查當(dāng)前領(lǐng)域點的曲率，如果曲率小于給定閾值則將領(lǐng)域點加入種子點序列并刪除當(dāng)前種子點，以新的種子點繼續(xù)生長，直至種子點序列為空，一個區(qū)域生長完成，最后對剩余點重復(fù)上述操作，直到所有點遍歷完[0020]所述通過給定閾值完成絕緣子的識別與定位，并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示，其中絕緣子的識別具體為，通過對聚類簇進(jìn)行遍歷，計算每一個聚類點云的視點直方圖特征，并將其與絕緣子模板的視點直方圖特征進(jìn)行歐氏距離計算，如果歐式距離小于給定閾[0021]所述絕緣子的定位并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示具體為，對識別為絕緣子的聚類點云利用包圍盒進(jìn)行包絡(luò)，計算其在點云坐標(biāo)系下中心點的坐標(biāo)，并在原始點云中進(jìn)行[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：與傳統(tǒng)的基于圖像處理的絕緣子識別方法相比，本方法識別與定位所采用的媒介不一樣，通過采用激光雷達(dá)和云臺進(jìn)行大場景的三維掃描，利用掃描得到的三維激光點云直接進(jìn)行絕緣子的識別，并且可以直接輸出絕緣子的空間位置信息；與基于深度學(xué)習(xí)的識別方法相比，本方法不需要花費大量人力物力去進(jìn)行數(shù)據(jù)集的獲取和分類，且能在較遠(yuǎn)的距離下實現(xiàn)絕緣子的識別與定位，并有較高的識別精度。附圖說明[0023]為了更清楚地說明本申請實施例的技術(shù)方案，下面將對本申請實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本申請的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。[0024]圖1是本申請實施例點云采集系統(tǒng)圖；[0025]圖2是本申請絕緣子識別定位方法流程圖；[0026]圖3是本申請實施例大范圍場景重建原始點云圖；[0027]圖4是本申請原始點云x軸直通濾波后點云圖；[0028]圖5是本申請原始點云y軸直通濾波后點云圖；[0029]圖6是本申請基于區(qū)域生長的分割算法流程圖；5[0030]圖7是本申請絕緣子識別算法流程圖；[0031]圖8是本申請大范圍場景下絕緣子定位效果正視圖；[0032]圖9是本申請大范圍場景下絕緣子定位效果斜視圖；[0033]圖10是本申請包絡(luò)盒中心點坐標(biāo)。具體實施方式[0034]下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行描述。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。[0036]第一方面，如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)，包括激光雷達(dá)1、計算機(jī)2以及云臺3,[0037]所述激光雷達(dá)1垂直安放在云臺3的正中心；[0038]所述計算機(jī)2分別連接激光雷達(dá)1和云臺3;[0039]所述計算機(jī)2通過ROS驅(qū)動激光雷達(dá)1進(jìn)行掃描，計算機(jī)2同時驅(qū)動云臺3進(jìn)行固定角度的勻速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對于整個場景的掃描；掃描之后激光雷達(dá)1將掃描得到的點云數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)協(xié)議傳送給計算機(jī)2,以供后續(xù)的處理。[0040]所述激光雷達(dá)1為360度激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)1和云臺3均為圓盤型結(jié)構(gòu)。[0041]如圖2所示，第二方面，本申請實施例提供一種基于激光雷達(dá)和云臺的絕緣子識別[0042]啟動激光雷達(dá)和云臺，對大范圍場景進(jìn)行掃描；[0043]基于先驗知識對掃描得到的點云進(jìn)行濾波，得到感興趣區(qū)域；[0044]利用區(qū)域生長法對感興趣區(qū)域點云進(jìn)行聚類分析，得到不同的聚類簇；[0045]計算不同聚類簇的視點直方圖特征；[0046]計算不同聚類簇視點直方圖特征與絕緣子模板的歐式距離；[0047]通過給定閾值完成絕緣子的識別與定位，并在掃描得到的場景中進(jìn)行顯示。[0048]如圖3、圖4和圖5所示，圖3為大范圍場景重建原始點云，由于激光雷達(dá)是對于整個三維場景進(jìn)行掃描，原始點云數(shù)為962639,點云信息很冗雜，并且包含了大量不感興趣的區(qū)域。由于激光雷達(dá)和絕緣子的位置距離是相對固定的，因此通過一種直通濾波的方法先對原始點云進(jìn)行處理。直通濾波的方法基于點云坐標(biāo)系建立一個通道，將通道外的點云進(jìn)行濾除而僅保留通道內(nèi)的點云，通道內(nèi)的點云所表示的就是感興趣區(qū)域，其點云數(shù)目相較于原始點云數(shù)目大大減小。本發(fā)明在x軸和y軸上對原始點云進(jìn)行濾波，x軸的通道范圍為(3m,7m),經(jīng)過x軸直通濾波后的點云圖如圖4所示，點云數(shù)為54766,絕緣子已經(jīng)人工手動標(biāo)出，y軸范圍為(-2m,2m),經(jīng)過y軸直通濾波后的點云圖如圖5所示，點云數(shù)為15390,絕緣子已經(jīng)人工手動標(biāo)出。6的點作為初始種子點，然后設(shè)計一個空的種子點序列和空的聚類至種子點序列為空，一個區(qū)域生長完成。最后對剩余點重復(fù)上述操作，直到所有點s個點為p,點p的法向量為n,點p的第t個臨近點為p,點p的法向量為n,在點p上定義坐W=u×V量在對應(yīng)的45個區(qū)間中出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)而繪制其直方圖，可得到180維的快速點特征直方圖向量。[0064]將180維的快速點直方圖和128維的視點分量直方圖進(jìn)行合并可得到308維的視點7[0065]得到聚類點云的視點直方圖特征VFH?和模板點云的視點直方圖特征VFHtemplate,計算兩個特征向量之間的歐氏距離d:[0067]如果歐式距離小于給定閾值，則認(rèn)為該聚類點云為絕緣子，絕緣子識別的算法流程圖如圖7所示，其中歐式距離閾值為100。[0068]對上述識別為絕緣子的聚類點云利用包圍盒進(jìn)行包絡(luò)，計算其在點云坐標(biāo)系下中心點的坐標(biāo)，并在原始點云中進(jìn)行顯示，從而實現(xiàn)絕緣子的定位與顯示，其結(jié)果如圖8和圖9所示，其中包絡(luò)盒代表定位的絕緣子位置，三條兩兩垂直的直線代表當(dāng)前點云坐標(biāo)系的原點和構(gòu)建方式。包絡(luò)盒中心點坐標(biāo)如圖10所示。[0069]本申請的實施例，設(shè)計了一種基于激光雷達(dá)和云臺的點云采集系統(tǒng)，可有效覆蓋半球形的環(huán)境空間，可以實現(xiàn)變電站、配網(wǎng)環(huán)境的大范圍三維掃描，最終實現(xiàn)多個絕緣子的點云采集，有效解決傳統(tǒng)激光雷達(dá)重建范圍小的問題；[0070]本申請的實施例，提出了一種利用三維點云直接識別與定位絕緣子的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣子的準(zhǔn)確識別并輸出其空間位置信息；[0071]本申請的實施例，提出使用距離的先驗信息完成絕緣子的粗定位，相比其他方法[0072]本申請的實施例，提出使用絕緣子的三維點云模板完成點云中絕緣子的快速匹配和定位，相比使用數(shù)據(jù)集訓(xùn)練模型的方法，本方法[0073]本申請的實施例，提出使用包絡(luò)盒完成絕緣子的空間定位，相比其他方法通過檢測絕緣子邊緣容易受點云數(shù)據(jù)稀疏影響，本方法可完整提取絕緣子的空間位置和姿態(tài)，成功率更高。[0074]本發(fā)