[发明专利]一种基于三维重建的绝缘子爬电距离测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于三维重建的绝缘子爬电距离测量系统，包括水平电动转台(1)、深度传感器Kinect v2(2)、笔记本电脑(3)，其特征在于：待测绝缘子按照伞柄朝下伞裙朝上的方式摆放在匀速转动的水平电动转台(1)上，距水平电动转台0.4-4m处的支撑物上放置深度传感器Kinect v2(2)对绝缘子(4)进行360°扫描,获取绝缘子的深度图像及彩色图像，Kinectv2(2)的输出连接到笔记本电脑(3)，在笔记本电脑(3)中采用KinectFusion算法进行基于体素数据的三维重建，然后依赖体素网格的数据类型，选择合适的切割面进行切割，截取正确的二维截面，具体为：

在重建的三维模型中沿着经过绝缘子伞裙裙面直径的切割平面进行切割，将绝缘子分成互相对称的两部分，得到包含爬电距离的二维截面；

并在二维图像上根据有效轮廓点进行遍历，在遍历过程中累加相邻体素之间的欧式距离来计算爬电距离，将爬电距离的计算转化为两体素之间沿物体轮廓的距离的计算；所述计算爬电距离的方法：利用截断有向距离函数(TSDF)在截面中找出表示轮廓的点，并遍历轮廓点，将起点赋给当前像素点，在当前像素点的八邻域范围内寻找候选点，若找不到这样的候选点，则扩大邻域范围直至寻找到候选点；找到候选点之后计算当前点与候选点之间的欧式距离，然后将候选点赋给当前点；重复上述过程，将当前点与候选点之间的距离累加起来，循环到遍历的最后点时结束，累加的距离之和即为爬电距离。

2.一种基于三维重建的绝缘子爬电距离测量方法，采用根据权利要求1所述的对绝缘子的测量系统进行操作，其特征在于具体操作步骤如下：

①深度图像采集：用Kinect v2(2)对绝缘子(4)进行360°扫描，采集其深度图像；

②重建三维模型：通过KinectFusion算法将采集到的图像融合成一个完整的具有体素网格形式三维模型；

③寻找切割面：对体素网格做切割处理的关键是找到正确的切割面，将其切割成包含了爬电距离的二维截面，即将三维模型中沿着经过绝缘子伞裙裙面直径的平面作为切割面；

④网格体素切割：针对绝缘子自身结构，在得到的三维模型中沿着经过绝缘子伞裙裙面直径的平面进行切割，将绝缘子分成互相对称的两部分，并得到包含爬电距离的二维截面；

⑤爬电距离计算：在得到的二维截面上提取表示爬距的有效轮廓点，遍历这些有效点，根据有效轮廓点，将爬电距离的计算转化为两体素之间沿物体轮廓的距离的计算。

3.根据权利要求2所述的基于三维重建的绝缘子爬电距离测量方法，其特征在于：所述步骤②中使用KinectFusion算法框架进行三维重建得到带有有向距离函数的体素网格。

4.根据权利要求2所述的基于三维重建的绝缘子爬电距离测量方法，其特征在于：所述步骤②中使用KinectFusion算法前，先使用OPENNI SDK2自动对齐深度相机与彩色相机的坐标系，并以深度摄像机的坐标系为全局坐标系来建立体素网格。

5.根据权利要求2所述的基于三维重建的绝缘子爬电距离测量方法，其特征在于：所述步骤②，选取绝缘子(4)正对深度摄像机坐标系的图像为第一帧图像，并在第一帧的场景下建立体素网格。

6.根据权利要求5所述的基于三维重建的绝缘子爬电距离测量方法，其特征在于：选定绝缘子(4)正对深度摄像机坐标系的图像为第一帧图像的方法是根据该帧图像具有的特点即伞裙关于中轴左右对称以及伞裙面最大来选定的；在获取的600幅彩色图像上进行人机交互操作，根据伞裙对称性可找到候选的10张彩色图像，在彩色图像上手动确定中心点，再在深度图像上利用深度不连续性获取经过中心点的左右两侧轮廓边缘点分别记为P，Q，最后在平面上计算的PQ间相差的像素点个数记为S，S值代表伞裙面大小；所有的候选彩色图像中选定S值最大的图像为第一帧图像，即是我们所需的绝缘子正对坐标系的图像。