[发明专利]一种基于CS-RBF的绝缘子激光点云三维重建方法

说明书

本发明公开了一种基于CS‑RBF的绝缘子激光点云三维重建方法，该方法包括S1、获取绝缘子点云数据；S2、构建八叉树与KD树的数据组织模型；S3、点云平面法向量的计算；S4、紧支撑径向基函数；S5、隐式曲面方程的确定；S6、隐式曲面方程的解算。本方法既保证了对均匀点云重建的高效性，又达到了对非均匀点云重建的良好效果。采用本方法对绝缘子点云进行重建，在点云密度达到50万点/平方米的情况下可以有效完成曲面建模，对绝缘子破损的建模和测量精度达到0.2mm。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于CS-RBF的绝缘子激光点云三维重建方法。

背景技术

多年来，检测劣化瓷绝缘子的努力一直没有停止过。但总的讲，无论检测方法有何不同，都需要登塔使用工具与绝缘子进行接触。复合绝缘子缺陷的现场带电检测，目前国内外的研究仍主要集中在试验室内。其研究方向：一是利用高灵敏度红外测温仪检测，但对该方法的可靠性和灵敏度人们还有不同意见。二是利用电场法检测。绝缘子检测采用地面巡线遥控检测法尚难实现。

随着三维激光扫描仪在逆向工程、工业制造等领域的应用，人们已经能够以较低的成本方便地获取各种各样的点云数据，作为进一步处理的基础数据。基于三维点云的曲面重建是当前的热门方向，通过曲面重建，实现对重建目标的分析与检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于CS-RBF(compactlysupported radial basis functions)的绝缘子激光点云三维重建方法，以提高绝缘子破损测量的精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于CS-RBF的绝缘子激光点云三维重建方法，所述方法包括

S1、获取绝缘子点云数据

利用无人机搭载的三维激光扫描仪对绝缘子破损进行检查，获取绝缘子三维点云数据；

S2、构建八叉树与KD树的数据组织模型

对绝缘子三维点云数据所组成的空间目标用比它大的立方体或空间包围，形成逻辑上的根结点；然后沿着X,Y,Z三个坐标方向将该立方体或空间包围盒进一步剖分为八个小的空间包围盒，形成八个叶子结点，对分割后的单个叶子结点数据集利用KD-Tree进行数据组织，以构建八叉树与KD树的数据组织模型；

S3、点云平面法向量的计算

对绝缘子三维点云数据中的每一个点p，利用步骤S2中的八叉树与KD树的数据组织模型进行检索，获取与其最相近的k个相邻点P_i，i∈[0，k]，计算紧邻点的质心得到该点p对应的计算协方差矩阵：

对特征矩阵M进行特征值分解,对应于M最小特征值的特征向量可被当作p的法向量；

S4、紧支撑径向基函数的确定

紧支撑径向基函数定义为：以某点p为中心，以某个数值为半径的圆堆成函数，定义如下：

并采用三维空间中保持连续的紧支撑函数：

S5、隐式曲面方程的确定

设P＝{P_i}为点云中的N个离散点，每个点p对应的单位法向量为n_i，构造一个三维函数f(x)，在它的零值面f(x)＝0处对点p进行插值，隐式曲面f(x)＝0处把空间分为两部分，即f(x)＞0和f(x)＜0，假设法向量的方向指向内部空间，即f(x)＞0的部分，在曲面外部f(x)的值为负，在曲面内部f(x)的值为正，函数f(x)为: