基于标准模型的受电弓点云拼接方法、系统、设备和介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法、系统、设备和介质，方法包括获取采集的受电弓左右两侧原始点云数据；分别在左右两侧原始点云数据中定位受电弓区域；分别在左右两侧受电弓区域点云数据中定位滑板区域；分别从左右两侧滑板区域点云数据中提取特征区域；根据提取的左右两侧特征区域点云数据和受电弓标准模型，进行受电弓点云拼接。本发明专利技术能够实现无公共区域点集的点云拼接。能够实现无公共区域点集的点云拼接。能够实现无公共区域点集的点云拼接。

【技术实现步骤摘要】
基于标准模型的受电弓点云拼接方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术涉及轨道交通车辆受电弓检测
，具体涉及一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]随着我国的城市轨道交通的快速发展，受电弓滑板在线检测装置现已广泛应用于接触网系统日常运维中，该设备主要用于受电弓滑板的磨耗检测，目前主流的检测方式有：1、基于相机的图像边缘检测方式，该方法磨耗检测精度较低，容易光线干扰。2、基于单个3D相机的点云处理技术，该方法仅适用于维修车库内等无刚性接触网遮挡的环境，无法实现运行时在线检测。3、基于两个3D相机的点云处理技术，分别采集到受电弓左右两侧的点云数据，计算受电弓左右两侧磨耗，该方案可以避免汇流排对受电弓的大量遮挡，且该方案单个3D相机所需覆盖视野范围小精度更高；但该方案的左右两侧相机点云的拼接是个难题，由于汇流排结构的存在，左右两侧相机无公共点云区域，无法根据公共点云完成受电弓点云整体的拼接，现有技术中也未能检索到行之有效的无公共点集的点云拼接方法。

技术实现思路

[0003]为了克服现有无公共点集的点云拼接存在的技术难题，本专利技术提供了一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法。本专利技术能够实现无公共区域点集的点云拼接。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，包括：获取采集的受电弓左右两侧原始点云数据；分别在左右两侧原始点云数据中定位受电弓区域；分别在左右两侧受电弓区域点云数据中定位滑板区域；分别从左右两侧滑板区域点云数据中提取特征区域；根据提取的左右两侧特征区域点云数据和受电弓标准模型，进行受电弓点云拼接。
[0005]作为优选实施方式，本专利技术利用高度阈值进行高度筛选和利用点云聚类算法进行聚类降噪，在原始点云数据中定位受电弓区域，具体包括：根据高度阈值范围，从原始点云数据中提取该高度阈值范围内的点云数据；采用点云聚类算法对提取的高度阈值范围内的点云数据进行聚类降噪。
[0006]作为优选实施方式，本专利技术的在受电弓区域点云数据中定位滑板区域，具体包括：采用点云聚类算法对受电弓区域进行点云分割，得到上框架顶管区域点云集、上框架区域点云集和碳滑板区域点云集；分别求取分割得到的各区域点云集的外接立方体，获得每个区域点云集的长、宽、高；利用点云集的长度将受电弓上框架区域的点云集过滤；利用点云集的宽度将上框
架顶管区域的点云集过滤，从而定位到受电弓碳滑板区域。
[0007]作为优选实施方式，本专利技术的点云聚类算法为DBSCAN算法。
[0008]作为优选实施方式，本专利技术的从滑板区域点云数据中提取特征区域，具体包括：从受电弓最右侧开始设置滑动窗口，按照预设滑动补偿从右向左滑动该滑动窗口，并提取该滑动窗口内的点云，获得该滑动窗口内的点云宽度；找到窗口内点云宽度突变点位置，即为碳滑板顶部斜面区域的起点位置；从起点位置开始，向左选取预设宽度距离作为特征区域点云集。
[0009]作为优选实施方式，本专利技术的进行受电弓点云拼接，具体包括：根据提取的左右两侧的特征区域点云集，利用最小二乘法拟合得到左右两侧特征区域平面方程，根据左右两侧特征区域平面方程得到左右两侧特征区域平面的法向量；绕X轴分别旋转左右两侧受电弓点云集使得特征区域平面垂直于XOZ平面；绕Z轴分别旋转左右两侧受电弓点云集使得特征区域平面垂直于YOZ平面；绕Y轴根据受电弓设计角度分别旋转左右两侧受电弓点云集使得左右特征区域平面与XOY平面分别呈相同夹角；根据特征区域平面起点位置，将左右两侧受电弓点云集平移至受电弓标准模型图纸对应位置，完成点云拼接。
[0010]作为优选实施方式，本专利技术的方法采用双3D采集设备采集受电弓左右两侧原始点云数据。
[0011]第二方面，本专利技术提出了一种基于标准模型的受电弓点云拼接系统，包括：数据获取模块，用于获取采集的受电弓左右两侧原始点云数据；受电弓定位模块，用于分别在左右两侧原始点云数据中定位受电弓区域；滑板定位模块，用于分别在左右两侧受电弓区域中定位滑板区域；特征提取模块，用于分别从左右两侧滑板区域提取特征区域；拼接模块，用于根据提取的特征区域点集和受电弓标准模型，进行受电弓点云拼接。
[0012]第三方面，本专利技术提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术所述方法的步骤。
[0013]第四方面，本专利技术提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术所述方法的步骤。
[0014]本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、现有的两簇点集的拼接技术主要依靠公共点集相互映射，计算出变化矩阵以完成左右两侧的点集拼接，而在无公共区域点集时该技术就无法实现左右两侧拼接。针对此，本申请根据受电弓自身特点，自动提取特征区域，实现左右两侧拼接。
[0015]2、本专利技术提出的点云拼接方法，能够在无公共区域点集的情况下实现左右侧点集的精确拼接，正确反映整个受电弓姿态，为受电弓滑板在线检测研究提供技术支撑。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部
分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的方法流程示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例采用的受电弓磨耗检测系统结构示意图。
[0018]图3为本专利技术实施例的高度筛选后的受电弓区域点云数据集。
[0019]图4为本专利技术实施例的去噪后的受电弓区域点云数据集。
[0020]图5为本专利技术实施例的筛选后的滑板区域点云数据集。
[0021]图6为本专利技术实施例的分割后的点云数据集。图6中：（a）为第一碳滑板区域；（b）为上框架顶管区域；（c）为第二碳滑板区域；（d）为上框架区域。
[0022]图7为本专利技术实施例的定位到的受电弓碳滑板区域点云数据集。
[0023]图8为本专利技术实施例的碳滑板区域中的特征区域。
[0024]图9为本专利技术实施例的特征区域筛选方法。
[0025]图10为本专利技术实施例的窗口内的点云宽度变化曲线。
[0026]图11为本专利技术实施例提取的特征区域。
[0027]图12为本专利技术实施例的绕x轴分别旋转左右侧点云集。
[0028]图13为本专利技术实施例的绕z轴分别旋转左右侧点云集。
[0029]图14为本专利技术实施例的绕y轴分别旋转左右侧点云集。（A）为左侧旋转示意图；（B）为右侧旋转示意图。
[0030]图15为本专利技术实施例的完成拼接后的正视图。
[0031]图16为本专利技术实施例的完成拼接后的俯视图。
[0032]图17为本专利技术实施例的完成拼接后的侧视图。
[0033]图18为本专利技术实施例的计算机设备原理框图。
[0034]图19为本专利技术实施例的系统原理框图。
[0035]附图中标记及对应的零部件名称：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，其特征在于，包括：获取采集的受电弓左右两侧原始点云数据；分别在左右两侧原始点云数据中定位受电弓区域；分别在左右两侧受电弓区域点云数据中定位滑板区域；分别从左右两侧滑板区域点云数据中提取特征区域；根据提取的左右两侧特征区域点云数据和受电弓标准模型，进行受电弓点云拼接。2.根据权利要求1所述的一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，其特征在于，在原始点云数据中定位受电弓区域，具体包括：根据高度阈值范围，从原始点云数据中提取该高度阈值范围内的点云数据；采用点云聚类算法对提取的高度阈值范围内的点云数据进行聚类降噪。3.根据权利要求1所述的一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，其特征在于，在受电弓区域点云数据中定位滑板区域，具体包括：采用点云聚类算法对受电弓区域进行点云分割，得到上框架顶管区域点云集、上框架区域点云集和碳滑板区域点云集；分别求取分割得到的各区域点云集的外接立方体，获得每个区域点云集的长、宽、高；利用点云集的长度将受电弓上框架区域的点云集过滤；利用点云集的宽度将上框架顶管区域的点云集过滤，从而定位到受电弓碳滑板区域。4.根据权利要求2或3所述的一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，其特征在于，所述点云聚类算法为DBSCAN算法。5.根据权利要求1所述的一种基于标准模型的受电弓点云拼接方法，其特征在于，从滑板区域点云数据中提取特征区域，具体包括：从受电弓最右侧开始设置滑动窗口，按照预设滑动补偿从右向左滑动该滑动窗口，并提取该滑动窗口内的点云，获得该滑动窗口内的点云宽度；找到窗口内点云宽度突变点位置，即为碳滑板顶部斜面区域的起点位置；从起点位置开始，向左选取预设宽度距离作为特征区域点云集...

【专利技术属性】
技术研发人员：占栋，熊昊睿，李文宝，黄成亮，李想，张金鑫，
申请(专利权)人：成都唐源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：