一种管路位姿的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种管路位姿的测量方法及装置，该管路位姿的测量方法包括：获取管路的图像信息；根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点；根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿。本发明专利技术实施例通过获取的管路的图像信息分别得到通过管路中心线表示的第一位姿和管路的边缘像素点，通过拟合获得了表示管路的形状和结构的第二位姿，从而实现了对管路位姿的自动测量。

A Method and Device for Measuring Pipeline Posture

The invention provides a measuring method and device for pipeline posture, which includes acquiring image information of pipeline, obtaining the first posture representing the spatial posture of pipeline according to the image information, and obtaining the edge pixel points of pipeline according to the image information. According to the first pose and the edge pixel points, a second pose representing the shape and structure of the pipeline is obtained by fitting. The embodiment of the invention obtains the first posture represented by the pipeline center line and the edge pixel points of the pipeline respectively by acquiring the image information of the pipeline, and obtains the second posture representing the shape and structure of the pipeline by fitting, thus realizing the automatic measurement of the pipeline posture.

【技术实现步骤摘要】
一种管路位姿的测量方法及装置
本专利技术涉及管路测量
，特别涉及一种管路位姿的测量方法及装置。
技术介绍
管路广泛应用于航空、航天和汽车等行业，其装配质量及效率直接影响产品的性能和生产周期。管路系统装配时，数控成形后的导管与连接件、以及管路与管路之间需进行焊接，而每组管路组件之间存在相对复杂的空间位置关系。目前工程中多数仍依靠工人将导管或管路放置在搭建好的组合夹具上，确定其位姿后再进行焊接，存在人工操作繁琐、容易出错及效率低等问题。近年来基于机器视觉的测量方法得到快速发展，该方法具有高效、灵活、非接触等优点，且检测精度较高。通过视觉测量方法从场景中计算管路的三维位姿，并由机器人对管路进行装配作业，可有效提高管路装配精度及效率。而管路位姿的精确测量是管路装配过程中最重要的一环，对实现自动化的管路装配具有重要的意义。目前，许多学者对物体的位姿测量方法进行了大量的研究。基于机器视觉的位姿测量方法的核心是从物体的二维图像上恢复三维信息，通过提取二维图像特征，如兴趣点、兴趣区域等，建立二维图像到目标三维模型的2D-3D特征投影对应关系，从而实现目标物体的位姿测量，在实际应用中，该类方法主要应用于具有显著纹理、形状等特征的物体，如利用卫星的结构特征对卫星定位等，而对于无纹理、缺少鲜明结构特征的物体，难以利用这类方法进行位姿测量。针对无纹理物体的位姿测量，金鹏提出了一种基于多目视觉的管路重建方法，可同时获取管路的三维模型及位姿信息。该方法将长度为4mm的圆柱体作为几何基元，利用多目视觉技术匹配基元到各图像中的投影与导管轮廓确定基元位姿，构成导管离散模型，该方法取得了较好的三维重建效果，但对硬件要求高，且无法满足管路自动化装配时的实时性要求；Hinterstoisser、Zhang提出了一种基于梯度响应图的模板匹配方法，首先对物体的边缘梯度方向进行二进制编码，然后利用相似性测量函数在模板集中寻找与实测图片最相似的模板，将此模板所表征的位姿作为测量结果，但是这种方法的测量精度严重依赖于模板库的大小，且计算量大、效率低，容易受到噪声的干扰。管路表面光滑，无法获取其表面纹理特征；此外，管路外形均匀，缺少鲜明的几何形状特征，因此传统的基于特征的位姿测量方法无法应用于管路，也无法满足管路位姿测量自动化装配的实时性要求。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是提供一种管路位姿的测量方法及装置，用以实现对管路位姿的自动测量。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种管路位姿的测量方法，包括：获取管路的图像信息；根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点；根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿。优选的，所述获取管路的图像信息的步骤包括：获取所述管路的第一图像；对所述第一图像进行预处理，获得第二图像，其中所述第二图像的图像质量高于所述第一图像的图像质量；根据所述第二图像的前景区域和背景区域的灰度值，确定所述第二图像中的管路区域，并获得所述图像信息。优选的，所述图像信息包括：第一图像信息和第二图像信息，所述第一图像信息和所述第二图像信息为同一管路的不同角度的图像信息；所述根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿的步骤包括：根据所述第一图像信息，获得所述管路的第一二值化图像，以及根据所述第二图像信息，获得所述管路的第二二值化图像；依次对所述第一二值化图像上的第一线段和所述第二二值化图像上与所述第一线段相对应的第二线段进行拟合，获得空间姿态下的第三线段；根据多个所述第三线段，获得所述第一位姿。优选的，所述根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点的步骤包括：根据所述图像信息，构建所述管路的投影模型；通过共线方程将所述投影模型投影至第三图像上；根据所述第三图像，通过一元线性回归方程计算所述管路的中心线骨架；根据预设半径和所述中心线骨架，确定投影边缘线；将根据所述投影边缘线确定的预设范围内的像素点，确定为所述边缘像素点。优选的，所述根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿的步骤包括：对所述边缘像素点中满足预设条件的像素点建立观测方程；根据每一所述所述观测方程，获得由多个观测方程组成的线性方程组；通过最小二乘法对所述线性方程组进行求解，并迭代计算，直至第一方向上的两个相邻像素点之间的距离小于预设值，其中所述第一方向为垂直于管路的中心线的方向；根据求解结果和所述第一位姿，拟合获得所述第二位姿。根据本专利技术另一方面，本专利技术实施例还提供了一种管路位姿的测量装置，包括：第一获取模块，用于获取管路的图像信息；第二获取模块，用于根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，第三获取模块，用于根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点；拟合模块，用于根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿。优选的，所述第一获取模块包括：第一获取单元，用于获取所述管路的第一图像；第二获取单元，用于对所述第一图像进行预处理，获得第二图像，其中所述第二图像的图像质量高于所述第一图像的图像质量；第三获取单元，用于根据所述第二图像的前景区域和背景区域的灰度值，确定所述第二图像中的管路区域，并获得所述图像信息。优选的，所述图像信息包括：第一图像信息和第二图像信息，所述第一图像信息和所述第二图像信息为同一管路的不同角度的图像信息；所述第二获取模块包括：第四获取单元，用于根据所述第一图像信息，获得所述管路的第一二值化图像，以及根据所述第二图像信息，获得所述管路的第二二值化图像；第五获取单元，用于依次对所述第一二值化图像上的第一线段和所述第二二值化图像上与所述第一线段相对应的第二线段进行拟合，获得空间姿态下的第三线段；第六获取单元，用于根据多个所述第三线段，获得所述第一位姿。优选的，第三获取模块包括：第一构建单元，用于根据所述图像信息，构建所述管路的投影模型；处理单元，用于通过共线方程将所述投影模型投影至第三图像上；计算单元，用于根据所述第三图像，通过一元线性回归方程计算所述管路的中心线骨架；第一确定单元，用于根据预设半径和所述中心线骨架，确定投影边缘线；第二确定单元，用于将根据所述投影边缘线确定的预设范围内的像素点，确定为所述边缘像素点。优选的，所述拟合模块包括：第二构建单元，用于对所述边缘像素点中满足预设条件的像素点建立观测方程；第七获取单元，用于根据每一所述所述观测方程，获得由多个观测方程组成的线性方程组；求解单元，用于通过最小二乘法对所述线性方程组进行求解，并迭代计算，直至第一方向上的两个相邻像素点之间的距离小于预设值，其中所述第一方向为垂直于管路的中心线的方向；拟合单元，用于根据求解结果和所述第一位姿，拟合获得所述第二位姿。根据本专利技术另一方面，本专利技术实施例还提供了一种测量装置，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的管路位姿的测量方法的步骤。根据本专利技术另一方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管路位姿的测量方法，其特征在于，包括：获取管路的图像信息；根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点；根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿。

【技术特征摘要】
1.一种管路位姿的测量方法，其特征在于，包括：获取管路的图像信息；根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点；根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取管路的图像信息的步骤包括：获取所述管路的第一图像；对所述第一图像进行预处理，获得第二图像，其中所述第二图像的图像质量高于所述第一图像的图像质量；根据所述第二图像的前景区域和背景区域的灰度值，确定所述第二图像中的管路区域，并获得所述图像信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像信息包括：第一图像信息和第二图像信息，所述第一图像信息和所述第二图像信息为同一管路的不同角度的图像信息；所述根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿的步骤包括：根据所述第一图像信息，获得所述管路的第一二值化图像，以及根据所述第二图像信息，获得所述管路的第二二值化图像；依次对所述第一二值化图像上的第一线段和所述第二二值化图像上与所述第一线段相对应的第二线段进行拟合，获得空间姿态下的第三线段；根据多个所述第三线段，获得所述第一位姿。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像信息，获取所述管路的边缘像素点的步骤包括：根据所述图像信息，构建所述管路的投影模型；通过共线方程将所述投影模型投影至第三图像上；根据所述第三图像，通过一元线性回归方程计算所述管路的中心线骨架；根据预设半径和所述中心线骨架，确定投影边缘线；将根据所述投影边缘线确定的预设范围内的像素点，确定为所述边缘像素点。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一位姿和所述边缘像素点，拟合获得表示所述管路的形状和结构的第二位姿的步骤包括：对所述边缘像素点中满足预设条件的像素点建立观测方程；根据每一所述所述观测方程，获得由多个观测方程组成的线性方程组；通过最小二乘法对所述线性方程组进行求解，并迭代计算，直至第一方向上的两个相邻像素点之间的距离小于预设值，其中所述第一方向为垂直于管路的中心线的方向；根据求解结果和所述第一位姿，拟合获得所述第二位姿。6.一种管路位姿的测量装置，其特征在于，包括：第一获取模块，用于获取管路的图像信息；第二获取模块，用于根据所述图像信息，获得表示所述管路的空间位姿的第一位姿，所述第一位姿通过所述管路的中心线表示；以及，第三获取模块，用于根据所述图像信息，获取所述管路的边缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少丽，刘检华，王治，夏焕雄，任杰轩，吴天一，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11