一种基于多目视觉的管线测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目视觉的管线测量方法，该方法由图像采集和预处理，中心线及外径提取，相机标定以及相机矩阵转换，管道中心线匹配和外径扩展四部分组成。系统将相机放置于搭建好的测量框架上，进行图像采集和预处理，得到管道灰度图片。运用距离变换和最小路径方法获取管道中心线，提取管道中心线特征点并对特征点进行离散化操作；对相对应的双目相机(前侧相机，后侧相机)进行标定，并获取从后侧相机坐标系至前侧相机坐标系的转换矩阵；根据获取的中心线特征点和相机标定参数，采用一种动态匹配方法，恢复管路中心线的三维信息，并将之前不同视角拍摄图片处理获得的外径信息在三维管路中心线上扩展，最终得到管路中心线的空间位置以及对应的外径信息。

A method of pipeline measurement based on multi vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目视觉的管线测量方法
本专利技术涉及视觉测量
，主要涉及一种基于多目视觉的管线测量方法。
技术介绍
管路系统大量应用于核堆、航空、航天、船舶和汽车工业中，负责气体、液体等介质的传输和测量，是高端机电产品的重要组成部分，管路零件的精确加工对产品的性能和安全性有着重要的影响。因此高精度的管路加工是当前的热门问题。管路加工后的空间几何形态测量主要采用靠模法、三坐标测量测量仪和基于激光CCD器件的测量方法等。靠模法只能对管路的形状粗略的检验，而无法精确测量管路端点的位置以及端点之间的距离。三坐标测量仪测量精度虽然较高，但对测量环境要求比较严格，且测量范围有限。基于激光CCD器件的测量方法在测量端点时要求工人小心地移动测量光叉，操作较为困难。学术界方面，张天的论文《基于多目视觉的管路数字化测量方法研究》提出了一种基于中心线匹配和机器学习的管线重建技术。采用机器视觉算法计算管路控制点坐标，并利用管路控制点坐标拟合管路中心线，进而重构出管路的三维模型。综合以上分析，管道测量领域现有技术存着在以下缺点：传统的管路空间几何本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多目视觉的管线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)图像采集和预处理/n步骤1、搭建图像采集系统，通过分布在管道前后两侧的双目相机进行图片抓取，获得拍摄的管道灰度图；对所述灰度图进行二值化处理，使背景与所述管线互相区分；采用轮廓对比技术，对二值化图片进行目标区域ROI提取，获取管道轮廓信息；/n(2)中心线及外径提取/n步骤2.1、根据管道轮廓信息，采用欧式距离变换法计算管道内每点到管道轮廓的欧氏距离，获取管路的距离变换图，记录管线轮廓内部每个点到管线边界的欧式距离；/n步骤2.2、通过图像处理搜索管道边界，获取管道两侧端点的像素坐标，采用Dijkstra最小路径算法，以中...

【技术特征摘要】
1.一种基于多目视觉的管线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)图像采集和预处理
步骤1、搭建图像采集系统，通过分布在管道前后两侧的双目相机进行图片抓取，获得拍摄的管道灰度图；对所述灰度图进行二值化处理，使背景与所述管线互相区分；采用轮廓对比技术，对二值化图片进行目标区域ROI提取，获取管道轮廓信息；
(2)中心线及外径提取
步骤2.1、根据管道轮廓信息，采用欧式距离变换法计算管道内每点到管道轮廓的欧氏距离，获取管路的距离变换图，记录管线轮廓内部每个点到管线边界的欧式距离；
步骤2.2、通过图像处理搜索管道边界，获取管道两侧端点的像素坐标，采用Dijkstra最小路径算法，以中心线一侧端点为起点，另一侧端点为终点，得到两点之间的最小路径，即管道的中心线；
步骤2.3、采用局部特征点离散方法来减少特征值，将中心线视为函数，所求特征点即是函数的一部分驻点，对所有的驻点进行优化，得到中心线特征点点集；
步骤2.4、采用基于形体质心的边缘检测方法，获取中心线特征点点集中每个特征点对应的外径大小并存储；
(3)相机标定及多相机矩阵转换
步骤3.1、通过相机标定得到由旋转矩阵和平移矩阵组成的外参数以及相机的内参数，根据内外参数获得世界坐标系下管道坐标向相机窗口像素坐标转换的矩阵；
步骤3.2、根据相机外参信息进行相机坐标系转换，对后侧相机与前侧相机采用同一个标定板同时标定，求出后侧相机坐标系向前侧相机坐标系转换所需的旋转矩阵以及平移矩阵；
(4)管道中心线匹配和外径扩展
步骤4.1、对前侧、后侧相机所得的中心线特征点分别进行视口变换恢复，透视投影变换恢复，视图变换恢复，模型变换恢复，得到前、后侧相机中心指向前，后侧相机成像平面的两组射线族；
步骤4.2、根据步骤3.2获得的旋转矩阵和平移矩阵将后侧相机中心指向后侧相机成像平面的射线族转化为在前侧相机坐标系下的射线族；
步骤4.3、采用动态匹配法，根据步骤2.2得出的中心线端点，从一侧端点开始进行匹配，根据此动态方法依次匹配直到另一侧端点，得到管道中心线的空间位置，由一组折线段表示；
步骤4.4、将每个视图下中心线特征点处的外径进行扩展，获取待测管线全部方位的外径信息；采用基于最小二乘法的曲线拟合方法，将特征点处外径大小视为函数值，特征点距离端点距离视为自变量，对这一系列点进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，李明洲，方定君，吕琦，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32