基于圆结构光视觉检测三维数据点的管道缺陷检测方法

摘要

基于圆结构光视觉检测三维数据点的管道缺陷检测方法属于对管道内壁缺陷进行无损检测领域。管道作为常用气体和液体的传输手段，其截面形状、管壁形貌等对流动流体的动态性能有着显著的影响。该方法利用圆结构光视觉检测系统获取的三维数据点的结构特点，采用同一圆周上相邻点法矢量夹角突变来判定缺陷，判定方法简单有效。该缺陷检测方法获取的三维数据点而不是基于二维灰度图像进行管道缺陷的判定，准确率和精度都大大提高。

主权项

基于圆结构光视觉检测三维数据点的管道缺陷检测方法， 圆结构光投射器向管道内壁投射结构光，圆锥曲面结构光和管道内表面相交形成明亮的圆形闭合光条，位于管道内的摄像机拍摄内表面光条图像，经图像采集卡传输到计算机，由计算机对获取的管道内表面光条图像进行光条中心的亚像素特征提取，基于光学三角法计算出管道内表面三维信息；测量时管道沿轴向移动，摄像机获得多幅管道内壁不同轴向位置的图像，进而计算得出整个管道内表面的三维信息；其特征在于：基于每个圆结构光光条获取的管道内表面三维数据点以一个圆周的形式存在，获取n个三维数据点；每个点的切向量和法向量相垂直；圆周上任意一点的切向量垂直于圆周半径，而法向量则和半径重合；对于同一圆周上的任意两个相邻点Pi，Pi+1，假设其法向量分别为ni,ni+1，则这两点之间的法矢夹角θ为：  θ = arccos · ( n i · n i + 1 | n i | | n i + 1 | ) 设定无缺陷时相邻点的法矢量的夹角阈值为θ_threshold，当检测到圆周上相邻点之间的法矢量夹角θ>θ_threshold时；则判定该相邻点处存在缺陷，即相邻两点之间的法矢夹角θ会在缺陷点处发生突变；且设第i+1个点Pi+1的坐标为(xi+1,yi+1,zi+1)，则该点到管道内壁圆心的距离d为： d = ( x i + 1 - x 0 ) 2 + ( y i + 1 - y 0 ) 2 + ( z + 1 - z 0 ) 2 其中，x0,y0,z0为管道内壁圆心坐标，该圆心坐标通过对圆周上三维点的坐标拟合得到；如果d>r_upper并且θ‑θ_threshold>0，则此点处管道内壁为凹陷，Pi+1为缺陷点；如果d0，则此点处管道内壁为凸起；其中，r_upper和r_lower分别为管道半径的上下限阈值；r_upper上限阈值取为大于管道半径0.05cm，r_lower下限阈值取为小于管道半径0.05cm；θ_threshold根据管道圆周上获取的三维数据点的个数确定，即θ_threshold=360/n，其中n为管道圆周上数据点总个数。