[发明专利]冷凝器管口图像的平面质心定位方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种冷凝器管口图像的平面质心定位方法。

背景技术

我国火力、太阳能及核能发电厂大型机组冷凝器的循环冷却水多采用江河湖海及地下水作补充水，随着自然界水源的水质污染日益严重，且其盐碱度因循环冷却水的浓缩而不断增高，会造成冷凝管内污物堵塞和管道结垢。冷凝管材多为黄铜和碳钢，因循环水处理不当易发生垢下腐蚀、黄铜脱锌腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和冲击腐蚀，导致凝汽器冷凝管穿孔、泄露而引发停机事故。冷凝管道结垢腐蚀造成管内真空度下降、换热效率严重降低和汽轮机排汽压力增加，导致发电机组工作效率降低、设备寿命缩短以及运行成本提高。此外，医院、办公大楼及宾馆等公共场所使用的集中空调通风系统因空气中存在灰尘、细菌及病毒微生物，运行一段时间后空调通风管道容易积尘结垢并受到微生物污染，造成通风管道堵塞、环境污染和疾病传播。因此，需要采用经济有效的手段防止循环冷却水系统及通风管道系统的结垢和腐蚀，保持换热管路及通风管道的清洁，提高换热效率，并节约能源，确保公共环境卫生和预防疾病。

采用传统的胶球清洗、酸洗、人工喷枪清洗、刮刀或钻头清洗和高压水枪清洗法清洗冷凝管，因胶球分布不均匀，酸洗剂对冷凝管损害较大，需要停机人工操作，工作环境恶劣而且清洗效率低，都会影响设备的正常运转。为实现高效在线自动化清洗，目前已出现智能移动式冷凝器清洗机器人，可利用声传感器系统搜索并定位目标的大致方位，引导机器人靠近清洗目标，近距离采用光学传感器进行目标识别和定位，采用高压水射流技术，通过视觉伺服系统和运动控制系统的协作，提取管板的图像特征信息并加以处理，指挥清洗臂带动高压水喷枪对准凝汽器管板上的冷凝管口自动喷洗。此外，现有的空调风管清洗机器人能够平稳行走和越障，能实现对风管进行摄像、定量采样、照明、清洗和吹气。

智能移动清洗机器人的机械臂末端安装摄像头，需要实时估计机械臂末端执行器位姿的变化量与图像平面特征变化量之间的特征灵敏度矩阵，即图像雅可比矩阵(Image Jaccobin Matrix)，并且要计算其逆矩阵。特征抽取精度会影响整个系统的控制精度。现有的管口视觉定位方法主要采用边缘检测和聚类算法提取管口边缘，采样精度固定为边缘级，尚未实现根据图像内管口大小和数目自动调整采样精度。现有的“内接三角形定位法”和“二弦中垂线交点定位法”对边缘的取样点数太少，求出的质心与实际质心的位置误差较大。由于管板位于水室中，水下照明方式为汇聚光照明，管板以照明中心点的光线最强，径向逐渐减弱，导致图像背景区域灰度分布不均匀；且水和水中的浑浊物对光线存在折射、散射和卷积效应，亮度不均产生许多杂散的白亮色团，造成图像信噪比降低，出现伪轮廓、自阴影和噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种精度高、计算量小，能够准确计算图像包含的完整管口数量，提取管口轮廓，并计算管口质心坐标信息的冷凝器管口图像的平面质心定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种冷凝器管口图像的平面质心定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)对摄像机进行标定；

(2)控制机器人手眼机构沿摄像机的光轴运动，连续拍摄待清洗管板区域的灰度鸟瞰图，在其中选择清晰的图像进行预处理，得到多个管口和背景呈“黑白”对照的二值图像，所述待清洗管板区域中的管口呈横纵错列式分布；

(3)按“列扫描”所述二值图像中每列的像素灰度值之和，并投影到Y坐标轴，绘制成列像素灰度值累加和曲线S₁；统计S₁中共N个“列波谷”谷底处的局部极小值点集的横坐标，存入各列管口的质心粗略横坐标向量COL(j)；

按“行扫描”所述二值图像中每行的像素灰度值之和，并投影到X坐标轴，绘制成行像素灰度值累加和曲线S₂；统计S₂中共M个“行波谷”谷底处的局部极小值点集的纵坐标，存入各行管口质心粗略纵坐标向量ROW(i)；

得到所有可能的质心粗略坐标对集合(COL(j)，ROW(i))；

(4)剔除所述(COL(j)，ROW(i))中位于背景区域的伪质心，得到各行及各列管口质心的粗略二维坐标集合(CENTER_X(k)，CENTER_Y(k))，其中k为管口序号且完成多目标的质心粗略定位。

作为本发明的进一步改进：