[发明专利]基于双目视觉的排水管道内表面腐蚀深度及面积测量方法

说明书

本发明提供了一种基于双目视觉的排水管道内表面腐蚀深度及面积测量方法，包括如下步骤：通过标定双目摄像头，采用棋盘格标定板，以现实管壁腐蚀的图形轮廓作为参考，在管壁表面模拟构造腐蚀区域；利用双目系统采集管壁腐蚀区域图像，利用Bouguet算法及获取的标定数据畸变矫正及立体校正；分离管壁背景及腐蚀目标，最终获取管壁腐蚀区域轮廓；基于视差原理计算匹配点的三维坐标；利用平行线仿射变换不变性，计算管道母线，以管道母线作为辅助线计算腐蚀区域的深度和面积；本发明具备检测较为直观，人机交互能力强，检测更加自动、快速、精确的特点，有利于工作人员更好测量排水管道内表面腐蚀深度及面积。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于双目视觉的排水管道内表面腐蚀深度及面积测量方法。

背景技术

排水管道是城市重要的基础设施之一，随着社会经济的迅速发展，城市中的排水管道系统日趋完善，已经取得了令人瞩目的成就并带来了巨大的社会效益，同时我们也注意到，很多管道老化严重，存在表面腐蚀，带病作业，由此带来的隐患对人民生活质量及人民生活安全的影响是巨大的，开展对排水管道内表面腐蚀的检测，及时运用科学手段指导养护维修工作，已是当务之急。为了有效预防路面塌陷等灾害，测量排水管道内表面腐蚀深度及面积，并及时进行管道修复变得尤其重要。目前，在工程中，对病害的测量方法主要分为利用激光测距仪、脉冲涡流、漏磁检测、结构光和CCTV方法。

利用激光测距仪、脉冲涡流、漏磁检测、结构光来完成排水管道病害检测方法，能有效获取病害三维数据，克服人工检测的不确定性及工作安全问题，但存在测量仪器昂贵、操作复杂、人机交互能力弱、受噪声影响大等问题；基于CCTV方法完成管道病害检测得到实际应用，检测较为直观，人机交互能力强，但存在检测精度不高等问题。

上述管壁检测方法能获取管壁点云数据，但缺少对管壁腐蚀深度及面积信息的全自动分析方法。因此，本文提出一种基于双目立体视觉技术的排水管道内表面腐蚀深度及面积的测量方法，该方法能够提高检测精度及实时性，且提供了腐蚀分析策略，使得检测更加自动、快速、精确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排水管道内表面腐蚀深度及面积的测量方法，其利用双目系统采集管壁图像对；经过立体校正、轮廓提取、特征点匹配，得到腐蚀区域世界坐标；最后利用平行线反射不变性建立与母线平行的测量辅助线；通过点到辅助线距离及等步长辅助线间的三角对分别计算腐蚀深度及面积。通过管壁腐蚀的测量数据与参考数据对比，表明该套测量方法具有很好的鲁棒性及测量精度。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于双目视觉的排水管道内表面腐蚀深度及面积测量方法，包括以下步骤：

S110设备准备阶段：将相机搭建在轨道爬行器左右两边，以ZHANG氏原理完成相机标定，利用OpenCV求得左右相机的内参矩阵(M_l,M_r)、畸变系数向量(β_l,β_r)、平移向量T、旋转向量R、重投影矩阵Q；

S120立体校正阶段：使用搭建的左右相机采集管道内壁腐蚀区域图像，利用Bouguet算法及S110所获得的标定数据对采集的左右图像进行畸变矫正及立体校正；

S130特征匹配阶段：对经过步骤S120处理得到的左右图像，利用人工选取参数的漫水填充算法分离管壁背景及腐蚀目标，获取管壁腐蚀区域的轮廓；轮廓点以SURF描述子作为匹配变量，腐蚀区域以FAST作为检测算子、以BRIEF描述子作为匹配变量，以欧式距离最短作为匹配条件，对左右图像的轮廓点和腐蚀区域进行匹配；最后根据轮廓点的匹配结果和腐蚀轮廓的匹配结果以视差作为统计量利用假设性检验建立置信区间，实现误匹配剔除；

S140三维坐标计算阶段：基于视差原理计算轮廓匹配点和腐蚀区域内匹配点的三维坐标；