[发明专利]一种弯管的三维中轴线检测方法及系统

权利要求书

1.一种弯管的三维中轴线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.从不同方位对弯管进行同步拍摄，以获得所述弯管在同一位姿的原始弯管图像；

S2.对所述原始弯管图像进行识别以获得所述弯管的边缘，再利用所述边缘在所述原始弯管图像上搜索并计算，获得所述弯管的初始二维中轴线；

S3.在所述弯管的初始二维中轴线上取多个采样点，并在每个采样点上作垂直于所述初始二维中轴线且横跨所述弯管的垂直线段，得到垂直线段集合，同时计算得到每段垂直线段的灰度值梯度集合；

S4.针对所述每段垂直线段的灰度值梯度集合选取灰度值梯度集合中的最小值和最大值，将所述最小值的绝对值和所述最大值的绝对值之间的最小者作为返回值，并将所述返回值对应的亚像素坐标和灰度值作为所述弯管的第一边缘的亚像素坐标和灰度值，得到第一边缘的亚像素坐标集合和第一边缘的灰度值集合；

S5.根据所述第一边缘的灰度值集合，在所述弯管的第二边缘查找所述灰度值集合下每一个灰度值所对应的亚像素坐标作为所述第二边缘的亚像素坐标，得到第二边缘的亚像素坐标集合；

S6.根据所述第一边缘的亚像素坐标集合和所述第二边缘的亚像素坐标集合，求取每段垂直线段的中点坐标；

S7.根据所述每段垂直线段的中点坐标，获取所述弯管的最终二维中轴线；

S8.根据所述弯管的最终二维中轴线及三维重建原理，提取所述弯管的三维中轴线；

其中，所述步骤S5包括如下步骤：

S501.根据所述每段垂直线段的灰度值梯度集合中灰度值梯度的正负、最小值和最大值的位置判断第二边缘所在区域，在区域中搜索与步骤S4中获得的所述第一边缘的灰度值最相近的灰度值，并将该灰度值记为第二边缘的灰度值初值；

S502.根据所述第二边缘的灰度值初值，采用单三边插值求取第二边缘的亚像素坐标。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：在所述弯管的周围布置高频LED光源，采用多个相机从不同方位对所述弯管进行同步拍摄以获得所述弯管在同一位姿的原始弯管图像，并在拍摄前对所述多个相机进行标定。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述标定包括如下步骤：利用三坐标测量仪测量得到所有标志点的三维空间数据；再利用摄影测量空间后方交会原理，根据采集的标定图像计算得到所述多个相机的内、外参数。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S201.通过图像与背景相减将所述原始弯管图像中的特征与背景分开；

S202.采用Canny边缘检测算法识别出所述弯管的边缘并保存边缘点集合的二维图像坐标；

S203.根据所述边缘点集合中相邻边缘点的拓扑关系，利用插值算法计算每一个边缘点的法向量，得到边缘点的法向量集合；

S204.对所述边缘点集合中的每一个边缘点A，根据其对应的法向量，沿其反法向方向进行搜索，得到与之对应的另一边缘点B，计算每一个边缘点A和边缘点B连线的中点，得到中点集合；

S205.将中点集合中的所有中点连接得到所述弯管的初始二维中轴线。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S204之后，且在所述步骤S205之前，还包括如下步骤：

将所述另一边缘点B点沿其反法向方向进行搜索，得到对应点C；设定阈值T_h对点C与边缘点A之间的距离进行判断，若令点A、B的坐标分别为(x_A,y_A)和(x_B,y_B)，对应的校正后的弯管中点O的坐标通过下式进行计算：

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

S301.根据所述弯管的实际情况调整采样距离，在所述弯管的初始二维中轴线上取多个采样点，并在每个采样点上作垂直于所述初始二维中轴线且横跨所述弯管的垂直线段，得到垂直线段集合；

S302.将所述垂直线段集合中每段垂直线段上的整像素分为多个亚像素，利用双三次插值求出每个亚像素对应的灰度值，并计算所述垂直线段上的亚像素的灰度值梯度集合。