[发明专利]一种基于CMOS图像传感器测量管道空间方位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计量检测技术，特别是一种基于CMOS图像传感器测量管道空间方位的方法。

背景技术

工程测量中，空间角度测量非常普遍，特别是管道的空间位置测量。一般管道轨迹往往与导向设计轨迹存在较大差异，特别是竣工后的测量技术滞后，致使地下管线工程竣工资料数据和管线实际空间位置坐标误差较大，不利于地下管线建设和社会利用。因此准确掌握竣工管道的地下空间位置十分重要，它不仅是评价工程质量的指标，而且能为后续新建管线的轨迹设计和施工提供依据，以避免管线相交。

传统进行管道弯曲角度测量通常采用两种方式：一是用角度测量仪，此种方式的数据采集存在后期处理工作量大，采集数据精度低，记录点选取受环境影响较大，不连续等缺点；二是利用基于电子罗盘的探测头在管内行走，将测量的数据通过电缆传输给上位机处理计算出三维轨迹，但电子罗盘通过电缆传输数据过程中会受到环境磁场的干扰，造成方位数据失准，测量精度降低，因此其只适用于无异常磁场干扰的环境中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CMOS图像传感器测量管道空间方位的方法，该方法操作简便，测量精度更高。

该方法包括以下步骤：包括以下步骤：

步骤1，将激光光源和CMOS图像传感器设置于万向节两端的机械定心固定端，且激光光源和CMOS图像传感器之间设置衰减片和气泡荧光环，设定激光光源的初始位置使其位于管道中心且发出的激光与管道中心轴重合；

步骤2，激光光源移动且CMOS图像传感器从初始位置开始每移动一定距离采集一帧图像；

步骤3，对采集的图像上的激光光斑和气泡荧光环进行处理获取激光光点在光敏面的像素位置和荧光环上气泡的方向，并记录每个激光光点中心位置和荧光环气泡的位置；

步骤4，将每个像素光斑中心转为实际光斑中心物理位置坐标；

步骤5，对光斑中心的实际物理位置坐标、荧光环气泡的朝向，基于最小二乘法曲线拟合算法拟合出管道的方位曲线。

本发明基于CMOS图像传感器采集激光光斑图像，巧妙利用激光光斑中心在图像上的位移信息转换成管道空间方位信息。与现有技术相比，具有以下特点：

(1)在探测的过程中，两个机械定心结构，有效的保证激光光源，衰减片，气泡荧光环，CMOS图像传感器的中心尽可能和管道的中心轴处于同一条水平线上，可以测量弯曲角度更大的管道。

(2)激光器出射光束虽然准直性很好，但是功率很大。如果光敏面上的光照度过大，就会使得光电接收系统的输出饱和而无法工作。现有技术多是利用图像传感器采集激光的反射光斑，而在本发明中采用的是中性密度衰减片，对出射激光进行大幅度的衰减，使其透射率极低。因此可以满足CMOS图像传感器的采集要求。

(3)采用高分辨率的CMOS图像传感器，能够高效的满足测量的精度和广度要求。

(4)现有的电子罗盘通过电缆传输数据过程中会受到环境磁场的干扰，造成方位数据失准，测量精度降低。本发明基于图像分析处理，不受周围管道密集程度的影响，不受周围电磁辐射的影响。

(5)气泡荧光环会成像在CMOS图像传感器上，从图像上可以看到的荧光环上的气泡的位置。由于地球重心引力作用，气泡方向永远都是朝向上方。由气泡的当前朝向，就可以判断管道弯曲的方向。

(6)本设计使用简单方便，测量精度高，设备轻便，且具有适用方法灵活的特点。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明激光光斑检测原理图。

图3是本发明管道空间分布检测装置原理图。

图4是本发明激光光斑和气泡荧光环成像模型图。

图5是本发明曲线拟合示意图。

具体实施方式

结合图1，一种基于CMOS图像传感器测量管道空间方位的方法，激光光源发射的激光束透过中性密度衰减片，穿过气泡荧光环，成像在CMOS图像传感器上。经由图像数据采集处理系统，对获取的激光光斑和气泡荧光环图像进行分析和处理，包括灰度处理、自适应中值滤波、最大类间差法得到二值化图像，然后利用灰度重心法计算出激光光点在光敏面的像素位置和荧光环上气泡位置。用坐标转换，将像素光斑中心转为实际物理光斑中心。当定心装置每前进一个步长停顿一次，读取此位置处上激光光斑的位置。以此类推，得到管道内多个测量点的位置，进而拟合出整条管道的空间方位曲线。结合图1，具体包括以下步骤：