[发明专利]一种基于管道机器人的管道全景扫描方法

权利要求书

1.一种基于管道机器人的管道全景扫描方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：管道机器人采集管道模型内壁图像，确定管道模型内壁图像的有效截面区域相对于管道模型内壁图像的中心点的标准半径范围(r_min,r_max)；初始化i＝1；

步骤2：管道机器人采集真实管道内部的第i幅管道内壁图像后进行中心偏移校正，得到第i幅管道内壁图像的中心点坐标(x_c,y_c)；通过中心点坐标和步骤1所得的标准半径范围确定第i幅管道内壁图像的有效截面区域并截取，得到对应的有效截面图像；

步骤3：通过向前映射坐标变换方法对有效截面图像展开后得到第i幅柱面展开图像；

步骤4：判断i＝1,若是，则i＝i+1并返回步骤2，否则，执行步骤5；

步骤5：对第i幅柱面展开图像及对应的基准图像通过图像拼接技术形成第i-1幅拼接图像，i＝i+1并返回步骤2；当i＝2时，对应的基准图像为第1幅柱面展开图像，否则，对应的基准图像为第i-2幅拼接图像；

所述步骤1中，确定管道模型内壁图像的有效截面区域包括以下步骤：

步骤1.1.1：以涂有棋盘方格图像的标定纸制作管道模型，管道机器人采集一幅管道模型内壁图像；

步骤1.1.2：将管道模型内壁图像展开为矩形图像，所述矩形图像为m×n的方格，m行方格的高度依次减小；

步骤1.1.3：计算任一列任一方格的长宽比f，判断η＜f≤1，若是，则将该方格作为有效方格，否则忽略，其中η表示畸变有效预设值；

步骤1.1.4：为矩形图像建立直角坐标系；判断任一行是否由若干有效方格组成，若是，根据坐标对应关系将有效方格中任一点(x,y)带入以得到对应的极坐标(x',y')，r表示管道模型内壁图像中任一点与圆心间的距离，R表示管道模型内壁图像中最大圆环的外圆与圆心间的距离，(x'_c,y'_c)表示管道模型内壁图像的中心点坐标，基于对应的所有极坐标得到管道模型内壁图像的有效截面区域，否则忽略；

所述步骤1中，确定管道模型内壁图像的中心点坐标(x'_c,y'_c)包括以下步骤：

步骤1.2.1:采用canny算法检测管道模型内壁图像的边缘，得到边缘的二值化图像；

步骤1.2.2：基于边缘的二值化图像采用hough变换检测任意两条管道模型内壁图像的直线，任一直线为向心线，计算两直线的交点作为管道模型内壁图像的中心点坐标；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：判断i＝1，若是，第i幅管道内壁图像的中心点坐标为管道模型内壁图像的中心点坐标(x'_c,y'_c)，否则执行步骤2.2步骤2.2：以第i-1幅管道内壁图像的中心点作为初始中心点，以一个像素单位为环形长度对第i-1幅管道内壁图像进行环形分割，得到若干个环形内壁图像，计算得到任一环形内壁图像的像素均值z_α，其中α∈{1,2,3,...}；

步骤2.3：采集第i幅管道内壁图像中的所有像素的灰度值z_β，其中，β∈{1,2,3,...}，确定任一像素的灰度值属于任一环形内壁图像的灰度均值z_α与设定范围λ之和，记为z_β∈λ+z_α，若是，则作为对应拟合圆C_α的其中一像素，其中，α∈{1,2,3,...}，否则舍弃；步骤2.4：基于对应像素的坐标对其中一拟合圆采用最小二乘法求取圆心坐标其中，α∈{1,2,3,...}；

所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1：通过SURF算法分别提取第i幅柱面展开图像及对应的基准图像的特征点，确定特征点的坐标和特征描述子；

步骤5.2：基于特征描述子对第i幅柱面展开图像及对应的基准图像通过高维数据的快速最近邻算法进行特征点匹配，得到特征点对；

步骤5.3：通过特征点对的坐标对应关系得到仿射变换矩阵，利用仿射变换矩阵将第i幅柱面展开图像中任一像素点转换到对应基准图像的坐标系中；

步骤5.4：对第i幅柱面展开图像及对应的基准图像进行图像修正，图像像素融合，生成第i-1幅拼接图像，i+1并返回步骤2；所述步骤5.4中，图像修正包括图像亮度修正，所述图像亮度修正包括以下步骤：

步骤5.4.1：计算第i幅柱面展开图像和对应的基准图像间像素的平均亮度差异dist，其中，W表示第i幅柱面展开图像的宽度，H表示第i幅柱面展开图像的高度，p_ij表示基准图像中第i行第j列像素的亮度；p′_ij表示第i幅柱面展开图像中第i行第j列像素的亮度；

步骤5.4.2：判断dist＜ε，若是，则执行步骤5.4.3，否则结束，其中ε为预设修正阈值；

步骤5.4.3：取修正参数对第i幅柱面展开图像和对应的基准图像中任一像素的灰度值分别修正为min(255,p′_ij-δ)和min(255,p_ij-δ)；

所述步骤5.4中，利用第i幅柱面展开图像和对应的基准图像的重叠区域将两幅图像融合形成第i-1幅拼接图像，重叠区域中的任一像素点的像素值为第i幅柱面展开图像上对应像素点及基准图像上对应像素点的像素加权和，所述第i幅柱面展开图像上对应像素点的像素权重为像素点到重叠区域的左边界的水平距离与重叠区域的宽度的比值，所述基准图像上对应像素点的像素权重为像素点到重叠区域的右边界的水平距离与重叠区域的宽度的比值。