[发明专利]一种基于机器视觉的深水钻井隔水管自动对接位姿检测方法

摘要

本发明涉及一种基于机器视觉的隔水管自动对接位姿检测方法，针对隔水管自动对接安装中钻井隔水管、注水端装置、封堵端装置三者位姿的识别，以及引导自由度调节系统完成位姿调节所需的对接安装偏差的计算，以隔水管与注水端装置之间的对接安装为例，提出一种基于机器视觉的隔水管自动对接位姿检测方法。该方法可帮助实现隔水管检测检验过程中隔水管对接安装的自动化，提高隔水管检测检验效率，减少操作人员劳动强度，提高隔水管检验检测的安全性。

主权项

1.一种基于机器视觉的深海钻井隔水管自动对接位姿检测方法，其特征在于：依次包含位姿检测部分和对接安装偏差检测部分，所述的位姿检测部分为钻井隔水管与注水端装置的位姿，位姿一共包含两个变量：一个是定位坐标，即能够表示钻井隔水管与注水端装置空间位置的物理坐标点，另一个是方位，即钻井隔水管、注水端装置法兰端面的角度；所述的对接安装偏差检测部分包含三种类型：一种是平行度偏差，即钻井隔水管法兰端面与注水端装置法兰端面之间的平行角度偏差；另一种是错中偏差，即在钻井隔水管法兰端面与注水端装置法兰端面相互平行的情况下，两法兰端面轴心不重合所引起的偏差；还有一种是角度偏差，即在钻井隔水管法兰端面与注水端装置法兰端面平行且轴心重合的情况下，因两法兰端面的方位不同而引起的偏差；具体步骤如下:位姿检测部分包括以下步骤：图像预处理：对摄像机采集到的钻井隔水管法兰端面图像和注水端装置法兰端面图像进行降噪和分割，主要操作为使用中值滤波算法进行降噪，使用亚像素阈值分割算法对法兰端面上的特征圆进行分割；图像特征提取：图像特征提取的主要目标是从上述分割出的钻井隔水管法兰端面和注水端装置法兰端面边缘中提取出同心圆以及周向圆的圆弧，主要操作为使用圆弧的圆度和轮廓长度特征实现特征提取；拟合：拟合的主要目标为将图像中处理得到的特征圆圆弧拟合成为圆并求其圆心坐标，主要操作为使用基于权重的平方距离拟合算法；三维重建：三维重建的目的是指将圆心坐标的像素单位转换为物理坐标mm，主要操作为使用张正友标定算法对摄像机的内外参进行标定，然后使用基于光线原理的算法进行三维重建；位姿计算：位姿计算的目的是对钻井隔水管法兰端面和注水端装置法兰端面定位坐标和方位进行计算，主要操作为基于法兰端面上同心圆和周向圆圆心坐标进行表出；对接安装偏差检测部分包括以下步骤：平行度偏差检测：主要目的是计算出引导自由度调节系统控制注水端装置法兰端面配合钻井隔水管法兰端面平行的平行度偏差，主要操作为利用激光测距仪测得圆盘装置分别到钻井隔水管法兰端面和注水端装置法兰端面之间的距离信息，并根据距离信息计算出平行度偏差；平行度偏差ΔP的计算公式为ΔP＝180°‑θ，其中d表示两激光传感器之间的安装距离，R₁和R₂分别表示两激光传感器测得的从圆盘装置到封堵端法兰端面的距离；错中偏差与角度偏差检测：主要目的是计算出引导自由度调节系统控制注水端装置完成位姿调节的错中偏差与角度偏差，主要操作为将从钻井隔水管实时拍摄图像中检测到的位姿与其基准图片中检测到的位姿进行比较，使用同样的方法对注水端装置进行比较将得到两组初步的偏差值，然后再将这两组初步偏差值进行比较得到最终的偏差值，最后再给出这些偏差值具体的方向。