[发明专利]一种破损圆柱形排水管道内壁三维重建方法

摘要

本发明提供了一种破损圆柱形排水管道内表面三维重建方法，包括如下步骤：通过标定获取不同倍率的相机内参数，将摄像机装载到管道机器人；利用机器人拍摄管壁序列图像，并实时记录机器人拍摄图像时的行进位移、相机相对管道底部的距离、相机的姿态信息；为虚拟管道模型的无病害管壁区域选取纹理。为摄像机拍摄到的每个病害区域创建模型纹理，方式如下：从序列图像中提取病害的序列图像，选取一张高质量图像并矫正，利用矫正图像、记录的机器人与相机信息，获取若干三维空间点对应的像素值，利用已知空间点的像素重建病害管壁纹理；利用所有纹理重构三维管道场景；本发明可由普通的摄像机实现，成本低，重建图像质量高，有利于工作人员更好观测病害区域、准确评估病害。

主权项

1.一种破损圆柱排水管道内壁三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：S110：利用张正友标定方法对CCD摄像机标定，获取不同摄像机倍率下对应的摄像机内参矩阵M1、畸变参数，建立摄像机倍率与内参矩阵M1之间的映射函数，并将摄像机装在管道机器人机身，机器人控制摄像机实现绕101轴的轴向旋转、绕102轴的水平旋转；其中绕101轴的轴向旋转、绕102轴的水平旋转具体包括：在摄像机组成的摄像机坐标系中绕z轴水平旋转；在摄像机坐标系中绕y轴轴向旋转，分别沿着这两次旋转对应的坐标轴正半轴观察原点，水平旋转角度为α，轴向旋转角度为β，其中，α的旋转角度范围为[‑90°,90°]，β的旋转角度为[0°,360°]；S120：利用管道机器人拍摄管道内壁序列图像，实时记录管道机器人拍摄图像时的管道半径R、行进位移w、摄像机相对管道底部内壁的距离h、以及摄像机的轴向旋转角度β、水平旋转角度α和摄像机倍率m；S130：从S120拍摄的序列图像中挑选每个病害区域的序列图像，利用管道内壁有效病害区域占所在照片的百分比和聚焦评估函数为每个有效病害区域筛选一张高质量的二维图像，并对筛选后的每幅图像利用S110得到的畸变参数矫正，得到每个病害的矫正图像；S140：为获取三维重构中管道内壁病害部分的纹理，针对S130获得的每个病害的矫正图像建立对应的小孔成像模型，计算建立的小孔成像模型的参数：内参矩阵M1、外参矩阵M2、以及摄像机坐标系Zc，其中内参矩阵M1是通过S120中记录的拍摄管道内壁序列图像时摄像机的倍率求取；外参矩阵M2是通过S120中记录的机器人行进位移、摄像机轴向旋转角度、水平旋转角度、摄像机相对管道底部内壁的距离h共同求取，摄像机坐标系Zc是通过内参矩阵M1、摄像机轴向旋转角度、水平旋转角度、管道半径R、摄像机相对管道底部内壁的距离h共同求取，求解小孔成像模型，获取图像坐标系中(u,v)对应世界坐标系中空间坐标(Xw,Yw,Zw)，得到空间点数据，利用所述空间点数据求解需要重建的管道内壁病害区域的边界，将该管道内壁病害区域投影至重建像素坐标系(o‑u′,v′)，利用基于高斯核函数的加权插值技术，填充重建像素坐标系的各个像素点，作为管道三维模型中病害区域纹理数据；S150：选取指定管道内壁图像获取管道三维模型中非病害区域的纹理数据；S160：利用病害区域纹理数据以及非病害区域的纹理数据，借助OpenGL重建三维管道场景。