CN102323274A - 基于全景成像技术的钢管内壁检测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全景成像技术的钢管内壁检测方法及其系统。在被测钢管内将CCD/CMOS感光组件安装在摄像头盒子内，其上安装PAL全景环形镜头，靠近CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧的四角上分别装有LED灯，摄像头盒子内安装充电电池或LED充电线路板，远离CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧安装带有滚轮的驱动装置，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接，驱动电机的控制线与电机控制单元连接。通过驱动机构带动摄像头进到钢管深处进行实时拍摄，并显示在计算机上进行观察检测，同时由DSP和FPGA构成的嵌入式图像处理系统分工协作，图像处理速度快，实时响应好，特别适合实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管内壁检测方法及其系统，尤其是涉及一种基于全景成像技术的钢管内壁检测方法及其系统。
背景技术
对于在应用于石油、天然气等行业作为输送管道的无缝钢管、核电管，不仅在出厂时需要对钢管内壁进行检测，以判断钢管内壁部位有没有裂纹、皱褶等缺陷，而且在使用过程中，由于机械摩擦、流体冲蚀作用的长期积累，可能造成钢管内壁沟槽、腐蚀孔洞等。如果不能及时发现这些缺陷并马上处理，可能会引发重大事故，造成人员、财产的重大损失。
钢管内壁检测技术目前有传统的检验方法，通过电筒等发光照射进钢管内，然后通过检测人眼进行判断观察，或者采取抽检方法。对于管径较小、管长较长或者形状弯曲的钢管外来的光源照射很难保证照射距离，而且检测人员所观察的距离总是有限的，同时由于头部需要靠近钢管所以存在一定得危险性。因此传统方法已经无法保证钢管内表面质量，而且检测效率低，可靠性差。现今随着光电技术的发展，钢管内壁检测技术发展迅速，也出现了摄像头伸进钢管内壁进行检测的装备，如200520031724.2的实用新型专利，但是它的摄像头靠人手动推进到钢管中，检测钢管的长度依赖于推进线的长度，不适合较长管测量，而且人工工作效率低，也没有进行后续的图像处理，不能对缺陷进行定位，不能完全将钢管内壁情况真实再现，存在一定的误检率。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于全景成像技术的钢管内壁检测方法及其系统，能对钢管缺陷进行定位，能完全将钢管内壁情况真实再现。
本发明采用的技术方案是：
一、基于全景成像技术的钢管内壁检测方法：
由PAL全景环形镜头和CCD/CMOS感光组件组成CCD/CMOS全景摄像头，通过驱动机构带动移动到钢管内壁，由LED灯提供光源，利用全景成像技术将钢管内壁的景象成像在CCD/CMOS感光组件上，通过数据线传输给嵌入式全景视频图像处理系统，将全景图像展开并显示输出在数字液晶显示器上。
所述的嵌入式全景视频图像处理系统以DSP为主处理器，FPGA为协处理器，DSP控制整个系统的工作流程，向FPGA发出系统初始化，采集图像，读写SDRAM指令，并实时监看FPGA的运行状态；FPGA通过视频输入接口GigE千兆以太网口与带CCD/CMOS全景摄像头相连，负责原始图像数据预处理，接收DSP发送来的采集命令后，对采集到的原始图像数据实时的进行色彩空间的转换，在主控逻辑下写入SDRAM，待一帧图像采集完成后，DSP发出读命令，将图像数据读取，通过采用多级缓存的数据通信机制，采用查表法将图像展开，并通过视频接口实时显示输出。
二、基于全景成像技术的钢管内壁检测系统，有以下两种检测系统：
1)一种检测系统：
在被测钢管内将CCD/CMOS感光组件安装在摄像头盒子内，其上安装PAL全景环形镜头，靠近CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧的四角上分别装有LED灯，摄像头盒子内安装充电电池或LED充电线路板，远离CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧与第一驱动支架的一端连接，第一驱动支架的另一端与电机支架的一端连接，电机支架的另一端经第二驱动支架连接框与第一驱动支架连接，第一驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自从动轮连接，电机支架内安装驱动电机，驱动电机伸出轴上安装传动齿轮，传动齿轮带动第二驱动支架转动，第二驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自驱动轮连接，全景摄像头的数据线和驱动电机的控制线组成的电缆从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接，驱动电机的控制线与电机控制单元连接。
所述的驱动电机的控制电路的ARM处理器分别与电机I/O控制、位置反馈单元、键盘及LED驱动器连接，电机I/O控制与电机控制单元连接，电机控制单元与驱动电机连接，电机键盘及LED驱动器与数码管显示连接。
2)另一种检测系统：
在被测钢管内将CCD/CMOS感光组件安装在摄像头盒子内，其上安装PAL全景环形镜头，靠近CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧的四角上分别装有LED灯，摄像头盒子内安装充电电池或LED充电线路板，远离CCD/CMOS感光组件的摄像头盒子外侧与电缆快插连接，电缆快插接分段推杆，分段推杆外装有滚轮，全景摄像头的数据线的电缆从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接。
本发明具有的有益效果是：
通过驱动机构带动全景环形镜头的摄像头可以灵活前进到钢管深处，将钢管内壁景象进行实时拍摄并显示在计算机上，能很方便的观察到管壁的裂纹或缺陷。通过更换不同大小的摄像头、驱动机构可以应用于不同管径的钢管内壁测量，
管径以上均可。检测人员只需要通过计算机显示器就能进行观察检测，克服了传统检测方法的劳动强度高、误检率高的问题，通过选择使用高分辨率的数字摄像头，使得得到的视频清晰、图像分辨率高，因此内壁检测效果良好，同时由DSP和FPGA构成的嵌入式图像处理系统分工协作，图像处理速度快，实时响应好，特别适合实时监控。
附图说明
图1是本发明中的钢管直径大于100mm的机械装置示意图。
图2是本发明中的钢管直径小于100mm的机械装置示意图。
图3是本发明中的电机控制电路示意图。
图4是本发明的照明电路原理图。
图5是嵌入式全景视频图像处理原理图。
图6是系统工作流程图。
图中：1、CCD/CMOS感光组件，2、LED灯，3、充电电池，4、摄像头盒子，5、从动轮，6、电机支架，7、驱动电机，8、传动齿轮，9、驱动轮，10、LED灯充电线路板，11、钢管，12、数码显示管，13、电机控制单元，14、ARM处理器，15、PAL全景环形镜头，16、电缆快插，17、分段推杆，18、滚轮，19、电缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，在被测钢管11内将CCD/CMOS感光组件1和PAL全景环形镜头15组成的全景摄像头安装在摄像头盒子4内，靠近CCD/CMOS感光组件1的摄像头盒子4外侧的四角上分别装有LED灯2，摄像头盒子4内安装充电电池3或LED充电线路板10，远离CCD/CMOS感光组件1的摄像头盒子4外侧与第一驱动支架的一端连接，第一驱动支架的另一端与电机支架6的一端连接，电机支架6的另一端经第二驱动支架连接框与第一驱动支架连接，第一驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自从动轮连接，电机支架6内安装驱动电机7，驱动电机7伸出轴上安装传动齿轮，传动齿轮带动第二驱动支架转动，第二驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自驱动轮连接，全景摄像头的数据线和驱动电机的控制线组成的电缆19从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接，驱动电机的控制线与电机控制单元连接。所述的驱动轮和从动轮的表面为螺旋状。为保证最佳的图像质量，所述的感光组件CCD/CMOS是数字面诊帧曝光逐行扫描，分辨率为1280X960。
如图3所示，所述的驱动电机的控制电路的ARM处理器14分别与电机I/O控制、位置反馈单元、键盘及LED驱动器连接，电机I/O控制与电机控制单元13连接，电机控制单元13与驱动电机7连接，电机键盘及LED驱动器与数码管显示连接。电机控制单元13接受ARM处理器14发送的控制命令来控制驱动电机7的启停、前进、后退、调速，驱动电机的HALL传感器反馈到电机控制单元，电机控制单元输出驱动电机转速信号给位置速度反馈单元，从而调节电机稳定运行，电机I/O控制是为了手动控制电机启停、前进和后退。ARM处理器14通位置速度反馈单元获得信息经过一定的算法计算出当前电机的实际位置，经过键盘及LED驱动器显示在数码显示管12上面。
如图2所示，在被测钢管11内将CCD/CMOS感光组件1安装在摄像头盒子4内，其上安装PAL全景环形镜头15，靠近CCD/CMOS感光组件1的摄像头盒子4外侧的四角上分别装有LED灯2，摄像头盒子4内安装充电电池3或LED充电线路板10，远离CCD/CMOS感光组件1的摄像头盒子4外侧与电缆快插16连接，电缆快插16接分段推杆17，分段推杆17外装有滚轮18，全景摄像头的数据线的电缆19从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接。
如图4所示，LED灯充电线路板10给充电电池3充电，同时也可以给LED灯提供电源。
如图5所示，嵌入式全景视频图像处理系统以DSP+FPGA构成，DSP作为主处理器，FPGA作为协处理器。DSP发送命令给FPGA初始化系统，FPGA与CCD/CMOS摄像头的GigE千兆以太网口相连，获取原始的环状全景视频数据存储在SDRAM中，FPGA对一帧环状全景视频首先进行图像预处理：1)将图像进行色彩空间变化，将图像从原始的BAYER格式专程换全景图像展开法所需的YCbCr空间，并实时地将Y分量和CbCr分量写入SDRAM中2)将图像进行中值滤波进行滤波，去掉干扰和噪声；然后进行图像增强采用γ校正、对比度线性展宽点运算增强，最后为突出边缘采用拉普拉斯算的空域锐化处理，展开为柱面全景视频数据并在主控逻辑下存储在SDRAM中，处理完一帧全景视频图像数据后FPGA向DSP发送中断信号，DSP接到中断信号开始读取处理好的全景视频数据并存放在外部存储寄存器中，DSP根据用户要求对外部存储寄存器中的柱面全景视频采用查表法进行运算处理，对钢管内壁存在的缺陷孔洞、裂纹、皱褶进行分析，根据主要参数缺陷灰度的不同来确定钢管内部的缺陷，并通过视频接口显示在液晶显示器上。
如图6所示，整个系统的工作流程如下：
1.将整个机构安装在钢管内部，确认电机、摄像头、计算机等硬件设备连接正确；
2.启动ARM处理器，启动驱动电机，带动整个机构在驱动轮和从动轮带动下沿着钢管内壁前进，或者手动推动分段推杆，整个机构在滚轮支撑下沿钢管内壁前进；
3.系统运动的同事开始采集图像或视频，并通过嵌入式全景图像处理系统进行存储和显示；
4.当采集到裂纹或缺陷时，在数码显示管上显示出实际位置，(针对管径大于100mm的管子)。
Claims (5)
1.一种基于全景成像技术的钢管内壁检测方法，其特征在于：由PAL全景环形镜头和CCD/CMOS感光组件组成CCD/CMOS全景摄像头，通过驱动机构带动移动到钢管内壁，由LED灯提供光源，利用全景成像技术将钢管内壁的景象成像在CCD/CMOS感光组件上，通过数据线传输给嵌入式全景视频图像处理系统，将全景图像展开并显示输出在数字液晶显示器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于全景成像技术的钢管内壁检测方法，其特征在于：所述的嵌入式全景视频图像处理系统以DSP为主处理器，FPGA为协处理器，DSP控制整个系统的工作流程，向FPGA发出系统初始化，采集图像，读写SDRAM指令，并实时监看FPGA的运行状态；FPGA通过视频输入接口GigE千兆以太网口与带CCD/CMOS全景摄像头相连，负责原始图像数据预处理，接收DSP发送来的采集命令后，对采集到的原始图像数据实时的进行色彩空间的转换，在主控逻辑下写入SDRAM，待一帧图像采集完成后，DSP发出读命令，将图像数据读取，通过采用多级缓存的数据通信机制，采用查表法将图像展开，并通过视频接口实时显示输出。
3.根据权利要求1所述方法的一种基于全景成像技术的钢管内壁检测系统，其特征在于：在被测钢管(11)内将CCD/CMOS感光组件(1)安装在摄像头盒子(4)内，其上安装PAL全景环形镜头(15)，靠近CCD/CMOS感光组件(1)的摄像头盒子(4)外侧的四角上分别装有LED灯(2)，摄像头盒子(4)内安装充电电池(3)或LED充电线路板(10)，远离CCD/CMOS感光组件(1)的摄像头盒子(4)外侧与第一驱动支架的一端连接，第一驱动支架的另一端与电机支架(6)的一端连接，电机支架(6)的另一端经第二驱动支架连接框与第一驱动支架连接，第一驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自从动轮连接，电机支架(6)内安装驱动电机(7)，驱动电机(7)伸出轴上安装传动齿轮，传动齿轮带动第二驱动支架转动，第二驱动支架的两侧经各自的弹簧与各自驱动轮连接，全景摄像头的数据线和驱动电机的控制线组成的电缆(19)从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接，驱动电机的控制线与电机控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于全景成像技术的钢管内壁检测系统，其特征在于：所述的驱动电机的控制电路的ARM处理器(14)分别与电机I/O控制、位置反馈单元、键盘及LED驱动器连接，电机I/O控制与电机控制单元(13)连接，电机控制单元(13)与驱动电机(7)连接，电机键盘及LED驱动器与数码管显示连接。
5.根据权利要求1所述方法的一种基于全景成像技术的钢管内壁检测系统，其特征在于：在被测钢管(11)内将CCD/CMOS感光组件(1)安装在摄像头盒子(4)内，其上安装PAL全景环形镜头(15)，靠近CCD/CMOS感光组件(1)的摄像头盒子(4)外侧的四角上分别装有LED灯(2)，摄像头盒子(4)内安装充电电池(3)或LED充电线路板(10)，远离CCD/CMOS感光组件(1)的摄像头盒子(4)外侧与电缆快插(16)连接，电缆快插(16)接分段推杆(17)，分段推杆(17)外装有滚轮(18)，全景摄像头的数据线的电缆(19)从第二驱动支架中穿出，全景摄像头的数据线通过GigE千兆以太网口与嵌入式全景视频图像处理系统的FPGA连接。
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