CN110378884A - 管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法 - Google Patents

管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法 Download PDF

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Abstract

管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法，包括以下步骤：(1)在检测视频中自动识别接箍；(2)特征参数提取；(3)估计中心不动点坐标；(4)建立映射，建立原始图像和校正图像的映射关系，校正偏心影响；(5)配准和拼接，将视频图像逐帧进行校正和展开得到展开图像序列，然后将图像序列进行配准和拼接，就可得到管壁的完整的360°全景图像；利用该方法处理油气井管柱检测视频生成的井壁360全景展开图消除了成像失真和偏心失真，更利于观测和度量。

Description

管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法
技术领域
本发明属于石油行业油气井可视化检测领域，涉及一种对井下前视摄像机获取的连续视频图像进行处理的方法，特别涉及一种利用接箍对管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法。
背景技术
可视化检测是指通过井下摄像机获取油气井管壁图像，检测管柱腐蚀、结垢、变形、穿孔等情况，评估管柱的健康状况和使用寿命，为管柱维护、修复提供可靠依据。
相较于其他检测手段，可视化检测结果“眼见为实”“一目了然”，不需要解释即可直观了解油套管的工作状况。
由于物体的像的大小与物体与摄像机的距离有关，相同大小的物体，距离摄像头近时像尺寸大，距离摄像头远时像尺寸小。因此，摄像机拍摄到立体对象都是变形和失真的。井下摄像机在管柱内拍摄到的管壁图像也是变形失真的，给管柱缺陷的定量检测带来困难，因此需要一种图像处理方法消除管壁图像的变形和失真，为管壁缺陷的定量检测奠定基础。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种利用接箍对管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法，通过在检测视频中自动识别接箍，提取特征参数，通过三维建模和空间变换，建立原始图像和校正图像的映射关系，校正偏心影响；利用该方法处理油气井管柱检测视频生成的井壁360全景展开图，消除了成像失真和偏心失真，更利于观测和度量。
管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法，包括以下步骤：
(1)自动识别接箍
自动识别视频中的接箍，并在图像上绘制出接箍边缘的轮廓；
(2)特征参数提取
利用接箍在不同位置的两张图片进行接箍识别，并找到两个和接箍边缘最匹配的圆，记录圆心坐标和半径为o1(ox1，oy1),r1；o2(ox2，oy2),r2；
(3)估计中心不动点坐标
步骤2中两个圆的圆心连线的延长线与两个圆有四个交点，分别记为A(x11,y11)，B(x21,y21)，C(x12,y12)，D(x22,y22)，
其坐标按下列各式计算
A点坐标：
C点坐标：
B点坐标：
D点坐标：
两个圆心的距离为d，利用公式计算：
中心点不动点坐标(oox，ooy)按以下方法计算：
如果ox1＝ox2则oox＝ox1；
否则
如果oy1＝oy2则ooy＝oy1；
否则
(4)建立映射
(4.1)偏心校正映射
建立区域area1中坐标为(xt，yt)的点到区域area2中坐标为(xc，yc)的点的映射关系；其中：area1是两个偏心圆围成的环状区域,两个偏心圆的圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；area2是圆心为(oox，ooy)半径分别为r11，r22的两个同心圆围成的圆环；展开后图像尺寸为L×L，区域中心坐标为(L/2，L/2)。
(4.2)平面展开映射
建立两个圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；之间的区域area1中坐标为(xt，yt)点到边长为w×h的矩形区域中坐标为(x，y)的映射关系。
(4.3)偏心校正及展开变换
展开图像的高度为h；，当高度y在1到h之间变换时，x＝在1到360之间变化时，area1中圆心(ox,oy)半径为r(r1<r<r2)的圆，映射为area2中圆心为图像中心(L/2，L/2)，半径为r1+h(0<h<r2-r1)的圆；映射为area3中纵坐标为y的一条线。
其中，area3中的点(x,y)的点，与area1中圆心为(ox，oy)，半径为r，相位角为x的点(xt，yt)互为映射。
其中半径r
圆心坐标
area3中的点(x,y)与area2中的点(xc,yc)互为映射
(4.4)图像数据填充
根据4.3中的坐标映射关系，将原始图像中的数据填充得到展开变换图像和偏心校正图像；
(5)配准和拼接
将视频图像逐帧进行校正和展开得到展开图像序列，然后将图像序列进行配准和拼接，得到管壁的完整的360°全景图像。
本发明的优点：
(1)利用接箍的位置对视频进行偏心校正，无须额外的硬件对仪器在套管中的位置进行测量和定位。
(2)自动识别接箍算法的应用提高了处理效率。
(3)利用偏心校正算法消除了偏心失真。
(4)利用展开变换算法消除了立体成像失真。
(5)利用图像配准和拼接技术得到了管柱内壁的全景展开图像。
(6)全景展开图像将立体图像变换为平面图像，消除了图像失真，更易进行观测和度量。
附图说明
图1是接箍边缘的轮廓图像。
图2是接箍识别后找到的两个和接箍边缘最匹配的圆的示意图。
图3是两个圆的圆心连线的延长线与两个圆四个交点的示意图。
图4是图像变换映射关系。
图5是原始图像。
图6是展开图像。
图7是偏心校正图像。
图8是油管内壁全景图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法，包括以下步骤：
(1)自动识别接箍
通过边缘检测、形态学处理，特征参数提取，智能判决等方法自动识别视频中的接箍，并在图像上绘制出接箍边缘的轮廓。参照图1，在摄像机运动过程中连续识别接箍，可得到多个接箍边缘的轮廓。
(2)特征参数提取
利用接箍在不同位置的两张图片进行接箍识别，并找到两个和接箍边缘最匹配的圆，记录圆心坐标和半径为o1(ox1，oy1),r1；o2(ox2，oy2),r2；参照图2，如果摄像机在管柱中完全居中，o1和o2重合，否则，摄像机在管柱中是偏心的。
(3)估计中心不动点坐标
步骤2中两个圆的圆心连线的延长线与两个圆有四个交点，参照图3，分别记为A(x11,y11)，B(x21,y21)，C(x12,y12)，D(x22,y22)，其坐标按下列各式计算
A点坐标：
C点坐标：
B点坐标：
D点坐标：
两个圆心的距离为d，利用公式计算：
中心点不动点坐标(oox，ooy)按以下方法计算：
如果ox1＝ox2则oox＝ox1；
否则
如果oy1＝oy2则ooy＝oy1；
否则
(4)建立映射
(4.1)偏心校正映射
建立区域area1中坐标为(xt，yt)的点到区域area2中坐标为(xc，yc)的点的映射关系；其中：area1是两个偏心圆围成的环状区域,两个偏心圆的圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；area2是圆心为(oox，ooy)半径分别为r11，r22的两个同心圆围成的圆环；展开后图像尺寸为L×L，区域中心坐标为(L/2，L/2)。
(4.2)平面展开映射
参照图4，建立两个圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；之间的区域area1中坐标为(xt，yt)点到边长为w×h的矩形区域中坐标为(x，y)的映射关系。
(4.3)偏心校正及展开变换
展开图像的高度为h，当高度y在1到h之间变换时，x＝在1到360之间变化时，area1中圆心(ox,oy)半径为r(r1<r<r2)的圆，映射为area2中圆心为图像中心(180,180)半径r1+h(0<h<r2-r1)的圆；映射为area3中纵坐标为y的一条线。
其中，area3中的点(x,y)的点，与area1中圆心为(ox，oy)，半径为r，相位角为x的点(xt，yt)互为映射。
其中半径r
圆心坐标
area3中的点(x,y)与area2中的点(xc,yc)互为映射
(4.4)图像数据填充
参照图5、6、7，根据4.3中的坐标映射关系，将原始图像中的数据填充得到展开变换图像和偏心校正图像。
(5)配准和拼接
将视频图像逐帧进行校正和展开得到展开图像序列，然后将图像序列进行配准和拼接，就可得到管壁的完整的360°全景图像。参照图8，全景图像将立体管柱的图像转换为平面展开图像，并消除了偏心的影响，更易进行观测和度量。

Claims (1)

1.管内可视化检测视频进行偏心校正和展开变换的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)自动识别接箍
自动识别视频中的接箍，并在图像上绘制出接箍边缘的轮廓；
(2)特征参数提取
利用接箍在不同位置的两张图片进行接箍识别，并找到两个和接箍边缘最匹配的圆，记录圆心坐标和半径为o1(ox1，oy1),r1；o2(ox2，oy2),r2；
(3)估计中心不动点坐标
步骤2中两个圆的圆心连线的延长线与两个圆有四个交点，分别记为A(x11,y11)，B(x21,y21)，C(x12,y12)，D(x22,y22)，其坐标按下列各式计算
A点坐标：
C点坐标：
B点坐标：
D点坐标：
两个圆心的距离为d，利用公式计算：
中心点不动点坐标(oox，ooy)按以下方法计算：
如果ox1＝ox2则oox＝ox1；
否则
如果oy1＝oy2则ooy＝oy1；
否则
(4)建立映射
(4.1)偏心校正映射
建立区域area1中坐标为(xt，yt)的点到区域area2中坐标为(xc，yc)的点的映射关系；其中：area1是两个偏心圆围成的环状区域,两个偏心圆的圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；area2是圆心为(oox，ooy)半径分别为r11，r22的两个同心圆围成的圆环；展开后图像尺寸为L×L，区域中心坐标为(L/2，L/2)；
(4.2)平面展开映射
建立两个圆心坐标和半径分别为(ox1，oy1),r1；(ox2，oy2),r2；之间的区域area1中坐标为(xt，yt)点到边长为w×h的矩形区域中坐标为(x，y)的映射关系；
(4.3)偏心校正及展开变换
展开图像的高度为h；，当高度y在1到h之间变换时，x＝在1到360之间变化时，area1中圆心(ox,oy)半径为r(r1<r<r2)的圆，映射为area2中圆心为图像中心(180,180)半径r1+h(0<h<r2-r1)的圆；映射为area3中纵坐标为y的一条线；
其中，area3中的点(x,y)的点，与area1中圆心为(ox，oy)，半径为r，相位角为x的点(xt，yt)互为映射；
其中半径r
圆心坐标
area3中的点(x,y)与area2中的点(xc,yc)互为映射
(4.4)图像数据填充
根据4.3中的坐标映射关系，将原始图像中的数据填充得到展开变换图像和偏心校正图像；
(5)配准和拼接
将视频图像逐帧进行校正和展开得到展开图像序列，然后将图像序列进行配准和拼接，就可得到管壁的完整的360°全景图像。
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