CN111257342A - 相机定位系统和相机定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相机定位系统和相机定位方法，该相机定位系统包括：处理单元、相机单元、线光源、角度调节单元、旋转单元、支架以及管道机器人；线光源发出线型光束，线型光束照射至管道表面；旋转单元带动线光源与相机单元同步转动，以使线型光束垂直于管道的轴向；相机单元获取管道表面的定位图像，包括定位弧线；处理单元根据定位图像中的定位弧线的位置判断相机单元的光轴是否垂直于管道的表面，并在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，利用角度调节单元通过支架和旋转单元调节相机单元的光轴的角度，以使相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。由此，可实现对相机单元的角度的可控化调节，无需额外增加光源，调节方式方便且准确。

Description

相机定位系统和相机定位方法

技术领域

本发明涉及管道机器人的相机定位技术领域，尤其涉及一种相机定位系统和相机定位方法。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。

通常，管道机器人要求其激光相机模块中的相机光轴与管道表面垂直。但是，实际应用场景中，由于管道的管径不尽相同，需要对相机光轴进行调节，而人工调节不准确且不方便。

发明内容

本发明提供一种相机定位系统和相机定位方法，以实现对相机单元的角度的可控化调节，无需额外增加光源，调节方式方便且准确。

第一方面，本发明实施例提供一种相机定位系统，该相机定位系统包括：处理单元、相机单元、线光源、角度调节单元、旋转单元、支架以及管道机器人；

所述支架的一端与所述管道机器人固定连接，所述支架的另一端与所述旋转单元固定连接，所述相机单元和所述线光源均与所述旋转单元连接，用于在旋转单元的带动下同步转动，所述相机单元、所述线光源、所述角度调节单元以及所述旋转单元均与所述处理单元通讯；其中

所述线光源用于发出线型光束，所述线型光束照射至管道表面；

所述旋转单元用于带动所述线光源与所述相机单元同步转动，以使所述线型光束垂直于所述管道的轴向；

所述相机单元用于获取管道表面的定位图像，所述定位图像包括所述线型光束对应的定位弧线；

所述处理单元用于根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面，并在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，利用所述角度调节单元通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

在一实施例中，所述处理单元包括信号接收子单元、坐标确定子单元、坐标比较子单元和信号输出子单元；

所述信号接收子单元用于接收所述定位图像；

所述坐标确定子单元用于确定所述定位弧线的底部中心点的横坐标；

所述坐标比较子单元用于比较所述底部中心点的横坐标与所述定位图像的中轴线对应的横坐标；

所述信号输出子单元用于在所述底部中心点的横坐标与所述中轴线对应的横坐标不相等时，向所述角度调节单元发送角度调节信号。

在一实施例中，所述角度调节单元包括第一电机；

所述第一电机用于根据所述角度调节信号转动，以调节所述相机单元的光轴角度。

在一实施例中，所述角度调节单元包括第一显示屏；

所述第一显示屏用于根据所述角度调节信号，显示角度指示调节信息。

在一实施例中，所述线光源包括线激光器。

在一实施例中，该相机定位系统还包括高度调节单元；所述高度调节单元设置于所述支架中，且设置于所述角度调节单元与所述旋转单元之间；

所述高度调节单元用于在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，调节所述相机单元的高度。

在一实施例中，所述处理单元还用于判断所述定位弧线的底部中心点是否与所述定位图像的中心点重合；并在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，利用所述高度调节单元通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内。

在一实施例中，所述高度调节单元包括第二电机；

所述第二电机用于在所述处理单元的控制下调节所述相机单元的高度。

在一实施例中，所述高度调节单元包括第二显示屏；

所述第二显示屏用于在所述控制单元的控制下显示高度调节指示信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种相机定位方法，该相机定位方法应用第一方面提供的任一种相机定位系统执行，该相机定位方法包括：

所述线光源发出线型光束，所述线型光束照射至管道表面；

所述旋转单元带动所述线光源与所述相机单元同步转动，以使所述线型光束垂直于所述管道的轴向；

所述相机单元获取管道表面的定位图像，所述定位图像包括所述线型光束对应的定位弧线；

所述处理单元根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面；

所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

在一实施例中，所述处理单元包括信号接收子单元、坐标确定子单元、坐标比较子单元和信号输出子单元；所述处理单元根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面包括：

所述信号接收子单元接收所述定位图像；

所述坐标确定子单元确定所述定位弧线的底部中心点的横坐标；

所述坐标比较子单元比较所述底部中心点的横坐标与所述定位图像的中轴线对应的横坐标；

所述信号输出子单元在所述底部中心点的横坐标与所述中轴线对应的横坐标不相等时，向所述角度调节单元发送角度调节信号。

在一实施例中，所述角度调节单元包括第一电机；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面包括：

在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，所述第一电机接收所述角度调节信号，并根据所述角度调节信号转动，以驱动所述支架运动，实现调节所述相机单元的光轴角度。

在一实施例中，所述角度调节单元包括第一显示屏；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面包括：

在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，所述第一显示屏接收所述角度调节信号，并根据所述角度调节信号显示角度指示调节信息。

在一实施例中，所述相机定位系统还包括高度调节单元；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面之后，还包括：

所述处理单元根据所述定位图像，判断所述定位弧线的底部中心点是否与所述定位图像的中心点重合；

所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内。

在一实施例中，所述高度调节单元包括第二电机；所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内包括：

所述第二电机在所述处理单元的控制下、在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在预设高度范围内。

在一实施例中，所述高度调节单元包括第二显示屏；所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内包括：

所述第二显示屏在所述控制单元的控制下、在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，显示高度调节指示信息。

本发明实施例提供的相机定位系统包括：处理单元、相机单元、线光源、角度调节单元、旋转单元、支架以及管道机器人；支架的一端与管道机器人固定连接，支架的另一端与旋转单元固定连接，相机单元和线光源均与旋转单元连接，用于在旋转单元的带动下同步转动，相机单元、线光源、角度调节单元以及旋转单元均与处理单元通讯；其中，线光源用于发出线型光束，线型光束照射至管道表面；旋转单元用于带动线光源与相机单元同步转动，以使线型光束垂直于管道的轴向；相机单元用于获取管道表面的定位图像，定位图像包括线型光束对应的定位弧线；处理单元用于根据定位图像中的定位弧线的位置判断相机单元的光轴是否垂直于管道的表面，并在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，利用角度调节单元通过支架和旋转单元调节相机单元的光轴的角度，以使相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。由此，利用相机单元获取定位图像之后，可利用处理单元根据定位图像中定位弧线的特征，判断相机单元的光轴是否垂直于管道表面，并在二者不垂直时，利用角度调节单元、通过支架和旋转单元带动相机单元转动，以对相机单元的光轴角度进行调节，从而可实现对相机单元的角度的可控化调节，无需额外增加光源，调节方式方便且准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种相机定位系统的连接关系结构示意图；

图2为本发明实施例提供的相机定位系统的一种立体状态示意图；

图3为本发明实施例提供的相机定位系统的另一种立体状态示意图；

图4为本发明实施例提供的相机定位系统的又一种立体状态示意图；

图5为本发明实施例提供的相机定位系统的一种定位图像示意图；

图6为本发明实施例提供的相机定位系统的另一种定位图像示意图；

图7为本发明实施例提供的相机定位系统的又一种定位图像示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种相机定位系统的连接关系结构示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种相机定位系统的连接关系结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种相机定位方法的流程示意图；

图11为图10所示相机定位方法中，S340的一种细化流程示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种相机定位方法的流程示意图。

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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种用于管道机器人的相机定位系统和相机定位方法，该管道机器人及其相机定位系统内可应用于焊接过程中，示例性的，图1中示出了焊枪020。本发明实施例提供的相机定位系统和方法的改进点至少包括：能够利用激光图像获取模块(下文中也可简称为“模块”)自身的线激光器和相机，不需要额外的光源，只需要对模块加装可使线激光器和相机同步旋转90度的机械结构(即旋转单元)。根据定位图像上的激光线(即定位弧线)线条的形状，判断模块旋转方向，根据激光线在图像上的位置，判断模块到管道表面的距离，以此控制电机自动调节模块的角度和高度；其后，利用机械结构将线激光器与相机同步反转，便可实现其正常工作，例如焊缝跟踪等。

下面结合图1-图12，对本发明实施例提供的相机定位系统和相机定位方法进行示例性说明。

参照图1-图4，本发明实施例提供的相机定位系统10包括：处理单元110、相机单元131(也可称为“相机131”)、线光源132、角度调节单元140、旋转单元120、支架150以及管道机器人160；支架150的一端与管道机器人160固定连接，支架150的另一端与旋转单元120固定连接，相机单元131和线光源132均与旋转单元120连接，用于在旋转单元120的带动下同步转动，相机单元131、线光源132、角度调节单元140以及旋转单元120均与处理单元110通讯；其中，线光源132用于发出线型光束，线型光束照射至管道010的表面；旋转单元120用于带动线光源132与相机单元131同步转动，以使线型光束垂直于管道010的轴向；相机单元131用于获取管道010的表面的定位图像(示例性的，可参考图5、图6或图7)，定位图像包括线型光束对应的定位弧线210；处理单元110用于根据定位图像中的定位弧线210的位置判断相机单元131的光轴是否垂直于管道010的表面，并在相机单元131的光轴的位置不垂直于管道010的表面时，利用角度调节单元140通过支架150和旋转单元120调节相机单元131的光轴的角度，以使相机单元131的光轴的位置垂直于管道010的表面。

其中，相机单元131能够获取管道101表面的图像，线光源132发射出的光线照射到管道010的表面，对应形成定位图像中的定位弧线210。其中，相机单元131的光轴与管道010的表面的夹角不同时，定位弧线210在定位图像中的位置会随之发生变化。基于此，处理单元110可根据定位弧线210在定位图像中的位置，判断相机单元131的光轴是否与管道010的表面垂直，并在二者不垂直时，利用角度调节单元140调节支架150角度，以带动旋转单元120与相机单元131同步运动，从而实现相机单元131的光轴角度的调节。

示例性的，旋转单元120可将相机单元131与线光源132同步转动，以使线光源132出射的线型光束垂直于管道010的轴向，便于后续通过定位弧线的坐标位置，判断相机单元131的光轴是否垂直于管道010的表面；在调节相机单元131的光轴垂直于管道010的表面之后，利用旋转单元120反转相机单元131与线光源132，使二者回到正常工作状态时的位置，以便实现激光图像获取，例如可实现焊缝检测、焊缝跟踪等本领域技术人员可知的静态或动态激光图像检测功能。

由此，本发明实施例提供的相机定位系统10可利用模块自身的相机单元131和线光源132，无需增加额外的光源，而仅设置旋转单元120，即可实现对相机单元131的角度的调节。

需要说明的是，本发明实施例中的“垂直”并非数学意义上严格的90度，而是允许一定的误差存在，角度值可为90±α。以焊接工艺为例，α的大小与管道010的直径、焊接的精度需求、管道机器人以及本领域技术人员可知的其他因素相关，可为0.5°、1°、1.7°、3°或本领域技术人员可知的其他数值，本发明实施例对此不限定。

在一实施例中，参照图8，处理单元110包括信号接收子单元111、坐标确定子单元112、坐标比较子单元113和信号输出子单元114；信号接收子单元111用于接收定位图像；坐标确定子单元112用于确定定位弧线210的底部中心点的横坐标；坐标比较子单元113用于比较底部中心点的横坐标与定位图像的中轴线对应的横坐标；信号输出子单元114用于在底部中心点的横坐标与中轴线对应的横坐标不相等时，向角度调节单元140发送角度调节信号。

其中，信号接收子单元111能够接收相机单元131获取到的定位图像，为坐标确定子单元112确定定位弧线210的底部中心点的横坐标做准备；坐标确定子单元112对定位图像进行处理，得到定位弧线210的底部中心点的横坐标，为后续将该横坐标与定位图像的中轴线的横坐标进行比较作准备；坐标比较子单元113将定位弧线210的底部中心点的横坐标与定位图像的中轴线对应的横坐标进行比较，在二者相等时，说明相机单元131的光轴垂直于管道010的表面，则信号输出子单元114不输出角度调节信号，或者输出零角度调节信号；在二者不等时，说明相机单元131的光轴与管道010的表面不垂直，则信号输出子单元114输出角度调节信号，以驱动角度调节单元140利用支架150，使旋转单元120与相机单元131同步转动，对相机单元131的光轴的角度进行调节，直至相机单元131的光轴垂直于管道010的表面。

示例性的，图2示出了相机定位系统10用于正常图像检测相关过程时，各组成结构的相对位置关系，此时，线型光束平行于管道010的轴向。在图2的基础上，利用旋转单元120将相机单元131与线光源132同步旋转，例如转动90度，可使线型光束垂直于管道010的轴向，此状态下，基于线型光束在定位图像中对应的定位弧线的图像特征，可判断相机单元131的光轴是否垂直于管道010的表面。示例性的，图3示出了二者垂直的状态图，图4示出了二者不垂直的状态图。对应的，图5示出了相机单元131的光轴与管道010的表面垂直时，定位图像中的定位弧线(可称为第一定位弧线211)位置，此时，定位弧线210的底部中心点与中轴线重合，即二者横坐标相等；图6和图7分别示出了相机单元131的光轴相对于管道010的表面偏向不同侧时，定位图像中的定位弧线(可分别称为第二定位弧线212和第三定位弧线213)位置，示例性的，图6可代表相机单元131的光轴左偏时的定位图像，此时，定位弧线210的底部中心点相对于中心轴线偏左；后续调节时，由支架150转动，使相机单元131与线光源132在旋转单元120的带动下同步右转。图7可代表相机单元131的光轴右偏时的定位图像，此时，定位弧线210的底部中心点相对于中心轴线偏右；后续调节时，由支架150转动，使相机单元131与线光源132在旋转单元120的带动下同步左转。

与上文对“垂直”的说明类似的，本发明实施例中的“相等”，可理解为对应于误差允许范围内相等，具体的允许误差范围可根据相机定位系统10的需求设置，本发明实施例对此不赘述也不限定。

可理解的是，本发明实施例中，假设相机单元131的光轴垂直于管道010的轴向，从而无需考虑该方向上光轴的偏移。

同时，需要说明的是，图8中仅示例性的示出了对处理单元110的功能性划分方式，在实际产品结构中，处理单元110内的各子单元可相互集成，以本领域技术人员可知的任一产品形态呈现。

在上述实施例中，角度调节单元140可为自动调节机构，或为指示操作人员进行调节动作的指示机构，即整体为手动调节机构，下文中分情况说明。

在一实施例中，继续参照图2、图3或图4，角度调节单元140包括第一电机；第一电机用于根据角度调节信号转动，以调节相机单元131的光轴角度。

其中，第一电机在处理单元110的控制下驱动支架150运动，支架150带动旋转单元120运动，旋转单元120带动相机单元131同步运动，从而实现对相机单元131的光轴角度的调节，即实现角度自动调节。

在一实施例中，角度调节单元140包括第一显示屏(图中未示出)；第一显示屏用于根据角度调节信号，显示角度指示调节信息。

其中，第一显示屏在处理单元110的控制下显示角度调节信息，操作人员可根据该角度调节信息对支架150的角度进行调整，并利用旋转单元120与相机单元131同步运动，以实现对相机单元131的光轴角度的调整，即实现角度手动调节。

在其他实施方式中，还可采用手动调节结合自动调节的角度调节方式。例如，角度偏差较大时采用手动调节，至角度偏差较小时，采用自动调节，本发明实施例对此不限定。

在一实施例中，继续参照图2、图3或图4，线光源132包括线激光器。

其中，线激光器出射的光线平行性较好，且能量较高，从而其对应的定位弧线在定位图像中的清晰度较高，便于对定位弧线的底部中心点精确定位，从而有利于准确计算相机单元131的光轴偏差的角度，有利于提高调节精度。

示例性的，对于焊接用的管道机器人而言，该相机定位系统10中的线激光器可为激光图像获取模块自身的线激光器，从而无需引入额外的光源。

在其他实施方式中，线光源132还可采用本领域技术人员可知的其他类型的光源，本发明实施例对此不赘述也不限定。

在上述实施例的基础上，为使相机单元131的成像较清晰，还可对相机单元的高度进行调节，下文中结合图1、图5和图6进行示例性说明。

在一实施例中，参照图9，以及结合图2、图3或图4，该相机定位系统10还包括高度调节单元170；高度调节单元170设置于支架150中，且设置于角度调节单元140与旋转单元120之间；高度调节单元170用于在相机单元131的高度不在预设高度范围内时，调节相机单元131的高度。

其中，上述预设高度范围可确保相机单元131成像时具有较高的清晰度，从而便于对管道010的表面状态的监测。基于此，当相机单元131的高度不在上述预设高度范围时，相机单元131的成像效果较差；此时，需要通过高度调节单元170对相机单元131的高度进行调节，以使其高度在预设高度范围内。

可理解的是，相机单元120的高度为相机单元131与管道010的表面之间的距离。

同时，通过设置高度调节单元170在角度调节单元140与相机单元131之间，可使得，在进行角度调节时，高度调节单元170与相机单元131均以角度调节单元140为圆心，沿不同的半径同步转动；而角度调节单元170仅改变相机单元131相对于管道010的表面的高度，而不再引起其角度的变化。

在其他实施方式中，还可将角度调节单元140设置于高度调节单元170与相机单元131之间，本发明实施例对此不限定。

在一实施例中，处理单元110还用于判断定位弧线的底部中心点是否与定位图像的中心点重合；并在定位弧线的底部中心点不与定位图像的中心点重合时，利用高度调节单元170通过支架和旋转单元调节相机单元131的高度，以使相机单元131的高度在预设高度范围内。

如此，可实现对相机单元131的高度的调节。

在其他实施方式中，在高度误差允许范围内，判断条件还可为：定位弧线的底部中心点与定位图像的中心点之间的距离是否小于一预设距离，若是，则可认为相机单元131的高度在预设高度范围内。本段中的“预设距离”可根据允许高度误差范围设置，本发明实施例对此不赘述也不限定。

在上述实施例中，与角度调节类似的，高度调节结构可为自动调节机构，或为手动调节相关机构，下面分情况进行示例性说明。

在一实施例中，继续参照图2、图3或图4，高度调节单元170包括第二电机；第二电机用于在处理单元110的控制下调节相机单元131的高度。

其中，第二电机在处理单元110的控制下驱动连接于其与旋转单元120之间的支架150在垂直于相机单元131的光轴方向上平动，以实现对相机单元131的高度的调节，即实现高度自动调节。

在一实施例中，高度调节单元170包括第二显示屏(图中未示出)；第二显示屏用于在处理单元110的控制下显示高度调节指示信息。

其中，第二显示屏在处理单元110的控制下显示高度调节信息，操作人员可根据该高度调节信息对支架150的高度进行调整，从而实现对旋转单元120以及与其旋转连接的相机单元131的高度的调节，即实现高度手动调节。

在其他实施方式中，还可采用手动调节结合自动调节的高度调节方式。例如，高度偏差较大时采用手动调节，至高度偏差较小时，采用自动调节，本发明实施例对此不限定。

需要说明的是，上述实施方式中，图1、图8和图9仅示例性的示出了各单元或子单元的信号传输关系，其信号传输方式可为有线传输或为无线传输，本发明实施例对此不限定。

同时，上述实施方式中，图5-图7仅示例性的示出了定位图像中的定位弧线210整体呈左右延伸分布。在其他实施方式中，当中心轴沿横向延伸时，定位弧线210在定位图像中还可呈上下延伸分布，本发明实施例对此不作限定。

在其他实施方式中，管道机器人及其相机定位系统10还可包括本领域技术人员可知的其他结构部件，本发明实施例对此不赘述也不限定。

在上述实施方式的基础上，基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种相机定位方法，该相机定位方法可应用上述实施方式提供的任一种相机定位系统执行。因此，该相机定位方法也具有上述实施方式中的相机定位系统所具有的技术效果，相同之处可参照上文中对相机定位系统的解释说明进行理解，下文中不再赘述。下面结合图10-图12，对本发明实施例提供的相机定位方法进行示例性说明。

示例性的，在图1-图7的基础上，参照图10，该相机定位方法包括：

S310、线光源发出线型光束，线型光束照射至管道表面。

该步骤在管道表面形成对应于线光源的弧状光斑，为后续S330中形成定位图像中的定位弧线作准备。

S320、旋转单元带动线光源与相机单元同步转动，以使线型光束垂直于管道的轴向。

该步骤中，旋转单元转动，以带动相机单元和线光源同步转动，使线型光束在管道的表面的打光发生变化，具体的，线型光束垂直于管道的轴向，其可携带相机单元的光轴角度相关信息，为后续S330作准备。

S330、相机单元获取管道表面的定位图像，定位图像包括线型光束对应的定位弧线。

该步骤中，相机单元可拍摄管道的表面图像，即形成定位图像；定位图像中包括对应于线光源的定位弧线。

S340、处理单元根据定位图像中的定位弧线的位置判断相机单元的光轴是否垂直于管道的表面。

该步骤中，处理单元接收相机单元获取到的定位图像，并利用图像处理方法，自动检测定位图像中定位弧线的底部中心点的图像坐标，此处仅利用横坐标，并根据图像坐标计算其与定位图像的中轴线的距离。后续S350中，根据距离是否为0(即是否重合)的结果，对相机单元的光轴角度进行调节。

示例性的，以相机单元的光轴对应的中心轴纵向延伸为例，定位弧线左右延伸分布于定位图像中；若定位弧线的底部中心点与中轴线的距离为0，则相机单元的光轴与管道表面垂直，若不为0，则二者不垂直。

S350、角度调节单元在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过支架和旋转单元调节相机单元的光轴的角度，以使相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

其中，角度调节单元带动支架在管道的径向平面内转动，带动旋转单元、相机单元以及线光源同步转动，以实现对相机单元的光轴角度的调节。

示例性的，角度调节方式可包括角度自动调节和/或角度手动调节，下文中分情况进行示例性说明。

在一实施例中，基于图8示出的相机定位系统的结构，对本发明实施例提供的相机定位方法中S340进行细化说明。示例性的，参照图11，S340可包括：

S341、信号接收子单元接收定位图像。

该步骤中，信号接收子单元接收相机单元获取到的管道表面的图像，该图像即包括定位弧线的定位图像。

S342、坐标确定子单元确定定位弧线的底部中心点的横坐标。

示例性的，该步骤可包括：对定位图像二值化，获取二值图像；然后，根据连通区域检测的方法提取定位弧线的底部中心点区域的像素，计算其重心，作为光点坐标输出，即得到定位弧线的底部中心点的坐标，包括其横坐标。

在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他图像处理技术得到上述坐标，本发明实施例对此不赘述也不限定。

S343、坐标比较子单元比较底部中心点的横坐标与定位图像的中轴线对应的横坐标。

示例性的，该步骤可包括：将定位弧线的底部中心点的横坐标和定位图像的中轴线的横坐标做差，判断运算结果是否等于0，若是，则二者相等，即重合；否则二者不重合；或包括：将定位弧线的底部中心点的横坐标和定位图像的中轴线的横坐标做比，判断运算结果是否等于1，若是，则二者重合；否则二者不重合。

在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他比较方式确定定位弧线的底部中心点的横坐标和定位图像的中轴线的横坐标的相对大小，本发明实施例对此不赘述也不限定。

S344、信号输出子单元在底部中心点的横坐标与中轴线对应的横坐标不相等时，向角度调节单元发送角度调节信号。

其中，当二者不重合时，相机单元的光轴与管道表面不垂直，此时需要向角度调节单元发送角度调节信号，为后续实现相机单元的光轴角度调节提供指导。

在上述相机定位方法中，基于角度调节单元的具体结构不同，角度调节方式可包括角度自动调节和/或角度手动调节，下面分情况进行示例性说明。

可选的，角度调节单元包括第一电机。

基于此，S350可包括：在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，第一电机接收角度调节信号，并根据角度调节信号转动，以驱动支架运动，实现调节相机单元的光轴角度。

示例性的，若定位弧线相对于中轴线偏左，则控制第一电机转动方向，使二者逐渐接近；否则，控制第一电机往相反方向转动，使二者逐渐接近。

如此，实现角度自动调节。

可选的，角度调节单元包括第一显示屏。

基于此，S350可包括：在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，第一显示屏接收角度调节信号，并根据角度调节信号显示角度指示调节信息。

该步骤中，第一显示屏在处理单元的控制下，向操作人员呈现角度指示调节信息，以为操作人员对相机单元的光轴角度调节提供参考，即为后续手动调节提供参考，便于实现相机单元的光轴角度的准确调节。

其后，操作人员可手动调节相机单元的光轴角度，并实时观察第一显示屏呈现的角度指示调节信息，直至相机单元的光轴垂直于管道表面为止。

如此，实现角度手动调节。

在上述实施方式的基础上，相机定位系统还包括高度调节单元；以实现对相机单元的高度的调节，有利于获取清晰度较高的管道表面图像。

基于此，参照图10，该相机定位方法可包括：

S410、线光源发出线型光束，线型光束照射至管道表面。

S420、旋转单元带动线光源与相机单元同步转动，以使线型光束垂直于管道的轴向。

S430、相机单元获取管道表面的定位图像，定位图像包括线型光束对应的定位弧线。

S440、处理单元根据定位图像中的定位弧线的位置判断相机单元的光轴是否垂直于管道的表面。

S450、角度调节单元在相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过支架和旋转单元调节相机单元的光轴的角度，以使相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

其后，处理单元根据定位图像中的定位弧线的图像特征判断相机单元的高度是否在预设高度范围内，可执行S460。

S460、处理单元根据定位图像，判断定位弧线的底部中心点是否与定位图像的中心点重合。

其中，定位图像中的定位弧线的图像特征，与相机单元的高度相对应，即根据定位图像中的定位弧线可得到相机单元的高度。在此基础上，若定位弧线的底部中心点与定位图像的中心点重合，相机单元的高度在预设高度范围内，则其呈现较清晰，无需高度调节；若定位弧线的底部中心点不与定位图像的中心点重合，相机单元的高度不在预设高度范围内，则其成像清晰度交叉，需要进行高度调节，即执行S470。

S470、高度调节单元在定位弧线的底部中心点不与定位图像的中心点重合时，通过支架和旋转单元调节相机单元的高度，以使相机单元的高度在预设高度范围内。

其中，高度调节方式可包括高度自动调节和/或高度手动调节，下面分情况进行示例性说明。

可选的，高度调节单元包括第二电机。

基于此，S470可包括：第二电机在处理单元的控制下、在相机单元的高度不在预设高度范围内时，调节相机单元的高度，以使相机单元的高度在预设高度范围内。

示例性的，若定位弧线的底部中心点与定位图像的中心点之间的距离较大，则控制第二电机转动，带动旋转单元和相机单元平动，使二者之间的距离逐渐减小，即使定位弧线的底部中心点向中心点运动；若第二电机转动后，二者之间的距离变大，则控制第二电机往相反方向转动，以使二者之间的距离逐渐减小，直至重合。

如此，实现高度自动调节。

可选的，高度调节单元包括第二显示屏。

基于此，S470可包括：第二显示屏在控制单元的控制下、在相机单元的高度不在预设高度范围内时，显示高度调节指示信息。

该步骤中，第二显示屏在处理单元的控制下，向操作人员呈现高度指示调节信息，以为操作人员对相机单元的高度调节提供参考，即为后续手动高度调节提供参考，便于实现相机单元的高度的准确调节。

其后，操作人员手动调节相机单元的高度，并实时观察第二显示屏呈现的高度指示调节信息，直至相机单元的高度在预设高度范围内为止。

如此，实现高度手动调节。

在上述实施方式的基础上，结合图10和图12，在S310或S410之前，还可包括：操作人员手动大致调节相机单元的光轴角度和高度，以使其获取的管道表面图像上能包括线光源对应的定位弧线。

本发明实施例提供的相机定位系统和相机定位方法，通过利用激光图像获取模块(下文中也可简称为“模块”)自身的线激光器和相机，不需要额外的光源，只需要对模块加装可使线激光器和相机同步旋转90度的机械结构(即旋转单元)。根据定位图像上的激光线(即定位弧线)线条的形状，判断模块旋转方向，根据激光线在图像上的位置，判断模块到管道表面的距离，以此控制电机自动调节模块的角度和高度，以获得较清晰的图像，便于方便准确地对相机单元的光轴角度和高度进行调整。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、任意组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (16)

1.一种相机定位系统，其特征在于，包括：处理单元、相机单元、线光源、角度调节单元、旋转单元、支架以及管道机器人；

所述支架的一端与所述管道机器人固定连接，所述支架的另一端与所述旋转单元固定连接，所述相机单元和所述线光源均与所述旋转单元连接，用于在旋转单元的带动下同步转动，所述相机单元、所述线光源、所述角度调节单元以及所述旋转单元均与所述处理单元通讯；其中

所述线光源用于发出线型光束，所述线型光束照射至管道表面；

所述旋转单元用于带动所述线光源与所述相机单元同步转动，以使所述线型光束垂直于所述管道的轴向；

所述相机单元用于获取管道表面的定位图像，所述定位图像包括所述线型光束对应的定位弧线；

所述处理单元用于根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面，并在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，利用所述角度调节单元通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

2.根据权利要求1所述的相机定位系统，其特征在于，所述处理单元包括信号接收子单元、坐标确定子单元、坐标比较子单元和信号输出子单元；

所述信号接收子单元用于接收所述定位图像；

所述坐标确定子单元用于确定所述定位弧线的底部中心点的横坐标；

所述坐标比较子单元用于比较所述底部中心点的横坐标与所述定位图像的中轴线对应的横坐标；

所述信号输出子单元用于在所述底部中心点的横坐标与所述中轴线对应的横坐标不相等时，向所述角度调节单元发送角度调节信号。

3.根据权利要求2所述的相机定位系统，其特征在于，所述角度调节单元包括第一电机；

所述第一电机用于根据所述角度调节信号转动，以调节所述相机单元的光轴角度。

4.根据权利要求2所述的相机定位系统，其特征在于，所述角度调节单元包括第一显示屏；

所述第一显示屏用于根据所述角度调节信号，显示角度指示调节信息。

5.根据权利要求1所述的相机定位系统，其特征在于，所述线光源包括线激光器。

6.根据权利要求1所述的相机定位系统，其特征在于，还包括高度调节单元；所述高度调节单元设置于所述支架中，且设置于所述角度调节单元与所述旋转单元之间；

所述高度调节单元用于在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，调节所述相机单元的高度。

7.根据权利要求6所述的相机定位系统，其特征在于，所述处理单元还用于判断所述定位弧线的底部中心点是否与所述定位图像的中心点重合；并在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，利用所述高度调节单元通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内。

8.根据权利要求7所述的相机定位系统，其特征在于，所述高度调节单元包括第二电机；

所述第二电机用于在所述处理单元的控制下调节所述相机单元的高度。

9.根据权利要求7所述的相机定位系统，其特征在于，所述高度调节单元包括第二显示屏；

所述第二显示屏用于在所述控制单元的控制下显示高度调节指示信息。

10.一种相机定位方法，其特征在于，应用权利要求1-9任一项所述的相机定位系统执行，该相机定位方法包括：

所述线光源发出线型光束，所述线型光束照射至管道表面；

所述旋转单元带动所述线光源与所述相机单元同步转动，以使所述线型光束垂直于所述管道的轴向；

所述相机单元获取管道表面的定位图像，所述定位图像包括所述线型光束对应的定位弧线；

所述处理单元根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面；

所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面。

11.根据权利要求10所述的相机定位方法，其特征在于，所述处理单元包括信号接收子单元、坐标确定子单元、坐标比较子单元和信号输出子单元；所述处理单元根据所述定位图像中的定位弧线的位置判断所述相机单元的光轴是否垂直于管道的表面包括：

所述信号接收子单元接收所述定位图像；

所述坐标确定子单元确定所述定位弧线的底部中心点的横坐标；

所述坐标比较子单元比较所述底部中心点的横坐标与所述定位图像的中轴线对应的横坐标；

所述信号输出子单元在所述底部中心点的横坐标与所述中轴线对应的横坐标不相等时，向所述角度调节单元发送角度调节信号。

12.根据权利要求11所述的相机定位方法，其特征在于，所述角度调节单元包括第一电机；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面包括：

在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，所述第一电机接收所述角度调节信号，并根据所述角度调节信号转动，以驱动所述支架运动，实现调节所述相机单元的光轴角度。

13.根据权利要求11所述的相机定位方法，其特征在于，所述角度调节单元包括第一显示屏；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面包括：

在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，所述第一显示屏接收所述角度调节信号，并根据所述角度调节信号显示角度指示调节信息。

14.根据权利要求10所述的相机定位方法，其特征在于，所述相机定位系统还包括高度调节单元；所述角度调节单元在所述相机单元的光轴的位置不垂直于管道的表面时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的光轴的角度，以使所述相机单元的光轴的位置垂直于管道的表面之后，还包括：

所述处理单元根据所述定位图像，判断所述定位弧线的底部中心点是否与所述定位图像的中心点重合；

所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内。

15.根据权利要求14所述的相机定位方法，其特征在于，所述高度调节单元包括第二电机；所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内包括：

所述第二电机在所述处理单元的控制下、在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在预设高度范围内。

16.根据权利要求14所述的相机定位方法，其特征在于，所述高度调节单元包括第二显示屏；所述高度调节单元在所述定位弧线的底部中心点不与所述定位图像的中心点重合时，通过所述支架和所述旋转单元调节所述相机单元的高度，以使所述相机单元的高度在所述预设高度范围内包括：

所述第二显示屏在所述控制单元的控制下、在所述相机单元的高度不在预设高度范围内时，显示高度调节指示信息。

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