CN112595266B - 一种用于管道检测的缺陷面积计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于管道检测的缺陷面积计算方法及系统，所述计算方法包括通过摄像头获取管道内部出现结构性缺陷处的图像信息，并获取拍摄时摄像头的水平视场角ω和垂直视场角β，以及摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S；根据所述水平视场角ω、所述垂直视场角β和所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，以及所述图像信息中所述缺陷部位对应的分辨率与所述图像信息的分辨率的比例，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积。本发明提供了一种用于管道检测的缺陷面积计算方法及系统，计算原理简便，计算结果精准。
Description
技术领域
本发明涉及管道检测领域。更具体地说，本发明涉及一种用于管道检测的缺陷面积计算方法及系统。
背景技术
当前，管网检测主要为检测机器人在管底爬行，通过获取视频信息对管道进行监测，发现管道的功能性缺陷，进行管道养护；评估结构性缺陷进行管道修复。
在现有技术中，对管道中结构性缺陷的评估往往根据机器人搭载的摄像头来对管道中的破损位置进行视频拍摄和截图，来获取管道中的结构性缺陷数据，亦或者通过二维激光雷达对管道机器人行进过程中的管道截面进行扫描，根据雷达点云数据进行管道三维数据重建，进而获得管道中的结构性缺陷数据。
然而现有技术中，根据视频或者图像数据进行缺陷评估，该方法大多依靠个人经验对管道缺陷量进行，容易导致实际量化数据与实际缺陷数据偏差较大，另外通过二维激光雷达点云数据来进行管道三维数据重建中，由于机器人行进过程中，遇到障碍物时会停滞不前，自身抖动等情况，容易导致管道数据失真严重；同一位置有多个重复帧数据；管心上下偏移等问题，导致对管道结构性缺陷量化产生误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管道检测的缺陷面积计算方法及系统，计算原理简便，计算结果精准。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，包括：
通过摄像头获取管道内部出现结构性缺陷处的图像信息，并获取拍摄时摄像头的水平视场角ω和垂直视场角β，以及摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S；
根据所述水平视场角ω、所述垂直视场角β和所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，以及所述图像信息中管道缺陷部位对应的分辨率与所述图像信息的分辨率的比例，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法中，根据所述水平视场角ω、所述垂直视场角β和所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，以及所述图像信息中管道缺陷部位对应的分辨率与所述图像信息的分辨率的比例，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积的方法如下：
计算所述图像信息对应的实际长度A：
A＝2S*tan(ω/2) (1)
计算所述图像信息对应的实际高度B：
B＝2S*tan(β/2) (2)
计算管道内部出现结构性缺陷处的实际面积C：
C＝ABx/y (3)
其中，x为所述图像信息中出现结构性缺陷处部分所对应的分辨率；y为所述图像信息对应的分辨率；
将式子(1)和式子(2)代入式子(3)中，得到：
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法中，所述获取所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S的步骤，具体包括：采用二维激光雷达测量摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法中，所述方法还包括，根据所述二维激光雷达和所述摄像头之间的位置差，对所述距离S进行修正，获得修正后的摄像头与管道内部结构缺陷处的距离。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法中，所述根据所述二维激光雷达和所述摄像头之间的位置差，对所述距离S进行修正，获得修正后的摄像头与管道内部结构缺陷处的距离的步骤具体包括：
所述二维激光雷达的激光发射方向与摄像头的拍摄方向平行，根据所述二维激光雷达以及摄像头的实际安装位置，计算在摄像头拍摄方向上的位置差ΔS；
计算摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S：
S＝S0-ΔS (5)
其中，S0为所述二维激光雷达测得的其与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离。
本发明还提供一种用于管道检测的缺陷面积计算系统，采用上述任一项所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，包括管道检测装置、测距模块和控制器，所述测距模块和所述控制器均设置在所述管道检测装置上，所述管道检测装置的控制系统和所述测距模块分别与所述控制器电连接。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算系统中，所述测距模块为二维激光雷达，且所述二维激光雷达的激光发射方向与所述管道检测装置的摄像头的拍摄方向平行。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算系统中，还包括无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与服务器或客户端。
本发明的将管道检测装置自带的摄像头与二维激光雷达结合，与传统的仅使用二维激光雷达进行点云数据收集和管道截面探测不同，本发明将二维激光雷达作为测距工具，对摄像头拍摄到的视频图像中的管道缺陷进行精准量化，计算原理简便，计算结果精准。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的摄像头拍摄时的水平视场角ω；
图2为本发明所述的摄像头拍摄时的垂直视场角β；
图3为本发明所述的用于管道检测的缺陷面积计算系统的电连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-图2所示，本发明的实施例提供一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，包括：
通过摄像头获取管道内部出现结构性缺陷处的图像信息，并获取拍摄时摄像头的水平视场角ω和垂直视场角β，以及摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S；
根据所述水平视场角ω、所述垂直视场角β和所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，以及所述图像信息中管道缺陷部位对应的分辨率与所述图像信息的分辨率的比例，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积：
计算所述照片对应的实际长度A：
A＝2S*tan(ω/2) (1)
计算所述照片对应的实际高度B：
B＝2S*tan(β/2) (2)
计算管道内部出现结构性缺陷处的实际面积C：
C＝ABx/y (3)
其中，x为所述图像信息中出现结构性缺陷处部分所对应的分辨率；y为所述图像信息对应的分辨率；
将式子(1)和式子(2)代入式子(3)中，得到：
该实施例中，一般的管道检测的机器人均安装有摄像头，并通过摄像头获取管道内的图像信息，本实施例中采用二维激光雷达测得摄像头与管壁之间的距离S，举一实例：已知摄像头的固定视场角中，水平视场角ω为52°，垂直视场角β为30°，通过二维激光雷达测得摄像头与管壁之间的距离S为45cm，则摄像头拍摄的视频中实际管道长度段L＝45×tan26×2，计算获得L＝43.9cm，同理可获得，视频中实际管道宽度H＝24.1cm。在显示装置中，分辨率为1920×1080，通过获取视频图像中管道缺口的分辨率为900×600分辨率，则通过比例换算，即可获得管道内缺陷处的实际大小为20.6×13.4cm。通过此方法，采用基于摄像头的视场角参数，采用二维激光雷达作为测距工具，实现对管道内结构性缺陷的尺寸进行精准测定。
优选的是，所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法中，采用二维激光雷达测量摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S；述二维激光雷达的激光发射方向与摄像头的拍摄方向平行，根据所述二维激光雷达以及摄像头的实际安装位置，计算在摄像头拍摄方向上的位置差ΔS；
计算摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S：
S＝S0-ΔS (5)
其中，S0为所述二维激光雷达测得的其与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离。
该实施例中，将二维激光雷达作为测距工具，对摄像头拍摄到的视频图像中的管道缺陷进行精准量化，计算原理简便，计算结果精准。
本发明的实施例还提供一种用于管道检测的缺陷面积计算系统，采用上述用于管道检测的缺陷面积计算方法，包括管道检测装置、测距模块和控制器，所述测距模块和所述控制器均设置在所述管道检测装置上，所述管道检测装置的控制系统和所述测距模块分别与所述控制器电连接。
该实施例中，控制器通过管道检测装置的控制系统获取管道内部出现结构性缺陷处的图像信息，并通过测距模块得到摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，然后对管道内缺陷处的实际大小进行计算。
优选地，作为本发明另外一个实施例，所述测距模块为二维激光雷达，且所述二维激光雷达的激光发射方向与所述管道检测装置的摄像头的拍摄方向平行。
该实施例中，一般情况下，由于二维激光雷达和摄像头的安装位置有差异，因此需要对二维激光雷达测得的距离S进行修正，通过获取二维激光雷达和摄像头之间的位置差值，对摄像头与管壁之间的距离进行修正，获得修正后的摄像头与管壁之间的距离值，再根据校准后的距离值，进行结构缺陷尺寸计算。
优选地，作为本发明另外一个实施例，还包括无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与服务器或客户端。
该实施例中，控制器通过无线通讯模块将管道内缺陷处的实时信息发送到服务器或客户端，便于工作人员及时处理。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (7)
1.一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，其特征在于，包括：
通过摄像头获取管道内部出现结构性缺陷处的图像信息，并获取拍摄时摄像头的水平视场角ω和垂直视场角β，以及摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S；
根据所述水平视场角ω、所述垂直视场角β和所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S，以及所述图像信息中管道缺陷部位对应的分辨率与所述图像信息的分辨率的比例，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积，具体的，计算获得所述图像信息中管道缺陷部位的实际面积的方法如下：
计算所述图像信息对应的实际长度A：
A＝2S*tan(ω/2) (1)
计算所述图像信息对应的实际高度B：
B＝2S*tan(β/2) (2)
计算管道内部出现结构性缺陷处的实际面积C：
C＝ABx/y (3)
其中，x为所述图像信息中出现结构性缺陷处部分所对应的分辨率；y为所述图像信息对应的分辨率；
将式子(1)和式子(2)代入式子(3)中，得到：
2.根据权利要求1所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，其特征在于，所述获取所述摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S的步骤，具体包括：采用二维激光雷达测量摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S。
3.根据权利要求2所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，其特征在于，所述方法还包括，根据所述二维激光雷达和所述摄像头之间的位置差，对所述距离S进行修正，获得修正后的摄像头与管道内部结构缺陷处的距离。
4.根据权利要求3所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算方法，其特征在于，所述根据所述二维激光雷达和所述摄像头之间的位置差，对所述距离S进行修正，获得修正后的摄像头与管道内部结构缺陷处的距离的步骤具体包括：
所述二维激光雷达的激光发射方向与摄像头的拍摄方向平行，根据所述二维激光雷达以及摄像头的实际安装位置，计算在摄像头拍摄方向上的位置差ΔS；
计算摄像头与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离S：
S＝S0-ΔS (5)
其中，S0为所述二维激光雷达测得的其与管道内部出现结构性缺陷处之间的距离。
5.一种用于管道检测的缺陷面积计算系统，采用如权利要求1-4任一项所述的用于管道检测的缺陷面积计算方法，其特征在于，包括管道检测装置、测距模块和控制器，所述测距模块和所述控制器均设置在所述管道检测装置上，所述管道检测装置的控制系统和所述测距模块分别与所述控制器电连接。
6.如权利要求5所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算系统，其特征在于，所述测距模块为二维激光雷达，且所述二维激光雷达的激光发射方向与所述管道检测装置的摄像头的拍摄方向平行。
7.如权利要求6所述的一种用于管道检测的缺陷面积计算系统，其特征在于，还包括无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与服务器或客户端。
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