CN114396894A - 激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置及方法 - Google Patents

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CN114396894A CN202210114876.3A CN202210114876A CN114396894A CN 114396894 A CN114396894 A CN 114396894A CN 202210114876 A CN202210114876 A CN 202210114876A CN 114396894 A CN114396894 A CN 114396894A
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Abstract

基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置及方法，包括：爬行器，用于在管道内部进行移动测量；半透明平面玻璃板和单目光点定位相机组成偏离测量模块，用于获取测量截面相对测量基线的偏离值，与爬行器刚性连接且相对位置确定；姿态传感器，用于获取爬行器的姿态变换；激光测距装置，用于获取爬行器的轴向位移。本发明无需激光测距装置发出的激光线与管道轴线重合或平行，只简单要求激光线能够穿过管道、不与管壁相交，即可实现管道直线度误差的快速、高精度现场测量。

Description

激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光电检测技术与图像处理领域，特别涉及一种基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置及方法。
背景技术
随着我国经济与科技水平的快速提升，在诸多领域中各类管道被广泛使用，例如军事、石油、化工及冶金行业等。直线度是衡量管道质量的主要指标之一，在一些应用场合对管道的直线度有较高要求，如使用管道进行液体运输时应保证管道直线度误差为0，否则管道弯曲会为管壁带来额外冲击，进而严重影响管道的使用寿命或导致管壁破裂、引发安全事故。因此，管道直线度与经济利益直接相关、更关系到相关应用领域的安全问题。一些管道工件在成型之初就存在一定的弯曲、或在使用过程中产生弯曲，所以需发展出一种完备的管道直线度检测方法，对管道进行定期质量检测。
当前对管道直线度测量多采用基于光线基准的直线度测量方法，如PSD芯片激光测量法：推动激光器在被测管道中移动，激光器投射激光在PSD芯片上，当管道发生弯曲时PSD芯片上激光能量中心坐标值将发生变化，计算坐标变化值就可求出管道直线度误差。这种方法需保证激光器投射的激光与管道轴线严格重合，在实际操作中该要求难以达到，从而带来较大误差；同时利用手动推杆推动激光器在管道中移动会带来额外的抖动从而造成测量误差，推动速度不均匀也会为测量结果带来误差。此外，黄战华等人在专利号为201710215952 .9的发明专利“管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法”中提出了一种管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法，该方法利用激光测头和旋转电机测得回转中心到管道内壁的径向尺寸与周向角度位置、利用激光器组投射在姿态探测器靶面上的激光斑成像位置变化计算出激光测头的姿态变化、利用拉线传感器测得激光测头的轴向位移，在此基础上得到管道内壁3D形貌，进而测得管道直线度。尽管该方法考虑了对姿态偏差的修正、能够实现较高精度的管道内壁3D 恢复和直线度测量，但旋转电机自身带来的抖动无法消除从而引入了系统误差；激光器组投射的激光线需严格与管道轴线平行以保证姿态测量准确，实际操作难度较大；同时拉线传感器精度有限，不能满足较高精度要求的场合。
因此，亟需一种无需激光线与管道轴线重合、全自动的测量方法与装置，实现灵活、快速、高效的管道直线度测量。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于爬行器和激光测距装置的管道直线度检测方法与装置：管道内部安放爬行器进行移动测量，管道外部架设的激光测距装置投射激光斑在爬行器尾部的半透明平面玻璃板上。激光测距装置测量爬行器的轴向位移量；爬行器尾部单目光点定位相机拍摄半透明平面玻璃板上的激光斑图像，该激光斑的成像位置反映测量截面相对测量基线的偏离值。在此基础上用两端点连线法对上述数据进行处理，得到管道的直线度误差。同时，爬行器内置的姿态传感器测量出爬行器在管道中的旋转量，根据该旋转量修正爬行器旋转对激光斑成像带来的影响，保证直线度的测量精度。该方法和装置利用爬行器进行自动测量，保证测量过程匀速稳定；同时无需激光线与管道轴线重合，只需保证激光线不投射在管壁上。操作过程方便简单，可实现管道直线度的全自动、高精度测量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是如下实现的：
一种基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置，包括：爬行器，用于在管道内部进行移动测量。一块半透明平面玻璃板和一个单目光点定位相机，与爬行器刚性连接且相对位置确定。姿态传感器，用于获取爬行器的姿态变换。光点定位相机和玻璃板组成偏离测量模块，用于获取测量截面相对测量基线的偏离值。激光测距装置，用于获取爬行器的轴向位移。
本发明还公开一种基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测方法，包括以下步骤：
步骤11、在被测管道外部架设激光测距装置，在被测管道内部安放爬行器，爬行器尾部安装一块半透明平面玻璃板以及一个正对该玻璃板的单目光点定位相机，同时爬行器内置一个姿态传感器；
步骤12、根据步骤11搭建的测量环境，爬行器在管道中移动测量直线度时：激光测距装置投射激光斑在爬行器尾部的玻璃板上，获取爬行器的轴向位移量；光点定位相机同步拍摄玻璃板上的激光斑图像，上位机实时解算出激光斑的成像位置；姿态传感器实时监测爬行器姿态变化情况，输出爬行器的周向旋转量，上位机根据该旋转量对存在旋转情况的激光斑成像位置进行修正，使其相对初始位置没有旋转；
步骤13、根据步骤12的爬行器轴向位移量和激光斑成像位置，使用两端点连线法对上述数据进行处理，解算出管道的直线度误差，实现管道直线度测量。
步骤11架设激光测距装置时，应保证激光测距装置发出的激光能够通过整根待测量管道，不与管道内壁相交。
优选为：步骤11安装的半透明平面玻璃板应满足如下三个条件：（1）半透明平面玻璃板的透明度应保证反射的激光斑亮度能够使激光测距装置正常工作，且单目光点定位相机能够从玻璃板另一侧拍摄到明显的激光斑图像；（2）玻璃板整体与爬行器主体机身垂直；（3）玻璃板上应加工2个及以上的标记点，其中一个标记点位于玻璃板中心，其余标记点指示方位，通过标记点即可确定激光斑在玻璃板上的成像位置。同时，在光点定位相机安装完毕后，还需对玻璃板进行标定，计算出玻璃板在光点定位相机坐标系中的平面方程
Figure 587304DEST_PATH_IMAGE001
。
优选为：在步骤12中，爬行器在管道中移动进行直线度误差测量时，上位机触发激光测距装置、光点定位相机与姿态传感器同步工作输出数据，保证各模块的输出数据能够对应匹配。
优选为：在步骤12中解算爬行器的轴向位移量时，记爬行器在初始位置时激光测距装置的输出为
Figure 271226DEST_PATH_IMAGE002
，爬行器在行进过程中激光测距装置的输出为
Figure 111137DEST_PATH_IMAGE003
，则爬行器的轴向位移量
Figure 159779DEST_PATH_IMAGE004
。
优选为：在步骤12中解算激光斑成像位置时，按照如下步骤进行计算：
（1）提取激光斑中心点：基于Hessian矩阵提取激光斑的中心点，取Hessian矩阵两特征值相同且同为负的图像点作为中心点待选点，在此基础上对目标像素点进行二阶泰勒展开，并求出展开式在特征向量方向上的一阶方向导数，令导数取0即可求得亚像素光斑中心点
Figure 729431DEST_PATH_IMAGE005
；
（2）计算激光斑相机坐标：基于相机的透视投影成像模型得到激光斑相机坐标
Figure 521938DEST_PATH_IMAGE006
与中心点坐标
Figure 911462DEST_PATH_IMAGE007
之间的约束关系：
Figure 509934DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 199672DEST_PATH_IMAGE009
与
Figure 163080DEST_PATH_IMAGE010
是相机在x、y轴方向上的归一化焦距，
Figure 508742DEST_PATH_IMAGE011
与
Figure 176484DEST_PATH_IMAGE012
是相机主点坐标，上述参数都已通过对光点定位相机的事先标定得到。同时，激光斑相机坐标
Figure 720729DEST_PATH_IMAGE006
满足权利要求3中标定得到的玻璃板平面方程
Figure 58300DEST_PATH_IMAGE013
，联立前述约束关系，得到激光斑相机坐标：
Figure 281471DEST_PATH_IMAGE014
Figure 159428DEST_PATH_IMAGE015
Figure 27021DEST_PATH_IMAGE016
（3）解算激光斑成像位置：对权利要求3中所述玻璃板上加工的标记点，通过上述方法求出标记点的相机坐标，基于这些相机坐标在玻璃板平面上构建玻璃板平面坐标系
Figure 66653DEST_PATH_IMAGE017
：其中玻璃板中心的标记点为坐标系原点，坐标系的横轴和纵轴根据其余标记点指示的方位进行构建；根据已获取的激光斑相机坐标解算出激光斑在玻璃板平面坐标系
Figure 918065DEST_PATH_IMAGE017
中的成像坐标
Figure 927609DEST_PATH_IMAGE018
，该坐标反映测量截面相对测量基线的偏离值。
优选为：步骤12使用姿态传感器得到的爬行器周向旋转量θ对得到的成像坐标
Figure 446447DEST_PATH_IMAGE018
进行修正，修正后的成像坐标为：
Figure 934277DEST_PATH_IMAGE019
优选为：所述步骤13进一步包括：根据爬行器轴向位移量
Figure 7407DEST_PATH_IMAGE020
与成像坐标
Figure 961587DEST_PATH_IMAGE021
或修正后的成像坐标
Figure 928406DEST_PATH_IMAGE022
，合成能代表测量截面轴线位移和相对测量基线偏离值的三维向量
Figure 513102DEST_PATH_IMAGE023
，对
Figure 604686DEST_PATH_IMAGE024
按两端点连线法进行处理，计算直线度误差，具体步骤如下：
（1）计算两个三维向量
Figure 628137DEST_PATH_IMAGE024
与
Figure 183883DEST_PATH_IMAGE025
构成的方向向量：
Figure 267377DEST_PATH_IMAGE026
当方向向量
Figure 783940DEST_PATH_IMAGE027
处处相同时，表明管道不存在直线度误差；当管道存在弯曲情况时，取出现次数最多的方向向量作为基线方向
Figure 673399DEST_PATH_IMAGE028
；
（2）在三维空间中作出各三维向量，连接首末两个三维向量
Figure 286914DEST_PATH_IMAGE029
与
Figure 213413DEST_PATH_IMAGE030
，得到端点连线
Figure 607485DEST_PATH_IMAGE031
；
（3）在基线方向
Figure 176001DEST_PATH_IMAGE028
的垂线方向上比较各三维向量到端点连线
Figure 378443DEST_PATH_IMAGE032
的距离，取其中的最大值
Figure 538160DEST_PATH_IMAGE033
作为直线度误差，完成管道直线度测量。
有益效果：
本发明提出一种基于爬行器和激光测距装置的管道直线度检测方法与装置，通过测量截面相对管道轴心的偏移量来衡量管道的直线度，旨在实现管道直线度的全自动、高精度测量。不同于现有的基于光线基准的直线度测量方法，该方法无需事先对激光测距装置进行标定、保证激光线与轴线重合，只需保证激光不投射在管壁上即可进行直线度测量，在现场具有很强的实用性。此外，利用爬行器进行全自动测量、测量速度稳定可靠，也可根据具体任务需求调节爬行器速度，实现不同精度级别的测量。整个测量方法利用姿态传感器消除了爬行器旋转带来的测量误差，提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测方法中管道直线度测量方法总体实现流程图；
图2为本发明基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置中爬行器示意图，其中，（a）为爬行器整体示意图，（b）为光点定位相机与半透明平面玻璃板示意图，（c）为半透明平面玻璃板上标记点示意图，（d）激光干涉仪及其测距场景示意图；
图3为本发明基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置中管道直线度测量过程示意图，其中，（a）为直管道处与弯管道处光斑成像位置对比图，（b）为爬行器旋转时光斑成像位置变化图；
图4为两端点连线法示意图，其中两端点特指测量到的激光斑的首点与尾点；
图5为本发明基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置总体结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为本发明提出的管道直线度测量方法总体实现流程图，本实施例选用的激光测距装置为激光干涉仪，姿态传感器为倾角传感器。如图1所示，本发明的管道直线度测量方法包括以下步骤：
步骤11：对爬行器进行标定。确定半透明平面玻璃板在光点定位相机中的结构参数，该标定过程分为两个阶段：
（1）对光点定位相机进行标定。
利用张正友标定法对光点定位相机进行标定，具体实施时，粘贴标定图案在半透明平面玻璃板上，相机以多个不同位姿拍摄足够数量的标定图案，最后将玻璃板固定在爬行器上，保证玻璃板与爬行器主体机构垂直。标定相机获得其内参数矩阵：
Figure 419528DEST_PATH_IMAGE034
。
（2）对半透明平面玻璃板进行标定。
在上述相机标定过程中，可得到相机的外参数矩阵
Figure 322893DEST_PATH_IMAGE035
，该矩阵描述世界坐标系到相机坐标系的转换关系，其中R为旋转矩阵，T为平移向量。根据张正友标定法，相机标定时建立的世界坐标系
Figure 164861DEST_PATH_IMAGE036
平面为平面靶所在平面，在本发明应用场景中具体为玻璃板平面。设在世界坐标系中玻璃板平面法向量为
Figure 636425DEST_PATH_IMAGE037
，原点为
Figure 411614DEST_PATH_IMAGE038
；转换到相机坐标系下为
Figure 321932DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 561284DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 531645DEST_PATH_IMAGE041
为相机坐标系下的玻璃板平面法向量坐标，
Figure 387605DEST_PATH_IMAGE042
为相机坐标系下的原点坐标；最后解算出玻璃板平面在相机坐标系下的方程：
Figure 632773DEST_PATH_IMAGE043
其中
Figure 461052DEST_PATH_IMAGE044
，用来代表玻璃板平面上任意一点的相机坐标。
爬行器标定完成后，搭建激光干涉仪并固定激光线投射轨迹，如图3所示，激光干涉仪投射的激光线无需与管道轴线重合，只要不投射在管壁上即可。
步骤12：获取各测量模块的输出：激光干涉仪测量到的距离值
Figure 399052DEST_PATH_IMAGE045
、光点定位相机拍摄到的玻璃板-激光斑图像以及倾角传感器测量到的周向旋转量θ。上述三个数据同步获取，保证测量结果精度。
步骤13：解算出代表测量截面轴线位移和相对测量基线偏离值的三维向量
Figure 86516DEST_PATH_IMAGE046
。该过程包括如下三个部分：
（1）解算爬行器轴向位移量。将激光干涉仪当前测量到的距离值
Figure 728850DEST_PATH_IMAGE047
与爬行器在初始位置时的距离值
Figure 880477DEST_PATH_IMAGE048
进行比较，得到爬行器的轴向位移量
Figure 927062DEST_PATH_IMAGE049
。
（2）解算激光斑成像位置。首先进行图像预处理：利用相机标定结果对由镜头引起的内图像畸变进行校正，再采用高斯滤波对图像进行滤波降噪处理，最后对图像进行阈值分割，保留激光斑前景。完成图像预处理后，求出图像的Hessian矩阵，取Hessian矩阵两特征值相同且同为负的图像点作为中心点待选点，在此基础上对目标像素点进行二阶泰勒展开，并求出展开式在特征向量方向上的一阶方向导数，令导数取0即可求得亚像素光斑中心点
Figure 695298DEST_PATH_IMAGE050
。根据相机的内参数矩阵，可以得到激光斑中心点
Figure 219951DEST_PATH_IMAGE051
和相机坐标
Figure 819560DEST_PATH_IMAGE052
之间的约束关系：
Figure 302625DEST_PATH_IMAGE053
同时，激光斑存在于玻璃板平面上，其相机坐标满足玻璃板平面方程：
Figure 38717DEST_PATH_IMAGE054
联立上述两个方程求解出激光斑的相机坐标：
Figure 491695DEST_PATH_IMAGE055
又如图2（c）所示，可用上述方法计算出玻璃板上5个标记点的相机坐标。基于该5个相机坐标在玻璃板平面上构建径向偏移坐标系
Figure 617914DEST_PATH_IMAGE056
：其中玻璃板中心的标记点为坐标系原点，由上下两个方位上的标记点构建坐标系纵轴，由左右两个方位上的标记点构建坐标系横轴；根据已获取的激光斑相机坐标解算出激光斑在径向偏移坐标系
Figure 271880DEST_PATH_IMAGE056
中的坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，该坐标即为爬行器的径向位移量。
（3）修正爬行器轴向旋转对径向位移量带来的偏差。
如图3（b）所示，当爬行器发生旋转时，激光斑的成像位置也会跟着发生旋转，使其在径向偏移坐标系
Figure 890075DEST_PATH_IMAGE056
相对正确的成像位置绕原点旋转θ，因此，需要根据倾角传感器输出的旋转角度θ对当前径向位移量
Figure 84427DEST_PATH_IMAGE058
进行修正，修正后的坐标为：
Figure 393048DEST_PATH_IMAGE059
至此，合成能代表测量截面轴线位移和相对测量基线偏离值的三维向量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
。
步骤14：按两端点连线法解算出管道的直线误差。根据步骤13解算出的三维向量，解算出两个三维向量
Figure 686757DEST_PATH_IMAGE061
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
构成的方向向量：
Figure 526669DEST_PATH_IMAGE063
当方向向量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
处处相同时，表明管道不存在直线度误差，如图3（a）管道测量段直线段所示；当管道存在弯曲情况时，取出现次数最多的方向向量作为基线方向
Figure 196815DEST_PATH_IMAGE065
，如图3（a）管道测量段弯曲段所示。在三维空间中作出各三维向量，连接首末两个三维向量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
与
Figure 110676DEST_PATH_IMAGE067
得到端点连线
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
，如图4所示；在基线方向
Figure 372024DEST_PATH_IMAGE065
的垂线方向上比较各三维向量到端点连线
Figure 761548DEST_PATH_IMAGE069
的距离，取其中的最大值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
作为直线度误差，完成管道直线度测量。
基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置包括：爬行器，用于在管道内部进行移动测量；半透明平面玻璃板和单目光点定位相机组成偏离测量模块，用于获取测量截面相对测量基线的偏离值，与爬行器刚性连接且相对位置确定；姿态传感器，用于获取爬行器的姿态变换；激光测距装置，用于获取爬行器的轴向位移。本发明无需激光测距装置发出的激光线与管道轴线重合或平行，只简单要求激光线能够穿过管道、不与管壁相交，即可实现管道直线度误差的快速、高精度现场测量。
如上所述，本发明设计了一套基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置，该装置包括：爬行器、半透明平面玻璃板、单目光点定位相机、姿态传感器和激光测距装置。提出对应的技术方案和测量算法：当爬行器在管道中进行移动时，激光测距装置获取爬行器的轴向位移，玻璃板和定位相机组成偏离测量模块获取测量截面相对测量基线的偏离值，由轴向位移和偏离值拟合出激光斑的三维向量坐标，完成对测量点的采样；同时根据姿态传感器获取的周向旋转量对向量坐标进行修正，消除爬行器旋转带来的误差；最终按两端点连线法解算出管道的直线误差，完成测量。与现有方法相比，本发明设计的方案克服了激光测头和旋转电机组合测量时引入电机抖动误差这一弊端，且无需激光测距装置发出的激光线与管道轴线重合或平行，只简单要求激光线能够穿过管道、不与管壁相交，即可实现管道直线度误差的快速、高精度自动测量。

Claims (9)

1.一种基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置，其特征在于，包括：
爬行器，用于在管道内部进行移动测量；
半透明平面玻璃板和单目光点定位相机组成偏离测量模块，用于获取测量截面相对测量基线的偏离值，与爬行器刚性连接且相对位置确定；
姿态传感器，用于获取爬行器的姿态变换；
激光测距装置，用于获取爬行器的轴向位移。
2.一种基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测方法，包括权利要求1所述的基于激光测距与单目视觉的管道直线度检测装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤11、在被测管道外部架设激光测距装置，在被测管道内部安放爬行器，爬行器尾部安装一块半透明平面玻璃板以及一个正对该玻璃板的单目光点定位相机，同时爬行器内置一个姿态传感器；
步骤12、根据步骤11搭建的测量环境，爬行器在管道中移动测量直线度时：激光测距装置投射激光斑在爬行器尾部的玻璃板上，获取爬行器的轴向位移量；光点定位相机同步拍摄玻璃板上的激光斑图像，上位机实时解算出激光斑的成像位置；姿态传感器实时监测爬行器姿态变化情况，输出爬行器的周向旋转量，上位机根据该旋转量对存在旋转情况的激光斑成像位置进行修正，使其相对初始位置没有旋转；
步骤13、根据步骤12的爬行器轴向位移量和激光斑成像位置，使用两端点连线法对上述数据进行处理，解算出管道的直线度误差，实现管道直线度测量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤11进一步包括如下内容：架设激光测距装置时，保证激光测距装置发出的激光能够通过整根待测量管道，不与管道内壁相交。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤11进一步包括如下内容：安装的半透明平面玻璃板应满足如下三个条件：（1）半透明平面玻璃板的透明度应保证反射的激光斑亮度能够使激光测距装置正常工作，且单目光点定位相机能够从玻璃板另一侧拍摄到明显的激光斑图像；（2）玻璃板整体与爬行器主体机身垂直；（3）玻璃板上应加工2个及以上的标记点，其中一个标记点位于玻璃板中心，其余标记点指示方位，通过标记点即可确定激光斑在玻璃板上的成像位置，同时，在光点定位相机安装完毕后，还需对玻璃板进行标定，计算出玻璃板在光点定位相机坐标系中的平面方程
Figure 526686DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 566317DEST_PATH_IMAGE004
为平面方程参数，
Figure 152150DEST_PATH_IMAGE006
为空间点三维坐标。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤12进一步包括如下内容：爬行器在管道中移动时，上位机触发激光测距装置、光点定位相机与姿态传感器同步工作输出数据，保证激光测距装置输出的爬行器轴向位移量、光点定位相机拍摄的激光斑图像与姿态传感器输出的爬行器周向旋转量能够对应匹配。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤12进一步包括如下内容：解算爬行器的轴向位移量时，记爬行器在初始位置时激光测距装置的输出为
Figure 20749DEST_PATH_IMAGE008
，爬行器在行进过程中激光测距装置的输出为
Figure 274007DEST_PATH_IMAGE010
，则爬行器的轴向位移量
Figure 953381DEST_PATH_IMAGE012
。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤12进一步包括如下内容：解算激光斑成像位置时，按照如下步骤进行计算：
（1）提取激光斑中心点：基于Hessian矩阵提取激光斑的中心点，Hessian矩阵形式为
Figure 26511DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 715112DEST_PATH_IMAGE016
为图像的二阶偏导；根据
Figure 540986DEST_PATH_IMAGE018
求解出Hessian矩阵的两个特征值，其中A为目标矩阵、x为特征向量、λ为特征值，取Hessian矩阵两特征值相同且同为负的图像点作为中心点待选点
Figure 187999DEST_PATH_IMAGE020
，并记特征向量
Figure 748424DEST_PATH_IMAGE022
为该点的归一化法线方向；在此基础上对该待选点
Figure 975137DEST_PATH_IMAGE020
进行二阶泰勒展开：
Figure 937408DEST_PATH_IMAGE024
Figure 207852DEST_PATH_IMAGE026
Figure 243855DEST_PATH_IMAGE027
为图像在点
Figure 274259DEST_PATH_IMAGE028
处的二阶泰勒展开近似式，其中
Figure 91037DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 548694DEST_PATH_IMAGE032
为图像在
Figure 67400DEST_PATH_IMAGE033
处的一阶偏导，
Figure 901495DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 838358DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 998075DEST_PATH_IMAGE039
为图像在
Figure 754810DEST_PATH_IMAGE040
处的二阶偏导；求出该展开近似式在特征向量
Figure 127016DEST_PATH_IMAGE042
上的一阶方向导数：
Figure 636495DEST_PATH_IMAGE044
设提取到的亚像素中心点坐标为
Figure 701534DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure 945565DEST_PATH_IMAGE048
为亚像素偏移量，将
Figure 121462DEST_PATH_IMAGE050
代入一阶方向导数并令其为0，得：
Figure 32918DEST_PATH_IMAGE052
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，即一阶导数为0的点在当前像素内，则
Figure 613066DEST_PATH_IMAGE040
为提取到的像素级激光斑中心点，
Figure 141130DEST_PATH_IMAGE050
为对应的亚像素中心点坐标；
（2）计算激光斑相机坐标：基于相机的透视投影成像模型得到激光斑相机坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE056
与中心点坐标
Figure 272834DEST_PATH_IMAGE040
之间的约束关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
与
Figure DEST_PATH_IMAGE062
是相机在x、y轴方向上的归一化焦距，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
与
Figure DEST_PATH_IMAGE066
是相机主点坐标，上述参数都已通过对光点定位相机的事先标定得到，同时，激光斑相机坐标
Figure 353310DEST_PATH_IMAGE056
满足标定得到的玻璃板平面方程
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，联立前述约束关系，得到激光斑相机坐标：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
Figure DEST_PATH_IMAGE072
Figure DEST_PATH_IMAGE074
（3）解算激光斑成像位置：对所述玻璃板上加工的标记点，通过上述方法求出标记点的相机坐标，基于这些相机坐标在玻璃板平面上构建玻璃板平面坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE076
：其中玻璃板中心的标记点为坐标系原点，坐标系的横轴和纵轴根据其余标记点指示的方位进行构建；根据已获取的激光斑相机坐标解算出激光斑在玻璃板平面坐标系
Figure 58354DEST_PATH_IMAGE076
中的成像坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，该坐标反映测量截面相对测量基线的偏离值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤12进一步包括如下内容：使用姿态传感器得到的爬行器周向旋转量θ对得到的所述成像坐标
Figure 152343DEST_PATH_IMAGE078
进行修正，修正后的成像坐标为：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤13进一步包括如下内容：根据爬行器轴向位移量
Figure DEST_PATH_IMAGE082
与成像坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE083
或修正后的成像坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE085
，合成能代表测量截面轴线位移和相对测量基线偏离值的三维向量
Figure DEST_PATH_IMAGE087
，对
Figure DEST_PATH_IMAGE089
按两端点连线法进行处理，计算直线度误差，具体步骤如下：
（1）计算两个三维向量
Figure 97472DEST_PATH_IMAGE089
与
Figure DEST_PATH_IMAGE091
构成的方向向量：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
当方向向量
Figure DEST_PATH_IMAGE095
处处相同时，表明管道不存在直线度误差；当管道存在弯曲情况时，取出现次数最多的方向向量作为基线方向
Figure DEST_PATH_IMAGE097
；
（2）在三维空间中作出各三维向量，连接首末两个三维向量
Figure DEST_PATH_IMAGE099
与
Figure DEST_PATH_IMAGE101
，得到端点连线
Figure DEST_PATH_IMAGE103
；
（3）在基线方向
Figure DEST_PATH_IMAGE104
的垂线方向上比较各三维向量到端点连线
Figure DEST_PATH_IMAGE105
的距离，取其中的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE107
作为直线度误差，完成管道直线度测量。
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