CN115688338A - 基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统。数字化建模方法包括步骤：提供旋转拍摄机构；控制器分别控制驱动电机驱动旋转杆间歇性地旋转一周，并在旋转杆停止转动时控制图像采集装置进行图像采集，以获得多个端面视场图像；将每个端面视场图像进行坐标系转换，以获得第一平面坐标系下的多个局部端面图像；根据多个局部端面图像输出大口径圆形钢管端面的二维成像模型；基于拍摄距离信息、图像采集装置的焦距信息及二维成像模型，输出大口径圆形钢管端面的二维实际模型。执行数字化建模方法可自动获得较为完整、准确的大口径圆形钢管端面的二维实际模型，有助于后续大口径圆形钢管参数测量时测量精度和测量效率的提高。

Description

基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统

技术领域

本发明涉及钢管参数测量技术领域，特别是涉及一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统。

背景技术

圆形钢管在日常生产生活中有着广泛的应用，设计医疗、矿业、工业、农业等诸多领域，圆形钢管不仅本身可以作为成品单独使用，也可以与其他产品搭配使用，还可以作为其他产品的毛坯件有待进一步加工处理，因此应用非常广泛。

钢管横截面参数(例如椭圆度、壁厚以及钢管外圆周长是评价圆形钢管是否合格的重要标准，特别是大口径圆形钢管，椭圆度的测量尤为重要。但是由于圆形钢管口径大的问题，大口径圆形钢管的椭圆度测量大多采用人工测量的方式进行，不仅效率慢而且测量精度也无法保证。

发明内容

基于此，有必要针对传统的大口径圆形钢管测量方式存在检测效率较低和测量精度较低的问题，提供一种兼顾较高测量效率和测量精度的基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统。

一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法，包括步骤：

提供一旋转拍摄机构；所述旋转拍摄机构包括支架、安装于所述支架上的驱动电机、一端与所述驱动电机的输出轴传动连接的旋转杆及固定在所述旋转杆背离所述支架一端的图像采集装置；

以所述驱动电机的输出轴旋转中心为坐标原点、以所述旋转杆的旋转面为平面建立第一平面坐标系，以所述图像采集装置的图像采集中心为坐标原点、以所述图像采集装置的图像采集面为平面建立第二平面坐标系；

将大口径圆形钢管定位在预设的位置，并使所述图像采集装置的图像采集面朝向所述大口径圆形钢管的一个端面；

对所述旋转拍摄机构和/或所述大口径圆形钢管的位姿进行调整，直至所述大口径圆形钢管端面与所述旋转杆的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内；

获取所述旋转杆的旋转平面与所述大口径圆形钢管端面之间的拍摄距离信息；

控制器按照预设指令分别控制所述驱动电机驱动所述旋转杆带动所述图像采集装置绕所述驱动电机的输出轴间歇性地旋转一周，以及控制所述图像采集装置在所述旋转杆停止转动时对所述大口径圆形钢管端面进行图像采集，以获得所述大口径圆形钢管端面的多个端面视场图像；

获取每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标；

基于所述第一平面坐标系和所述第二平面坐标系之间的坐标系转换关系，将每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标转换至所述第一平面坐标系统，以获得第一平面坐标系下的局部端面图像；

根据多个所述局部端面图像，输出所述大口径圆形钢管端面在所述第一平面坐标系下的二维成像模型；

基于所述拍摄距离信息、所述图像采集装置中拍摄镜头的焦距信息以及所述二维成像模型，输出所述大口径圆形钢管端面的二维实际模型。

一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述大口径钢管椭圆度测量系统还包括旋转拍摄机构、距离测量单元及控制器；

所述旋转拍摄机构包括支架、安装于所述支架上的驱动电机、一端与所述驱动电机的输出轴传动连接的旋转杆及固定在所述旋转杆背离所述支架一端的图像采集装置；

所述距离测量单元用于获取所述旋转杆的旋转平面与所述大口径圆形钢管端面之间的拍摄距离信息；

所述控制器分别与所述驱动电机及所述图像采集装置电连接；所述控制器按照预设指令控制所述驱动电机驱动所述旋转杆带动所述图像采集装置绕所述驱动电机的输出轴间歇性地旋转一周，及控制所述图像采集装置在所述旋转杆停止转动时对所述大口径圆形钢管端面进行图像采集，以获得所述大口径圆形钢管端面的多个端面视场图像；

所述处理器与所述控制器通信连接；所述处理器通过执行所述计算机程序实现上述数字化建模方法所述的数字化建模方法的步骤。

上述基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法及系统，通过执行上述基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中的步骤，自动且准确的获得大口径圆形钢管端面完整的二维实际模型，以方便后续大口径圆形钢管参数的测量。进一步地，在测量之前，通过对旋转拍摄机构和/或大口径圆形钢管的位姿进行调整，使大口径圆形钢管端面与旋转杆的旋转面之间的平行度达到预设平行度范围内，以提高图像采集装置的图像采集精度，使得二维实际模型与大口径圆形钢管的端面更为接近，以进一步提高大口径圆形钢管参数测量的准确性。因此，上述基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法的使用，可自动获得完整且准确的大口径圆形钢管端面的二维实际模型，解决了人工测量带来的测量效率低和测量精度低的问题，有利于后续大口径圆形钢管参数测量时测量效率和测量精度的提高。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统的使用场景图；

图2为图1所示使用场景图的侧向局部视图；

图3为本发明一实施例中基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统的结构框图；

图4为本发明一实施例提供的基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法的流程示意图；

图5为图4所示基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中步骤 S80的流程示意图；

图6为图4所示基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中步骤 S40的流程示意图；

图7为图6所示基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中步骤 S406的流程示意图；

图8为图1所示基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中步骤 S110的流程示意图。

具体实施方式中的附图标号说明：100、基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统；110、存储器；120、处理器；130、旋转拍摄机构；131、支架；1311、移动座；1312、防滑轮；1313、支撑杆；1314、支撑平台；1315、拉手结构；132、驱动电机；133、旋转杆；134、图像采集装置；140、控制器； 150、位置校正机构；151、位置校正板；152、激光测距仪；153、水平传感器； 200、大口径圆形钢管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

请参阅图1至图4，本申请的一实施例提供了一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法包括步骤S10至步骤S100。

步骤S10，提供一旋转拍摄机构130。旋转拍摄机构130包括支架131、安装于支架131上的驱动电机132、一端与驱动电机132的输出轴传动连接的旋转杆133及固定在旋转杆133背离支架131一端的图像采集装置134。

步骤S20，以驱动电机132的输出轴旋转中心为坐标原点、以旋转杆133 的旋转面为平面建立第一平面坐标系，以图像采集装置134的图像采集中心为坐标原点、以图像采集装置134的图像采集面为平面建立第二平面坐标系。

具体地，以驱动电机132输出轴的中轴线为坐标原点，以竖直向上的方向为X轴方向，以水平方向为Y轴方向，建立第一平面坐标系CS0-XYZ；以图像采集装置134的图像采集中心为坐标原点、以旋转杆133的中轴线方向为X 轴方向，以旋转杆133的旋转方向为Y轴方向，建立第二平面坐标系CS1- XYZ。

需要说明的是，图像采集装置134的图像采集面为图像采集装置134中用于获取外界物体成像的结构面(例如摄像机中摄像头的镜头)，图像采集中心则是图像采集面的中心位置。

步骤S30，将大口径圆形钢管200定位在预设的位置，并使图像采集装置 134的图像采集面朝向大口径圆形钢管200的一个端面。

其中，大口径圆形钢管200可以直接放置在特定的高台上、定位工装上或者其他放置位置，只要能保证大口径圆形钢管200的一端端面朝向旋转拍摄机构130。

步骤S40，对旋转拍摄机构130和/或大口径圆形钢管200的位姿进行调整，直至大口径圆形钢管200端面与旋转杆133的旋转面之间的平行度位于预设平行度范围内。

具体地，通过调整旋转拍摄机构130的高度、在地面的停放位置和停放方向来实现对旋转拍摄机构130位姿的调整；通过调整大口径圆形钢管200的位置高度、大口径圆形钢管200的水平度、大口径圆形钢管200一端端面的朝向来实现对大口径圆形钢管200位姿的调整。

步骤S50，获取旋转杆133的旋转平面与大口径圆形钢管200端面之间的拍摄距离信息。

具体地，通过人工手动测量或者利用光栅尺等自动测量拍摄距离信息。

步骤S60，控制器140按照预设指令分别控制驱动电机132驱动旋转杆 133带动图像采集装置134绕驱动电机132的输出轴间歇性地旋转一周，以及控制图像采集装置134在旋转杆133停止转动时对大口径圆形钢管200端面进行图像采集，以获得大口径圆形钢管200端面的多个端面视场图像。如此，可保证图像采集装置134能够获取清晰且准确的端面视场图像。

步骤S70，获取每个端面视场图像在第二平面坐标系中的像素坐标。

步骤S80，基于第一平面坐标系和第二平面坐标系之间的坐标系转换关系，将每个端面视场图像在第二平面坐标系中的像素坐标转换至第一平面坐标系统，以获得第一平面坐标系下的局部端面图像。

请一并参阅图5，具体地，步骤S80包括步骤S801至步骤S803。

步骤S801，获取每个端面视场图像采集时旋转杆133的旋转角度。旋转角度为旋转杆133在当前位置与初始位置时之间的夹角θ；

步骤S802，获取旋转杆133的长度；坐标系转换关系为基于旋转角度θ及旋转杆133的长度的旋转平移矩阵。

步骤S803，对每个端面视场图像在第二平面坐标系CS1-XYZ中的像素坐标与旋转平移矩阵进行乘积运算，以获得端面视场图像在第一平面坐标系CS0-XYZ中的像素坐标。

具体地，根据计算公式

计算得到端面视场图像在第一平面坐标系CS0-XYZ中的像素坐标；其中，

为端面视场图像在第二平面坐标系CS1-XYZ中的像素坐标，

为视场图像在第一平面坐标系 CS0-XYZ中的像素坐标，θ为旋转角度。

步骤S804，根据每个端面视场图像在第一平面坐标系中的所有像素坐标获取与之对应的局部端面图像。

进一步地，在步骤S803之前还包括步骤：确定每个图像采集装置134在第一平面坐标系中的位置坐标A_θ1(x_θ1,y_θ1)。具体地，位置坐标A_θ1(x_θ1,y_θ1)通过计算公式

计算得到，其中l为旋转杆133的长度；θ为驱动电机132的扭转角度(即旋转角度)，范围为(0，2π)。如此，以方便上述步骤 S802中坐标系转换关系的确定。

步骤S90，根据多个局部端面图像，输出大口径圆形钢管200端面在第一平面坐标系下的二维成像模型。

具体地，将所有局部端面图像按照采集顺序依次拼接，以获得在第一平面坐标系下的大口径圆形钢管200的二维成像模型。其中，相邻两个局部端面图像拼接之后，在相邻两个局部端面图像之间可以具有间隙，也可以部分重叠，更可以相互对接，只要能保证二维成像模型完整即可。

步骤S100，基于拍摄距离信息、图像采集装置134中拍摄镜头的焦距信息以及二维成像模型，输出大口径圆形钢管200端面的二维实际模型。

具体地，利用计算公式

计算得到二维实际模型的尺寸，其中，H 为二维实际模型的实际尺寸，h为二维成像模型的成像尺寸，d为图像采集装置134的拍摄镜头与大口径圆形钢管200端面之间的距离，f为图像采集装置 134中拍摄镜头的焦距。

通过执行上述步骤S10至步骤S100，可自动获得大口径圆形钢管200端面完整的二维实际模型，以方便后续快速且准确地获取大口径圆形钢管200的参数。通过执行步骤S40，使得大口径圆形钢管200端面与旋转杆133的旋转面之间的平行度达到预设平行度范围内，以保证图像采集装置134的图像采集面与大口径圆形钢管200端面能够达到基本正对，以提高图像采集装置的图像采集精度，使得二维实际模型与大口径圆形钢管200端面的形状和大小更为接近甚至相同，以进一步提高大口径圆形钢管200参数测量的准确性。通过执行步骤S50至步骤S100，可根据所有端面视场图像自动获取大口径圆形钢管200的二维实际模型，进一步提高了大口径圆形钢管200参数测量精度的提高。因此，上述基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法的使用，有利于大口径圆形钢管200参数测量时的测量效率和测量精度的提高。

请一并参阅图6，在一些实施例中，步骤S40包括步骤S401至步骤S406。

步骤S401，提供一位置校正机构150。位置校正机构150包括位置校正板 151、两个激光测距仪152及水平传感器153。两个激光测距仪152及水平传感器153均与控制器140电连接。

步骤S402，将位置校正板151贴合在大口径圆形钢管200朝向旋转拍摄机构130一端的端面上。如此，位置校正板151与大口径圆形钢管200的端面平行，同时与大口径圆形钢管200的中轴线垂直。

步骤S403，将两个激光测距仪152分别对称设置在驱动电机132输出轴的两侧，并位于与旋转杆133的旋转平面平行的同一平面上。需要说明的是，旋转杆133的旋转面为旋转杆133绕驱动电机132的输出轴旋转一周形成的虚拟平面，为与驱动电机132输出轴垂直的平面。如此，每个激光测距仪152发出的激光光线均与驱动电机132的输出轴平行。

步骤S404，利用两个激光测距仪152同时获取激光测距仪152与位置校正板151之间的测试距离信息。

具体地，两个激光测距仪152通过同时向位置校正板151的不同位置发射激光，并接收位置校正板151反射回来的反射激光的方式获取两个测试距离信息。

步骤S405，将水平传感器153置于支架131上与驱动电机132的输出轴平行的平面上，获取旋转拍摄机构130的水平度信息。如此，利用水平传感器 153获取旋转拍摄机构130的水平度信息。

步骤S406，根据两个测试距离信息和水平度信息调整旋转拍摄机构130的位姿，直至大口径圆形钢管200端面与旋转杆133的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内。

需要说明的是，步骤S404和步骤S405中，控制器140分别控制每个激光测距仪152和水平传感器153工作，以自动获取两个测试距离信息和水平度信息，在执行步骤S406的同时执行步骤S404和步骤S405，故在S406中，随着旋转拍摄机构130位姿的变化，测试距离信息和水平度信息同步发生变化，直至两个测试距离信息显示的距离数值之差位于预设数值范围内，水平度信息显示旋转拍摄机构130达到水平状态，此时大口径圆形钢管200端面与旋转杆 133的旋转面之间的平行度位于预设平行度范围内。

通过执行上述步骤S401至步骤S406，可保证图像采集装置134的基本正对大口径圆形钢管200一端的端面，保证图像采集装置134的物距到达指定位置，确保图像采集装置134始终处于水平状态，以此来提高所获取端面视场图像的质量，能够完整获取大口径圆形钢管200端面的图像。

进一步地，在一些实施例中，位置校正机构150还包括显示器(图未示)。显示器与控制器140通信连接。控制器140用于控制显示器显示测试距离信息和水平度信息。

在执行步骤S40的过程中，通过显示器实时显示测试距离信息和水平度信息，以帮助操作人员更为直观地了解旋转拍摄机构130的水平度以及激光测距仪152与位置校正板151之间的距离，使得旋转拍摄机构130的调整校正更为方便。

请一并参阅图7，进一步地，在一些实施例中，步骤S406包括步骤S4061 至步骤S4062：

步骤S4061，根据水平度信息显示的水平度对支架131的底部进行调整，直至水平度信息显示旋转拍摄机构130处于水平状态。

具体地，利用在支架131的底部放垫块、在支架131底部设置可调节高度的支撑结构等方式对支架131的底部进行调节，以将旋转拍摄机构130调整至水平状态。

步骤S4062，根据两个测试距离信息在水平面内转动和移动支架131，直至两个测试距离信息所显示的距离数值之件的差值位于预设数值范围。其中，预设数值范围为包含有零的数值范围。当两个测试距离信息所显示的距离数值之间的差值位于预设的数值范围内时，两个测试距离信息所显示的距离数值大小相近或相等，则表示图像采集装置134与位置校正板151(或大口径圆形钢管200的端面)基本正对。

如此，分两步实现对旋转拍摄机构位姿的调整，以将旋转杆133的旋转面调整至与大口径圆形钢管200端面基本平行，此时驱动电机132的输出轴处于与大口径圆形钢管200基本同轴的状态，以进一步准确获取端面视场图像的准确度和完整性。

更进一步地，在一些实施例中，支架131包括移动座1311、设置于移动座 1311底部的防滑轮1312、设置于移动座1311上的支撑杆1313及设置于支撑杆1313远离移动座1311一端的支撑平台1314。驱动电机132安装于支撑平台 1314上。支撑杆1313为长度可调的伸缩杆。两个激光测距仪152设置于支撑平台1314上。

步骤S4061为：根据水平度信息显示的水平度调整移动座1311的水平度，直至水平度信息显示移动座1311处于水平状态。如此，当移动座1311达到水平状态时，设置于支架131上的驱动电机132、图像采集装置134的位置均处于水平状态。

步骤S4062为：根据两个测试距离信息在水平面调整移动座1311的位姿，和/或调整支撑杆1313的长度，直至两个测试距离信息显示的距离数值之间的差值位于预设数值范围内。通过在水平面内移动移动座1311，和/或通过调节支撑杆1313的长度以调节驱动电机132和旋转杆133的高度，以保证图像采集装置134能够正对大口径圆形钢管200的端面，驱动电机132的输出轴能够与大口径圆形钢管200同轴。

而在移动座1311的底部设置防滑轮1312，以方便旋转拍摄机构130在位置校正、向下一个大口径圆形钢管200处移动或者其他场景下的移动，提高使用便利性。

在一些实施例中，任意相邻两个端面视场图像在大口径圆形钢管200端面上的图像采集区域相接或者部分重叠。

如此，通过执行步骤S60，所获得的所有端面视场图像在大口径圆形钢管 200端面上的图像采集区域可完全覆盖大口径圆形钢管200的整个端面，以保证步骤S100中二维实际模型的完整性。

请再次参阅图1，在一些实施例中，步骤S100之后，还包括步骤S110：根据二维实际模型获取大口径圆形钢管200的横截面参数。横截面参数为椭圆度、壁厚、外圆周长中至少一者。

其中，大口径圆形钢管200的横截面为横向的环形截面，横截面参数为横向环形截面的尺寸参数，包括椭圆度、外圆外圆周长及壁厚中的至少一者。如此，通过执行步骤S10至步骤S110，可实现大口径圆形钢管200的横截面参数的自动测量，解决了人工测量带来的测量精度低和测量效率低的问题，提高了大口径圆形钢管200横截面参数测量的测量精度和测量效率。

请一并参阅图8，进一步地，在一些实施例中，步骤S110包括步骤S111 至步骤S113。

步骤S111，对二维实际模型进行数字化图像处理，以获得大口径圆形钢管端面的端面轮廓曲线。

具体地，步骤S111包括步骤：对二维实际模型进行直方图像转换和图像去噪处理，以获得端面处理图像；对端面处理图像进行亚像素级边缘检测，以得到大口径圆形钢管端面的端面轮廓曲线。

步骤S112，根据端面轮廓曲线在第一平面坐标系中的位置坐标，计算得到大口径圆形钢管200的最大直径D_max和最小直径D_min。

步骤S113，根据计算公式

计算得到横截面参数中的椭圆度P。

如此，通过执行步骤S111，以对端面轮廓图像进行图像处理以及端面轮廓曲线绘制，以保证端面轮廓曲线能够与大口径圆形端面更为接近或者相同；再通过执行步骤S112，以利用端面轮廓曲线在第一平面坐标系的位置坐标，来得到最大直径和最小直径；通过执行步骤S113中的数据计算，以得到大口径圆形钢管200的椭圆度，利用第一平面坐标系中的位置坐标可以更为直观且准确地获取最大直径和最小直径，以进一步提高横截面参数计算的准确性。

具体在本发明的一个实施例中，在步骤S112之后，还包括步骤：根据计算公式L＝πD_min+2(D_max-D_min)计算得到横截面参数中的外圆周长L。如此，通过上述步骤中的数据计算，以准确获得大口径圆形钢管200的外圆周长。

具体在本发明的另一个实施例中，在步骤S112之后，还包括步骤：根据计算公式

计算得到横截面参数中的外圆周长L。如此，通过上述步骤中的数据计算，提供另外一种方式以准确获得大口径圆形钢管200 的外圆周长。

进一步地，在一些实施例中，在步骤S112之后，还包括步骤：

对轮廓特征曲线中最大直径D_max对应曲线段的外圆点和内圆点在第一平面坐标系中的位置进行标定，以获取最大直径D_max对应的第一壁厚值；

对轮廓特征曲线中最小直径D_min对应曲线段的外圆点和内圆点在第一平面坐标系中的位置进行标定，以获取最小直径D_min对应的第二壁厚值；

对第一壁厚值及第二壁厚值进行均值计算，以获得横截面参数中的壁厚。

通过执行上述步骤，可根据最大直径D_max、最小直径D_min及端面轮廓曲线可准确获取横截面参数中的壁厚。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统100。大口径钢管椭圆度测量系统包括存储器110和处理器 120。存储器110存储有计算机程序。基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统100还包括旋转拍摄机构130、距离测试单元(图未示)及控制器 140。

旋转拍摄机构130包括支架131、安装于支架131上的驱动电机132、一端与驱动电机132的输出轴传动连接的旋转杆133及固定在旋转杆133背离支架131一端的图像采集装置134。具体地，支架131包括移动座1311、设置于移动座1311底部的防滑轮1312、设置于移动座1311上的支撑杆1313及设置于支撑杆1313远离移动座1311一端的支撑平台1314；驱动电机132安装于支撑平台1314上。

距离测试单元用于获取旋转杆133的旋转平面与大口径圆形钢管200端面之间的拍摄距离信息。其中，距离测试单元可以为光栅尺等自动测量工具，也可以为卷尺等手动测量工具。

控制器140分别与驱动电机132及图像采集装置134电连接。控制器140 按照预设指令控制驱动电机132驱动所述旋转杆133带动图像采集装置134绕驱动电机132的输出轴间歇性地旋转一周，及控制图像采集装置134在旋转杆134停止转动时对大口径圆形钢管200端面进行图像采集，以获得大口径圆形钢管200端面的多个端面视场图像。

处理器120与控制器140通信连接。处理器120通过执行计算机程序实现对上述视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法的步骤。

如此，利用基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统执行上述基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法中的步骤，以方便准确且快速地测量大口径圆形钢管200的横截面参数。

在一些实施例中，移动座1311上还设置有拉手结构1315。拉手结构1315 用于方便操作人员拉动旋转拍摄机构130移动，可以不提高操作便利性。

在一些实施例中，旋转杆133为长度可调的伸缩杆。通过调节旋转杆133 的长度，可调节图像采集装置134的旋转半径，以适应不同半径的大口径圆形钢管200椭圆度的测量，提高上述大口径钢管椭圆度测量系统的适用性。

为了保证旋转拍摄机构130能够准确且完整的获取大口径圆形钢管200端面不同位置的视场图像，在一些实施例中，大口径钢管椭圆度测量系统还包括位置校正机构150。位置校正机构150包括位置校正板151、两个激光测距仪 152及水平传感器153。位置校正板151贴合在大口径圆形钢管200朝向旋转拍摄机构130一端的端面上。两个激光测距仪152对称设置于驱动电机132输出轴的两侧，并位于支架131上与旋转杆133的旋转面平行的同一平面上。水平传感器153置于支架131上与驱动电机132的输出轴平行的平面上。控制器 140分别与两个激光测距仪152和水平传感器153电连接，以控制激光测距仪 152获取其与位置校正板151之间的测试距离信息，控制水平传感器153获取旋转拍摄机构130的水平度信息。

在实际应用中，利用位置校正机构150获取的两个测试距离信息和水平度信息调整旋转拍摄机构130和/大口径圆形钢管200的放置位置和放置姿态，使得大口径圆形钢管200端面与旋转杆133的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内，以保证大口径圆形钢管200能够与旋转拍摄机构130中的驱动电机 132输出轴基本同轴，以提高后续大口径圆形钢管200端面不同位置的视场图像的图像质量和图像完整性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模方法，其特征在于，包括步骤：

提供一旋转拍摄机构；所述旋转拍摄机构包括支架、安装于所述支架上的驱动电机、一端与所述驱动电机的输出轴传动连接的旋转杆及固定在所述旋转杆背离所述支架一端的图像采集装置；

以所述驱动电机的输出轴旋转中心为坐标原点、以所述旋转杆的旋转面为平面建立第一平面坐标系，以所述图像采集装置的图像采集中心为坐标原点、以所述图像采集装置的图像采集面为平面建立第二平面坐标系；

将大口径圆形钢管定位在预设的位置，并使所述图像采集装置的图像采集面朝向所述大口径圆形钢管的一个端面；

对所述旋转拍摄机构和/或所述大口径圆形钢管的位姿进行调整，直至所述大口径圆形钢管端面与所述旋转杆的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内；

获取所述旋转杆的旋转平面与所述大口径圆形钢管端面之间的拍摄距离信息；

控制器按照预设指令分别控制所述驱动电机驱动所述旋转杆带动所述图像采集装置绕所述驱动电机的输出轴间歇性地旋转一周，以及控制所述图像采集装置在所述旋转杆停止转动时对所述大口径圆形钢管端面进行图像采集，以获得多个端面视场图像；

获取每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标；

基于所述第一平面坐标系和所述第二平面坐标系之间的坐标系转换关系，将每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标转换至所述第一平面坐标系中，以获得第一平面坐标系下的局部端面图像；

根据多个所述局部端面图像，输出所述大口径圆形钢管端面在所述第一平面坐标系下的二维成像模型；

基于所述拍摄距离信息、所述图像采集装置中拍摄镜头的焦距信息以及所述二维成像模型，输出所述大口径圆形钢管端面的二维实际模型。

2.根据权利要求1所述的数字化建模方法，其特征在于，对所述旋转拍摄机构和/或所述大口径圆形钢管的位姿进行调整，直至所述大口径圆形钢管端面与所述旋转杆的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内的步骤，包括步骤：

提供一位置校正机构；所述位置校正机构包括位置校正板、两个激光测距仪及水平传感器；两个所述激光测距仪及所述水平传感器均与所述控制器电连接；

将所述位置校正板贴合在所述大口径圆形钢管朝向所述旋转拍摄机构一端的端面上；

将两个所述激光测距仪分别对称设置在所述驱动电机输出轴的两侧，并位于与所述旋转杆的旋转平面平行的同一平面上；

利用两个所述激光测距仪同时获取所述激光测距仪与所述位置校正板之间的测试距离信息；

将所述水平传感器置于所述支架上与所述驱动电机的输出轴平行的平面上，获取旋转拍摄机构的水平度信息；

根据两个所述测试距离信息和所述水平度信息调整所述旋转拍摄机构的位姿，直至所述大口径圆形钢管端面与所述旋转杆的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内。

3.根据权利要求2所述的数字化建模方法，其特征在于，根据两个所述测试距离信息和所述水平度信息调整所述旋转拍摄机构的位姿，直至所述大口径圆形钢管端面与所述旋转杆的旋转面之间的平行度在预设平行度范围内的步骤为：

根据所述水平度信息显示的水平度对所述支架的底部进行调整，直至所述水平度信息显示所述旋转拍摄机构处于水平状态；

根据两个所述测试距离信息在水平面内转动和移动所述支架，直至两个所述测试距离信息所显示的距离数值之间的差值位于预设数值范围；所述预设数值范围为包含有零的数值范围。

4.根据权利要求3所述的数字化建模方法，其特征在于，所述支架包括移动座、设置于所述移动座底部的防滑轮、设置于所述移动座上的支撑杆及设置于所述支撑杆远离所述移动座一端的支撑平台；所述驱动电机安装于所述支撑平台上；所述支撑杆为长度可调的伸缩杆；两个所述激光测距仪设置于所述支撑平台上；

根据所述水平度信息显示的水平度对所述支架的底部进行调整，直至所述水平度信息显示所述旋转拍摄机构处于水平状态的步骤为：根据所述水平度信息显示调整所述移动座的水平度，直至所述水平度信息显示所述移动座处于水平状态；

根据两个所述测试距离信息在水平面内转动和移动所述支架，直至两个所述距离信息所显示的距离数值之间的差值位于预设数值范围的步骤为：根据两个所述测试距离信息在水平面调整所述移动座的位姿，和/或调整所述支撑杆的长度，直至两个所述测试距离信息显示的距离数值之间的差值位于预设数值范围内。

5.根据权利要求1所述的数字化建模方法，其特征在于，基于所述第一平面坐标系和所述第二平面坐标系之间的坐标系转换关系，将每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标转换至所述第一平面坐标系统，以获得第一平面坐标系下的局部端面图像的步骤为：

获取每个所述端面视场图像采集时所述旋转杆的旋转角度；所述旋转角度为所述旋转杆在当前位置时与初始位置时之间的夹角；

获取所述旋转杆的长度；所述坐标系转换关系为基于所述旋转角度及所述旋转杆长度的旋转平移矩阵；

对每个所述端面视场图像在所述第二平面坐标系中的像素坐标与所述旋转平移矩阵进行乘积运算，以获得所述端面视场图像在所述第一平面坐标系中的像素坐标；

根据每个所述端面视场图像在所述第一平面坐标系中的所有像素坐标获得与之对应的所述局部端面图像。

6.根据权利要求1所述的数字化建模方法，其特征在于，基于所述拍摄距离信息、所述图像采集装置中拍摄镜头的焦距信息以及所述二维成像模型，输出所述大口径圆形钢管端面的二维实际模型的步骤之后，还包括步骤：

根据所述二维实际模型获取所述大口径圆形钢管的横截面参数；所述横截面参数为椭圆度、壁厚、外圆周长中至少一者。

7.根据权利要求6所述的数字化建模方法，其特征在于，根据所述二维实际模型获取所述大口径圆形钢管的横截面参数的步骤包括：

对所述二维实际模型进行数字化图像处理，以获得所述大口径圆形钢管端面的端面轮廓曲线；

根据所述端面轮廓曲线在所述第一平面坐标系统的位置坐标，获得所述大口径圆形钢管的最大直径D_max和最小直径D_min；

根据计算公式

计算得到所述横截面参数中的椭圆度P。

8.根据权利要求7所述的数字化建模方法，其特征在于，根据所述端面轮廓曲线在所述第一平面坐标系中的位置坐标，获得所述大口径圆形钢管的最大直径D_max和最小直径D_min的步骤之后，还包括步骤：

根据计算公式

计算得到所述横截面参数中的外圆周长L；或者

根据计算公式L＝πD_min+2(D_max-D_min)计算得到所述横截面参数中的外圆周长L。

9.根据权利要求7所述的数字化建模方法，其特征在于，根据所述端面轮廓曲线在所述第一平面坐标系中的位置坐标，获得所述大口径圆形钢管的最大直径D_max和最小直径D_min的步骤之后，还包括步骤：

对所述轮廓特征曲线中所述最大直径D_max对应曲线段的外圆点和内圆点在所述第一平面坐标系中的位置进行标定，以获取所述最大直径D_max对应的第一壁厚值；

对所述轮廓特征曲线中所述最小直径D_min对应曲线段的外圆点和内圆点在所述第一平面坐标系中的位置进行标定，以获取所述最小直径D_min对应的第二壁厚值；

对所述第一壁厚值及所述第二壁厚值进行均值计算，以获得所述横截面参数中的壁厚。

10.一种基于视觉测量的大口径钢管端面数字化建模系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述大口径钢管椭圆度测量系统还包括旋转拍摄机构、距离测量单元及控制器；

所述旋转拍摄机构包括支架、安装于所述支架上的驱动电机、一端与所述驱动电机的输出轴传动连接的旋转杆及固定在所述旋转杆背离所述支架一端的图像采集装置；

所述距离测量单元用于获取所述旋转杆的旋转平面与所述大口径圆形钢管端面之间的拍摄距离信息；

所述控制器分别与所述驱动电机及所述图像采集装置电连接；所述控制器按照预设指令控制所述驱动电机驱动所述旋转杆带动所述图像采集装置绕所述驱动电机的输出轴间歇性地旋转一周，及控制所述图像采集装置在所述旋转杆停止转动时对所述大口径圆形钢管端面进行图像采集，以获得多个端面视场图像；

所述处理器与所述控制器通信连接；所述处理器通过执行所述计算机程序实现权利要求1至9任一项所述的数字化建模方法的步骤。

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