KR102645206B1 - 송수관로 내벽 점검 로봇 및 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 광학 탐지 기술 분야에 관한 것으로, 특히 송수관로 내벽 점검 로봇 및 검출 방법을 제공하며, 여기에는 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 제어 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템이 포함된다. 전방 감시 시스템은 2개의 카메라를 포함하고, 추진 시스템은 추진기를 포함하고, 관성 항법 시스템은 MEMS 소형 자세 방위 기준 시스템을 채택하고, 속도 측정 시스템은 도플러 속도계를 채택하고, 조명 시스템은 광원을 제공하는 데 사용되고, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 점검 로봇과 전방 장애물 및 송수관로 내벽의 거리를 측정하고, 이미징 시스템은 선형 레이저 방출기 및 카메라를 포함한다. 본 발명은 4개의 선형 레이저 방출기를 채택하며, 각각의 방수형 선형 레이저 방출기 근처에 카메라를 장착하고, 카메라를 통해 수집된 선형 광점을 이미지 처리하여, 광점 중심 특징점을 추출하고, 송수관로 내벽의 3차원 좌표를 계산하며, 나아가 송수관로 내벽의 3차원 모델을 정확하게 복원한다.
Description
본 발명은 수중 광학 탐지 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송수관로 내벽 점검 로봇 및 검출 방법에 관한 것이다.
중국의 도시화가 급속히 발전함에 따라 도시 집중식 급수 방식은 대구경 프리스트레스트 철근 콘크리트 송수관로에 의존한다. 이러한 송수관로는 장기간 사용하는 동안 압력 및 수질 등과 같은 외부 요인에 쉽게 영향을 받아, 결과적으로 관로 내부 손상, 변형, 부식 및 심지어 관로 누출 상황이 발생할 수 있다. 이러한 유형의 송수관로 검출은 일반적으로 특정된 유지 보수 시간 내에 사람이 검출 장비를 휴대하여 송수관로 내부로 진입하여 점검을 진행하고 검출을 완료해야 한다. 그러나 사람이 직접 검출을 진행할 경우 시간이 오래 걸리며, 복잡하고 좁은 배관 환경에서 정확한 검출을 구현해내기 어렵다.
최근 들어, 수중 이동 로봇을 기반으로 하는 송수관로 내벽 온라인 검출 수단이 등장했고, 여기에서 주로 포함되는 것은 음향 검출 기술과 광학 검출 기술이다. 광학 검출 기반의 수중 관로 내벽 검출 방법은 일반적으로 이동 로봇에 하나 이상의 카메라를 배치하고 이미지 처리 방법과 결합함으로써 구현된다. 이러한 방법은 전단에 하나의 카메라를 배치하거나 로봇 주위에 여러 대의 카메라를 환형으로 배치해야만 관로 내벽의 결함 검출을 구현할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 관로 결함의 깊이와 길이를 결정할 수 없으며, 관로 내벽의 정확한 3차원 모델링을 구현할 수 없다. 음향 검출 기반의 수중 관로 내벽 검출 방법은 일반적으로 이동 로봇에 초음파 거리측정기를 환형으로 배치함으로써, 초음파 수신기가 반사파를 수신하는 데 걸리는 시간을 계산하여 관로 내벽의 결함 검출을 구현한다. 이러한 방법은 관로 내벽 결함의 깊이와 길이를 정확하게 획득할 수 있으나, 환형으로 배치된 초음파 거리측정기 사이에 갭이 존재하므로, 전체 관로 내벽에 대한 전면적인 검출이 불가능하고, 검출 누락 현상이 있어, 이러한 방법도 관로 내벽의 정확한 3차원 모델링을 구현하는 것은 불가능하다.
본 발명은 종래의 검출 기술로는 관로 내벽의 정확한 3차원 모델링을 구현할 수 없는 결함을 보완하기 위하여, 송수관로 내벽 점검 로봇 및 검출 방법을 제공한다. 상기 방법은 상이한 공간 위치에 있는 4대의 방수형 선형 레이저 방출기를 채택하여 특정 파장의 선형 광점을 송수관로 내벽에 투사한다. 여기에서 2대의 방수형 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 전단에 위치하여 상하로 180°를 이루며 대향하도록 분포되고, 다른 2대의 방수형 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 후단 좌우에 180°대향하도록 분포된다. 점검 로봇 전단과 후단의 방수형 선형 레이저 방출기는 공간 상에서 수직 관계를 갖는다. 각 방수형 선형 레이저 방출기 근처에 카메라가 장착되고, 송수관로 내벽에 투사되는 선형 광점을 촬영하는 데 사용된다. 카메라로 수집된 선형 광점을 이미지 처리하여, 광점 중심 특징점을 추출하고, 특징점을 기반으로 송수관로 내벽의 3차원 좌표를 계산하며, 나아가 송수관로 내벽의 3차원 모델을 정확하게 복원하여, 종래 검출 방법으로 송수관로 내벽에 대해 정확하게 3차원 모델링을 구현할 수 없었던 문제를 해결한다.
본 발명에서 제공하는 기술적 해결책인 송수관로 내벽 점검 로봇은 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 제어 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템을 포함한다. 상기 전방 감시 시스템은 송수관로 전방 정보를 관찰하는 데 사용되며 로봇 전방부에 설치된 카메라를 포함하며, 상기 카메라는 2대이다. 상기 추진 시스템은 4대의 추진기를 포함하며, 이는 각각 2대의 주행 추진기 및 2대의 잠수 추진기이고, 로봇을 추진하는 데 사용되는 주행 추진기는 로봇의 꼬리부에 설치되고, 점검 로봇의 잠수에 사용되는 잠수 추진기는 로봇 양측에 설치된다. 상기 관성 항법 시스템은 점검 로봇의 포즈 정보를 판단하는 데 사용되는 MEMS 소형 자세 방위 기준 시스템을 채택한다. 상기 속도 측정 시스템은 도플러 속도계를 채택하며, 점검 로봇의 속도를 측정하는 데 사용된다. 상기 조명 시스템은 광원을 제공하는 데 사용되며, 주로 전방 감시 시스템에 광원을 제공한다. 상기 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 점검 로봇과 전방 장애물 및 송수관로 내벽의 거리를 측정하는 데 사용된다. 상기 이미징 시스템은 선형 레이저 방출기 및 레이저 방출기와 매칭되는 카메라를 포함한다. 선형 레이저 방출기는 설정된 파장의 선형 광점을 방출하는 데 사용되고, 카메라는 선형 레이저 방출기가 송수관로 내벽에 투사한 광점 이미지를 촬영하는데 사용된다. 상기 제어 시스템은 상술한 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템과 연결된다. 제어 시스템은 점검 로봇이 원활하게 전진하도록 유지하는 데 사용되며, 더 나아가 검출 작업을 완료시킨다.
상기 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 6대의 초음파 거리 측정기를 포함하며, 그 중 2대의 초음파 거리 측정기는 점검 로봇 전단에 설치되어, 점검 로봇과 전방 장애물의 거리를 측정하는 데 사용된다. 다른 4대의 초음파 거리 측정기는 점검 로봇의 후단에 위치하며, 환형으로 장착되고, 인접한 2대의 초음파 거리 측정기의 상호간 차이는 이며, 점검 로봇과 송수관로 내벽의 거리를 판단하는 데 사용된다.
상기 이미징 시스템은 4세트이다. 각 세트는 모두 1대의 선형 레이저 방출기 및 1대의 카메라를 포함한다. 선형 레이저 방출기는 설정된 파장의 선형 광점을 방출하는 데 사용된다. 카메라는 송수관로 내벽에 투사된 광점 이미지를 촬영하는 데 사용된다. 각 세트의 카메라는 해당 세트의 선형 레이저 방출기의 광점 이미지를 촬영하는 데 사용되고, 4세트의 이미징 시스템은 송수관로 내부에 대한 모든 이미징을 형성한다.
본 발명에서는 상기 점검 로봇을 기반으로 하고, 점검 로봇 초기 위치를 관로 입구 중심 지점으로 설정하고, 로봇 중심은 관로 입구의 중심과 겹치며, 점검 로봇 길이는 미터이고, 반경은 미터이다.
먼저 로봇 중심을 원점 좌표 로 삼고, 점검 로봇 전진 방향은 축이고, 지구 중력 반대 방향은 축이고, 오른손 좌표계를 준수하여 로봇 좌표계 를 구축한다. 송수관로 입구 지점 중심 위치를 원점 좌표 로 삼고, 물 유동 방향은 축이고, 지구 중력의 반대 방향은 축이고, 오른손 좌표계를 준수하여 송수관로 좌표계 를 구축한다.
로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 관계는 다음과 같다.
(1)
식 (1)에서, 회전 행렬 은 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
로봇 좌표계와 관로 좌표계의 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며, 초기 상태일 때, 로봇 좌표계는 관로 좌표계와 겹친다. 회전 행렬 은 단위 행렬이다. 병진 행렬 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 a의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 반시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 a는 로봇에 대하여 위를 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(2)
식 (2)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 b의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 시계 방향을 따라 180°회전한 다음 축방향 시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 b는 로봇에 대하여 오른쪽을 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(3)
식 (3)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 c의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 시계 방향을 따라 90°회전한 다음 축방향 시계 방향을 따라 180°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 c는 로봇에 대하여 아래를 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(4)
식 (4)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 d의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 반시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 -미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 d는 로봇에 대하여 왼쪽을 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(5)
식 (5)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
2차원 평면 타깃 상에 타깃 좌표계 를 구축하고, 이미지 평면에 픽셀 좌표계 를 구축하며, 카메라 광학 중심으로부터 단위 거리에 정규화된 이미지 좌표계 를 구축한다.
카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 의 변환 관계는 다음과 같고,
(6)
식 (6)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 회전 행렬 은 하나의 3행 3열 행렬이다. 병진 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 변위이고, 병진 행렬 은 3행 1열의 벡터이다.
정규화된 이미지 좌표계 과 카메라 좌표계 사이의 변환계는, 면과 면이 평행하며, 즉 회전 행렬 은 단위 행렬이고, 병진 벡터는 이다.
송수관로 내벽 검출 방법은 하기 단계를 포함한다.
단계 1: 점검 로봇이 송수관로에 대한 검출 작업을 시작하기 전에, 점검 로봇의 이미징 시스템이 보정되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템의 보정은 카메라 보정 및 광평면 보정으로 나뉘고, 이미징 시스템의 보정이 완료되지 않았으면, 단계 2를 실행하기 시작하고, 점검 로봇의 보정이 완료되었으면, 단계 5를 실행하기 시작한다.
단계 2: 2차원 평면 타깃을 송수관로 내에 놓고, 선형 레이저 방출기를 사용하여 설정된 파장의 선형 광점을 2차원 평면 타깃 상에 투사하고, 선형 레이저 방출기와 페어링되는 카메라를 통해 선형 광점이 있는 2차원 평면 타깃 이미지를 수집한다.
카메라를 보정해야 하는지 여부를 판단하고, 카메라를 보정할 필요가 없으면, 광평면을 보정하고, 보정이 필요하면, Zhang Zhengyou 보정법을 채택하여 카메라를 보정하고, 카메라 내부 매개변수 및 카메라 외부 매개변수를 구하고, 실제 픽셀 좌표와 계산하여 획득한 픽셀 좌표에 따라 재투영 오차를 계산하고, 카메라 및 내외부 매개변수와 왜곡 매개변수를 수렴할 때까지 반복하고, 카메라 보정을 완료한다.
단계 3: 광평면 보정을 수행할 때, 먼저 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료한 후, 광평면 보정을 수행한다.
단계 4: 점검 로봇의 4세트 이미징 시스템의 교정이 모두 완료되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템 교정이 모두 완료되었으면 단계 5를 실행하고, 이미징 시스템의 교정이 완료되지 않았으면 단계 2를 실행하고, 최종적으로 4세트 광평면의 각각 카메라 좌표계 , , , 하에 있는 방정식을 획득하며, 각각 하기와 같다.
(12)
(13)
(14)
(15)
식 (12), (13), (14), (15)에서, , , , , , , , , , , , , , , , 은 광평면 상수 계수이다.
단계 5: 점검 로봇 이미징 시스템의 교정이 모두 완료되면, 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 판단하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈이면 단계 6을 실행하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하지 않으면 점검 로봇의 포즈를 조정하며, 조정이 종료되면 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 재판단한다.
점검 로봇의 원하는 포즈는, 점검 로봇이 송수관로 중심 위치에 위치하고, 송수관로 물 유동 방향을 따라 수평하게 전진 운동하며, 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하면, 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 방향이 완전히 동일하다.
단계 6: 점검 로봇이 송수관로 내부에서 전진할 때, 4개의 상이한 공간 위치의 설정된 파장을 방출할 수 있는 선형 레이저 방출기가 동시에 선형 광점을 송수관로 내벽 상에 투사한다.
상기 4개의 선형 레이저 방출기에서, 선형 레이저 방출기 a는 점검 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 위를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위는 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 b는 점검 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 오른쪽을 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 c는 점검 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 아래를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 d는 점검 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 왼쪽을 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크다. 4세트의 선형 레이저 방출기의 공간 상의 위치는 각기 상이하며, 전체 송수관로를 완전하게 커버한다.
단계 7: 각 선형 레이저 방출기 근처에 카메라를 장착하여, 관로 내벽의 면에 투사된 광점 이미지를 수집하는 데 사용하고, 수집한 이미지를 가우시안 필터링을 사용하여 노이즈를 제거하고, 그레이스케일 중심법을 사용하여, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 해당 줄무늬 중심 특징점을 이용하여 카메라 좌표계에서 해당 점의 3차원 좌표를 획득하고, 해당 선형 광점 상의 모든 중심 특징점을 순회하여, 카메라 좌표계에서 전체 선형 광점의 3차원 좌표를 획득하고, 4세트의 카메라에 의해 수집된 선형 광점 이미지에 대해 단계 7을 반복하여, 카메라 좌표계에서 4개의 선형 광점 중심 특징점의 3차원 좌표를 획득한다.
단계 8: 이때 송수관로에 대한 스캔이 완료되었는지 여부를 판단하고, 완료되지 않았으면 계속해서 단계 5를 실행하고, 전체 송수관로의 스캔 작업이 이미 완료되었으면, 단계 9를 실행한다.
단계 9: 4세트의 레이저 방출기에서 방출되는 선형 광점과 함께 전체 송수관로를 스캔하고, 4개의 선형 광점 상의 모든 중심 특징점에 대해, 단계 7의 작업을 실행하여, 대응하는 카메라 좌표계에서 모든 특징점의 좌표를 획득한다.
단계 10: 대응하는 카메라 좌표계에서 획득한 모든 선형 광점 특징점의 좌표를 관로 좌표계에서의 좌표로 변환하고, 송수관로 3차원 이미지를 제도한다.
상기 단계 3에 있어서, 4세트의 이미징 시스템의 광평면 보정 단계는 모두 동일하며, 여기에서 점검 로봇 전측 상단 카메라 a와 선형 레이저 방출기 a로 구성된 이미징 시스템의 광평면 보정을 예로 든다. 광평면 보정 단계는 구체적으로 이미지 처리와 선형 광점 중심 특징점 추출의 단계 3.1 및 광평면 보정을 완료하는 3단계 3.2로 나뉜다.
단계 3.1: 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료하고, 선형 광점이 있는 수집된 2차원 평면 타깃 이미지를 가우시안 필터링으로 노이즈 제거하고, 노이즈 제거 후 그레이스케일 중심법을 사용하여 선형 광점의 중심 특징점을 추출한다.
상기 그레이스케일 중심법은, 선형 광점 행좌표의 방향에서 광점 영역의 그레이스케일 중심점을 행마다 계산하고, 해당 점을 이용하여 해당 단면의 광점 중심 특징점 위치를 나타낸다. M행 N열을 포함하는 이미지의 경우, 광점 제열의 그레이스케일 중심 좌표는 이고, 식에서 이고, 는 좌표 지점의 픽셀 그레이값을 나타내고, 이다.
단계 3.2: 광평면 보정을 완료하고, 단계 2에서 획득한 카메라 내부 매개변수 , , , 회전 행렬 및 병진 벡터 를 획득하고, 여기에서 , 은 각각 픽셀을 사용하여 x축과 y축 방향에서의 초점 거리를 서술한 길이이고, , 는 각각 이미지 중심 픽셀 좌표와 이미지 원점 픽셀 좌표 사이 차이의 횡방향 및 종방향 픽셀 수를 나타낸다. 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 회전이다. 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 변위이고, 를 카메라 좌표계 에서의 광점 중심 특징점의 좌표로 설정하고, 은 해당 특징점의 이미지 평면 상에서의 투영점이 픽셀 좌표계에서 위치하는 동차 좌표이고, 는 해당 특징점의 이미지 평면 상에서의 투영점이 카메라 좌표계에 위치한 좌표이고, 은 해당 특징점의 정규화된 이미지 평면 상에서의 투영점 좌표이고, 투영점 좌표는 이고, 여기에서 , , 는 카메라 내부 매개변수이고, 는 특징점의 이미지 평면 상에서의 투영점의 픽셀 좌표계에서 위치하는 좌표이다.
광점 중심 특징점의 정규화된 이미지 좌표계에 위치한 투영점과 카메라 광학 중심을 연립하여, 해당 투영점과 카메라 광학 중심을 동시에 통과하는 직선 방정식 (7)을 구한다.
(7)
식 (7)에서, 은 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 좌표이고, 는 해당 특징점의 정규화된 이미지 평면 상에서의 투영점 좌표이다.
2차원 평면 타깃의 타깃 좌표계에서의 방정식을 다음과 같이 설정한다.
(8)
식 (8)에서, 는 상수 계수이다.
식 (6)과 방정식 (8)을 연립하여 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 2차원 평면 타깃의 방정식은 다음과 같다.
(9)
타깃 좌표계는 2차원 평면 타깃 상에서 구축되므로, (8) 식은 으로, 즉 0으로 퇴화하고, 를 (9) 식에 대입하여 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식을 획득할 수 있다.
(10)
로 하여금, 최종적으로 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식을 다음과 같이 획득한다.
(11)
방정식 (7)과 방정식 (11)을 연립하여, 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계 에서의 좌표값 을 구하고, 각각 , , 이고, 선형 광점에서의 임의의 특징점을 선택하여 상술한 과정을 반복하여, 최종적으로 전체 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에서의 점을 획득한다.
하나의 평면을 결정하려면 최소 3개의 비공선의 점좌표가 필요하며, 이때 시스템이 평면을 결정하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 충족하지 않으면, 2차원 평면 타깃 포즈를 적어도 1회 변경하고, 계속해서 단계 2에서부터 실행을 시작하며, 조건을 충족하면 임의의 3개 또는 3개 이상의 비공선 특징점의 카메라 좌표계에 위치한 좌표를 사용하여, 광평면의 보정을 완료하고, 광평면 방정식 (9)의 카메라 좌표계 에서의 방정식을 획득한다.
(12)
식 (12)에서, , , , 는 광평면 상수 계수이다.
단계 7에서, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 광점 중심 특징점을 핀홀 카메라 모델의 제약 조건에 대입하고, 단계 3.2에서 구한 광평면 방정식을 연립하여, 해당 줄무늬 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 3차원 좌표를 획득한다.
핀홀 카메라 모델의 제약조건은 이며, 식에서 )은 카메라 센서 평면 상의 점이고, 는 카메라 초점 거리이고, (, , )은 )에 대응하는 카메라 좌표계의 좌표이다.
카메라 a 상의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에 위치하는 점 즉, (, , )을 획득한다.
; ; 이고, 여기에서 , , , 은 단계 3.2에서 획득한 광평면 상수 계수이다.
카메라 b의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 c의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 d 상의 카메라 센서 평면의 좌표를 으로 설정한다. 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계, , 에 위치하는 점 즉, (, , ),, , ), (, , )을 획득한다.
여기에서
이고, 여기에서 , , , , , , , , , , , 는 광평면 상수 계수이다.
2개의 주행 추진기 회전속도를 각각 , 로 설정하고, 잠수 추진기 회전속도를 각각 , 로 설정할 때, 점검 로봇은 원하는 포즈를 충족하며, 이때 점검 로봇은 축방향을 따라 수평으로 운동하고, 축과 축 방향은 동일하다. 이때 도플러 속도계로 측정한 로봇의 이동속도는 m/s이고, 점검 로봇이 t초 동안 운행될 때, 점검 로봇 변위량은 미터이다.
단계 7에서 카메라 좌표계에 위치한 카메라 a에 의해 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (2)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
또한, 회전 행렬은 , 병진 벡터는 이고; 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에 의해 카메라 좌표계에 위치한 카메라 b로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표 (, , )를 획득할 수 있다.
식 (3)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고; 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에서 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 c로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (4)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고; 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에 의해 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 d로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (5)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고; 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
상기 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 서로 다른 공간적 위치에 4개의 방수형 선형 레이저 방출기를 채택하여 특정 파장의 선형 광점을 송수관로 내벽에 방출하는 것으로 1번째 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 전단 상측의 중심 위치에 있고, 방향은 로봇에 대해 위를 향하며, 투사된 선 구조광 범위는 90°보다 크다. 2번째 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 후단 우측의 중심 위치에 있고, 방향은 로봇에 대해 오른쪽을 향하며, 투사된 선 구조광 범위는 90°보다 크다. 3번째 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 전단 하측의 중심 위치에 있고, 방향은 로봇에 대해 아래를 향하며, 투사된 선 구조광 범위는 90°보다 크다. 4번째 선형 레이저 방출기는 점검 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 있고, 방향은 로봇에 대해 왼쪽을 향하며, 투사된 선 구조광 범위는 90°보다 크다. 선형 레이저 방출기 근처에 장착된 카메라를 통해 송수관로 내벽 상에 투영된 광점 이미지를 수집하고, 카메라에 의해 수집된 선형 광점을 이미지 처리하여, 광점 중심 특징점을 추출하며, 특징점을 기반으로 송수관로 내벽의 3차원 좌표를 계산하고, 나아가 송수관로 내벽의 3차원 모델을 정확하게 복원하여, 종래의 검출 방법으로 송수관로 내벽에 대해 정확하게 3차원 모델링을 구현할 수 없었던 기술적 문제를 해결한다.
본 발명에 채택된 4세트의 방수형 선형 레이저 방출기는 공간 상의 위치가 다르기 때문에, 방출된 선형 광점은 공간 상에서 교집되지 않는 동시에 전체 송수관로를 커버할 수 있어, 점검 누락 및 오점검 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 동시에 본 발명에서 채택한 3차원 모델링 방법은 관로 결함의 깊이와 길이를 결정할 수 있으므로, 종래의 광학적 검출 기술에서 관로 결함의 깊이와 길이를 결정할 수 없었던 기술적 문제를 극복하였고, 최종적으로 정확한 송수관로의 3차원 모델링을 구현하였다.
도 1은 점검 로봇의 평면도이다.
도 2는 점검 로봇의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 선형 레이저 방출기의 개략적인 구조도이다.
도 4a는 관로 좌표계, 로봇 좌표계, 카메라 a 및 카메라 b 좌표계의 개략도이다.
도 4b는 로봇 좌표계, 카메라 c 및 카메라 d 좌표계의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 카메라 투시 모델의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 구체적인 실시방식의 흐름도이다.
도 2는 점검 로봇의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 선형 레이저 방출기의 개략적인 구조도이다.
도 4a는 관로 좌표계, 로봇 좌표계, 카메라 a 및 카메라 b 좌표계의 개략도이다.
도 4b는 로봇 좌표계, 카메라 c 및 카메라 d 좌표계의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 카메라 투시 모델의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 구체적인 실시방식의 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시방식의 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시방식의 기술적 해결책을 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 구체적인 실시방식은 본 발명의 전부가 아닌 일부 실시방식일 뿐이다. 본 발명의 구체적인 실시방식을 기반으로 창의적인 작업 없이 당업자에 의해 획득된 다른 모든 구체적인 실시방식은 본 발명의 보호 범위에 속한다.
도면에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 송수관로 내벽 점검 로봇은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같다. 상기 점검 로봇은 주로 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 제어 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템을 포함한다. 전방 감시 시스템은 2개의 카메라(600)를 포함하며, 이는 송수관로 전방 정보를 관찰하는 데 사용된다. 추진 시스템은 4개의 추진기를 포함하며, 이는 각각 꼬리부 수직 주행 추진기 a(801)와 주행 추진기 b(802), 복부 양측에 수평으로 배치된 잠수 추진기 a(901)와 잠수 추진기 b(902)이다. 관성 항법 시스템(10)은 MEMS 소형 자세 방위 기준 시스템을 채택하며, 점검 로봇의 포즈 정보를 판단하는 데 사용된다. 속도 측정 시스템은 주로 점검 로봇의 속도를 계산하는 데 사용되며 도플러 속도계(12)를 채택한다. 조명 시스템(11)은 전방 감시 시스템에 광원을 제공하기 위해 사용된다. 제어 시스템은 외부 루프 위치 컨트롤러와 내부 루프 포즈 컨트롤러를 포함한 능동 교란 제거 컨트롤러를 채택하여 점검 로봇의 원활한 전진을 유지하고 검출 작업을 완료하는 데 사용된다. 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 6개의 초음파 거리 측정기를 포함하며, 그 중 2개의 초음파 거리 측정 센서 a(701)는 점검 로봇 전단에 위치하여 점검 로봇과 전방 장애물의 거리를 측정하는 데 사용되고, 다른 4개의 초음파 거리 측정 센서 b(702)는 각각 점검 로봇의 중후단 0°, 90°, 180°, 270°지점에 환형으로 장착되며, 점검 로봇이 송수관로 중심에서 전진하는지 여부를 판단하는데 사용된다. 점검 로봇에는 4세트의 이미징 시스템이 포함되며, 각 세트의 이미징 시스템은 하나의 선형 레이저 방출기 및 하나의 카메라로 구성되고, 선형 레이저 방출기는 방수형 선형 레이저 방출기이다. 제1세트 방수형 레이저 방출기 a(501)와 카메라 a(601)는 점검 로봇의 전단 상측의 중심 위치에 있으며, 방향은 로봇에 대하여 위를 향한다. 제2세트 방수형 레이저 방출기 b(502)와 카메라 b(602)는 점검 로봇의 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 방향은 로봇에 대하여 오른쪽을 향한다. 제3세트 방수형 레이저 방출기 c(503)와 카메라 c(603)는 점검 로봇의 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 방향은 로봇에 대하여 아래를 향한다. 제4세트 방수형 레이저 방출기(d504)와 카메라(d604)는 점검 로봇의 후단 좌측의 중심 위치에 위치며, 방향은 로봇에 대하여 왼쪽을 향한다. 여기에서 방수형 선형 레이저 방출기는 특정 파장의 선형 광점을 방출하는 데 사용되며, 카메라는 송수관로 내벽에 투사되는 광점 이미지를 촬영하는 데 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 점검 로봇(1)은 송수관로 중심에 위치하며, 서로 다른 공간 위치에 있는 4개의 방수형 선형 레이저 방출기를 사용하여 특정 파장의 선형 광점(3)을 송수관로 내벽(2)에 투사한다. 여기서 방수형 선형 레이저 방출기 a(501)는 점검 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치하고, 방향은 로봇에 대하여 위를 향하고, 제1세트 선형 레이저 방출기 투영 영역(401)의 범위는 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 b(502)는 점검 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치하고, 방향은 로봇에 대하여 오른쪽을 향하며, 제2세트 선형 레이저 방출기 투영 영역(402)의 범위는 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 c(503)는 점검 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치하고, 방향은 로봇에 대하여 아래를 향하며, 제3세트 선형 레이저 방출기 투영 영역(403)의 범위는 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 d(504)는 점검 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 있고, 방향은 로봇에 대하여 왼쪽을 향하며, 제4세트 선형 레이저 방출기 투영 영역(404)의 범위는 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 a(501)와 방수형 선형 레이저 방출기 c(503)는 점검 로봇 전단에 위치하며 상하로 180°를 이루며 대향하도록 분포된다. 방수형 선형 레이저 방출기 b(502)와 방수형 선형 레이저 방출기 d(504)는 점검 로봇 후단에 위치하며 좌우로 180°를 이루며 대향되도록 분포되며, 점검 로봇 전단과 후단의 선형 레이저 방출기는 공간 상에서 수직 관계이다. 4세트의 방수형 선형 레이저 방출기의 공간 상에서의 위치가 각기 다르기 때문에, 투사된 선 구조광이 서로 간섭하지 않는 동시에 전체 송수관로를 완전히 커버할 수 있다.
각 선형 레이저 방출기 근처에 카메라를 장착하여 송수관로 내벽에 투영되는 광점 이미지를 수집하는 데 사용한다. 카메라에 의해 수집된 선형 광점의 이미지 처리를 통해 광점 중심 특징점을 추출하고, 특징점에 따라 송수관로 내벽의 3차원 좌표를 계산하여, 송수관로 내벽의 3차원 모델을 정확하게 복원한다.
상기 점검 로봇 시스템을 기반으로, 본 발명에서 제공하는 방법은 다음과 같다.
점검 로봇 초기 위치를 관로 입구 중심 지점에 설정하고, 로봇 중심은 관로 입구의 중심과 겹치며, 점검 로봇 길이는 미터이고, 반경은 미터이다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 로봇 좌표계 , 송수관로 좌표계 , 카메라 좌표계 , , , 를 구축한다.
먼저 로봇 중심을 원점 좌표 로 삼고, 점검 로봇 전진 방향은 축이고, 지구 중력 반대 방향은 축이고, 오른손 좌표계를 준수하여 로봇 좌표계 를 구축한다. 송수관로 입구 지점 중심 위치를 원점 좌표 로 삼고, 물 유동 방향은 축이고, 지구 중력의 반대 방향은 축이고, 오른손 좌표계를 준수하여 송수관로 좌표계 를 구축한다.
로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 관계는 다음과 같다.
(1)
식(1)에서, 회전 행렬 은 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
로봇 좌표계와 관로 좌표계의 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며, 초기 상태일 때, 로봇 좌표계는 관로 좌표계와 겹친다. 회전 행렬 은 단위 행렬이다. 병진 행렬 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 a의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 반시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 a는 로봇에 대하여 위를 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(2)
식 (2)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 b의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 시계 방향을 따라 180°회전한 다음 축방향 시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 b는 로봇에 대하여 오른쪽을 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(3)
식 (3)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 c의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 시계 방향을 따라 90°회전한 다음 축방향 시계 방향을 따라 180°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 새로 미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 c는 로봇에 대하여 아래를 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(4)
식 (4)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
로봇 좌표계 는 회전 및 병진 후 카메라 좌표계 를 구축하고, 카메라 좌표계 의 원점 좌표는 카메라 d의 카메라 광학 중심이고, 카메라 우측은 축이고, 카메라 광축은 축이고, 오른손 좌표계를 준수한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 회전 관계는, 로봇 좌표계가 축방향 반시계 방향을 따라 90°회전하는 것이다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 병진 관계는, 로봇 좌표계가 회전한 후 새로운 축방향을 따라 -미터 병진한 다음, 새로운 축방향을 따라 r미터 병진하는 것이다.
카메라 좌표계 의 원점 좌표는 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 위치하며, 카메라 d는 로봇에 대하여 왼쪽을 향한다.
로봇 좌표계 와 카메라 좌표계 의 구체적인 관계는 다음과 같다.
(5)
식 (5)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 로봇 좌표계 사이의 상대적 변위이다.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
광평면 보정을 수행할 때, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 2차원 타깃 평면 상에 타깃 좌표계 를 구축하고, 픽셀 평면에 픽셀 좌표계 를 구축하고 카메라의 광학 중심으로부터 단위 거리에 정규화된 이미지 좌표계 를 구축한다.
카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 의 변환 관계는 다음과 같고,
(6)
식 (6)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 회전 행렬 은 하나의 3행 3열 행렬이다. 병진 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 변위이고, 병진 행렬 은 3행 1열의 벡터이다.
정규화된 이미지 좌표계 과 카메라 좌표계 사이의 변환계는, 면과 면이 평행하며, 즉 회전 행렬 은 단위 행렬이고, 병진 벡터는 이다.
상술한 로봇을 기반의 송수관로 내벽 검출 방법으로서, 구체적인 과정은 도 6에 도시된 바와 같으며, 주로 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 1: 점검 로봇이 송수관로에 대한 검출 작업을 시작하기 전에, 점검 로봇의 이미징 시스템이 보정되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템의 보정은 카메라 보정 및 광평면 보정으로 나뉘고, 이미징 시스템의 보정이 완료되지 않았으면, 단계 2를 실행하기 시작하고, 점검 로봇의 보정이 완료되었으면, 단계 5를 실행하기 시작한다.
단계 2: 2차원 평면 타깃을 송수관로 내에 놓고, 선형 레이저 방출기를 사용하여 설정된 파장의 선형 광점을 2차원 평면 타깃에 투사하고, 선형 레이저 방출기와 페어링되는 카메라를 통해 선형 광점이 있는 2차원 평면 타깃 이미지를 수집한다. 카메라를 보정해야 하는지 여부를 판단하고, 카메라를 보정할 필요가 없으면, 광평면을 보정하고, 보정이 필요하면, Zhang Zhengyou 보정법을 채택하여 카메라를 보정하고, 카메라 내부 매개변수 및 카메라 외부 매개변수를 구하고, 실제 픽셀 좌표와 계산하여 획득한 픽셀 좌표를 기반으로 재투영 오차를 계산하고, 카메라 및 내외부 매개변수와 왜곡 매개변수를 수렴할 때까지 반복하고, 카메라 보정을 완료한다.
단계 3: 광평면 보정을 수행할 때, 먼저 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료한 후, 광평면 보정을 수행한다. 상기 단계 3에 있어서, 4세트의 이미징 시스템의 광평면 보정 단계는 모두 동일하며, 여기에서 점검 로봇 전측 상단 카메라 a와 선형 레이저 방출기 a로 구성된 이미징 시스템의 광평면 보정을 예로 든다.
단계 3는 이미지 처리와 선형 광점 중심 특징점 추출의 단계 3.1 및 광평면 보정을 완료하는 단계 3.2로 나뉜다. 단계 3.1: 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료하고, 선형 광점이 있는 수집된 2차원 평면 타깃 이미지를 가우시안 필터링으로 노이즈 제거하고, 노이즈 제거 후 그레이스케일 중심법을 사용하여 선형 광점의 중심 특징점을 추출한다.
상기 그레이스케일 중심법은, 선형 광점 행좌표의 방향에서 광점 영역의 그레이스케일 중심점을 행마다 계산하고, 해당 점을 이용하여 단면의 광점 중심 특징점 위치를 나타낸다. M행 N열을 포함하는 이미지의 경우, 광점 제열의 그레이스케일 중심 좌표는 이고, 식에서 이고, 는 좌표 지점의 픽셀 그레이값을 나타내고, 이다.
단계 3.2: 광평면 보정을 완료하고, 단계 2에서 획득한 내부 매개변수 , , , 회전 행렬 및 병진 벡터 를 획득하고, 를 카메라 좌표계 에서 광점 중심 특징점의 좌표로 설정하고, 은 해당 특징점의 이미지 평면에서의 투영점이 픽셀 좌표계에 위치하는 동차 좌표이고, 는 해당 특징점의 이미지 평면에서의 투영점이 카메라 좌표계에 위치하는 좌표이고, 은 해당 특징점의 정규화된 이미지 평면에서의 투영점 좌표이고, 투영점 좌표는 이고, 여기에서 , , 는 카메라 내부 매개변수이고, 는 특징점의 이미지 평면에서의 투영점이 픽셀 좌표계에 위치하는 좌표인 단계를 포함한다.
광점 중심 특징점의 정규화된 이미지 좌표계에 위치한 투영점과 카메라 광학 중심을 연립하여, 해당 투영점과 카메라 광학 중심을 동시에 통과하는 직선 방정식 (7)을 구한다.
(7)
식 (7)에서, 은 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 좌표이고, 는 해당 특징점의 정규화된 이미지 평면 상에서의 투영점 좌표이다.
2차원 평면 타깃의 타깃 좌표계에서의 방정식을 다음과 같이 설정한다.
(8)
식(8)에서, 는 상수 계수이다.
식 (6)과 방정식 (8)을 연립하여 획득할 수 있는 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에 위치한 방정식은 다음과 같다.
(9)
타깃 좌표계는 2차원 평면 타깃에서 구축되므로, (8) 식은 로, 즉 0으로 퇴화하고, 를 (9) 식에 대입하여 획득할 수 있는 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식은 다음과 같다.
(10)
로 하여금, 최종적으로 획득한 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식을 다음과 같다.
(11)
방정식 (7)과 방정식 (11)을 연립하여, 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계 에서의 좌표값 을 구하고, 각각 , , 이고, 선형 광점에서의 임의의 특징점을 선택하여 상술한 과정을 반복하여, 최종적으로 전체 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에서의 점을 획득한다.
하나의 평면을 결정하려면 최소 3개의 비공선의 점좌표가 필요하며, 이때 시스템이 평면을 결정하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 충족하지 않으면, 2차원 평면 타깃 포즈를 적어도 1회 변경하고, 계속해서 단계 2에서부터 실행을 시작하며, 조건을 충족하면 임의의 3개 또는 3개 이상의 비공선 특징점의 카메라 좌표계에 위치한 좌표를 사용하여, 광평면의 보정을 완료하고, 광평면 방정식 (9)의 카메라 좌표계 에서의 방정식을 획득한다.
(12)
식 (12)에서, , , , 는 광평면 상수 계수이다. 해당 세트의 광평면 보정을 완료한 후 단계 4 실행을 시작한다.
단계 4: 점검 로봇의 4세트 이미징 시스템의 보정이 모두 완료되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템 보정이 모두 완료되었으면 단계 5를 실행하고, 이미징 시스템의 보정이 완료되지 않았으면 계속해서 단계 2를 실행하고, 최종적으로 4세트 광평면의 각각 카메라 좌표계 , , , 에서의 방정식을 획득하며, 각각 하기와 같다.
(12)
(13)
(14)
(15)
식 (12), (13), (14), (15)에서, , , , , , , , , , , , 은 광평면 상수 계수이다.
단계 5: 점검 로봇 이미징 시스템의 보정이 모두 완료되면, 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 판단하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈이면 단계 6을 실행하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하지 않으면 능동 교란 제거 컨트롤러를 통해 점검 로봇의 포즈를 조정하며, 조정이 종료되면 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 재판단한다.
점검 로봇의 원하는 포즈는, 점검 로봇이 송수관로 중심 위치에 위치하고, 송수관로 물 유동 방향을 따라 수평하게 전진 운동하며, 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하면, 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 방향이 완전히 동일하다.
능동 교란 제거 컨트롤러는 주로 외부 루프 능동 교란 제거 위치 컨트롤러 및 내부 루프 능동 교란 제거 포즈 컨트롤러를 포함하고, 점검 로봇 포즈에 편차가 발생하면, 외부 루프 능동 교란 제거 위치 컨트롤러를 통해 점검 로봇 위치를 제어하고, 내부 루프 능동 교란 제거 포즈 컨트롤러를 통해 점검 로봇 포즈를 제어하여, 최종적으로 점검 로봇의 포즈 조절을 구현한다.
단계 6: 점검 로봇이 송수관로 내부에서 전진할 때, 4개의 상이한 공간 위치의 설정된 파장을 방출할 수 있는 선형 레이저 방출기가 동시에 선형 광점을 송수관로 내벽에 투사한다.
방수형 선형 레이저 방출기 a는 점검 로봇 시스템 전단 상측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 위를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위는 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 b는 점검 로봇 시스템 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 오른쪽을 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 c는 점검 로봇 시스템 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 아래를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크다. 방수형 선형 레이저 방출기 d는 점검 로봇 시스템 후단 좌측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 왼쪽을 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크다. 4세트의 방수형 선형 레이저 방출기의 공간 상의 위치가 각기 상이하므로, 투사되는 선 구조광이 서로 간섭하지 않고, 전체 송수관로를 완전하게 커버한다.
단계 7: 각 선형 레이저 방출기 근처에 카메라를 장착하여, 관로 내벽에 투사된 광점 이미지를 수집하는 데 사용하고, 수집한 이미지를 가우시안 필터링을 사용하여 노이즈를 제거하고, 그레이스케일 중심법을 사용하여, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 해당 줄무늬 중심 특징점을 이용하여 카메라 좌표계에서 해당 점의 3차원 좌표를 획득하고, 해당 선형 광점에 있는 모든 중심 특징점을 순회하여, 카메라 좌표계에서 전체 선형 광점의 3차원 좌표를 획득하고, 4세트의 카메라에 의해 수집된 선형 광점 이미지에 대해 단계 7을 반복하여, 카메라 좌표계에서 4개의 선형 광점 중심 특징점의 3차원 좌표를 획득한다.
단계 7에 있어서, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 광점 중심 특징점을 핀홀 카메라 모델의 제약 조건에 대입하고, 단계 3.2에서 구한 광평면 방정식을 연립하여, 해당 줄무늬 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 3차원 좌표를 획득한다.
핀홀 카메라 모델의 제약조건은 이며, 식에서 )은 카메라 센서 평면에서의 점이고, 는 카메라 초점 거리이고, (, , )은 )에 대응하는 카메라 좌표계의 좌표이다.
카메라 a에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에 위치하는 점 (, , )을 획득한다.
; ; .
여기에서, , , , 는 3.단계 2에서 획득한 광평면 상수 계수이다.
카메라 b에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 c에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 d에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 으로 설정한다. 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 , , 에 위치하는 점 즉, 각각(, , ),, , ), (, , )을 획득한다.
여기에서
이다. 여기에서 , , , , , , , , , , , 는 단계 3.2에서 획득한 광평면 상수 계수이다.
단계 8: 이때 송수관로에 대한 스캔이 완료되었는지 여부를 판단하고, 완료되지 않았으면 계속해서 단계 5를 실행하고, 전체 송수관로의 스캔 작업이 이미 완료되었으면, 단계 9를 실행한다.
단계 9: 4세트의 레이저 방출기에서 방출되는 선형 광점과 함께 전체 송수관로를 스캔하고, 4개의 선형 광점에 있는 모든 중심 특징점에 대해, 단계 7의 작업을 실행하여, 대응하는 카메라 좌표계에 있는 모든 특징점의 좌표를 획득한다.
단계 10: 대응하는 카메라 좌표계에서의 획득한 모든 선형 광점 특징점의 좌표를 관로 좌표계에서의 좌표로 변환하고, 송수관로 3차원 이미지를 제도한다.
측정 시, 2개의 주행 추진기 회전속도를 각각 , 로 설정하고, 잠수 추진기 회전속도를 각각 , 로 설정할 때, 점검 로봇은 원하는 포즈를 충족하며, 이때 점검 로봇은 축방향을 따라 수평으로 운동하고, 축과 축 방향은 동일하다. 이때 도플러 속도계로 측정한 로봇의 이동속도는 m/s이고, 점검 로봇이 t초 동안 운행될 때, 점검 로봇 변위량은 미터이다.
단계 7에서 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 a로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (2)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고, 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에서 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 b로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (3)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에서 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고, 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에서 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 c로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (4)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고; 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
단계 7에서 획득할 수 있는 카메라 좌표계에 위치한 카메라 d로 촬영된 선형 광점 특징점의 좌표는 (, , )이다.
식 (5)로부터 로봇 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
식 (1)로부터 관로 좌표계에 위치한 해당 점의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
더 나아가, 회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이고, 회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되고, 병진 행렬은 이다.
좌표 변환 과정을 더 쉽게 설명하기 위해, 점검 로봇의 전체 길이는 1.2m, 너비는 1m라고 가정한다. 점검 로봇 전단으로부터 0.1m 거리에 카메라 a(601)를 설치하며 카메라 a(601)는 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치한다. 점검 로봇 후단으로부터 0.1m 거리에 카메라 b(602)를 설치하며 카메라 b(602)는 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치한다. 점검 로봇 전단으로부터 0.1m 거리에 카메라 c(603)를 설치하며 카메라 c(603)는 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치한다.
점검 로봇 후단으로부터 0.1m 거리에 카메라 d(604)를 설치하며 카메라 d(604)는 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 위치한다.
관로 좌표계 원점 좌표 는 관로 입구 중심 지점에 설정하고, 로봇 좌표계 원점 좌표 는 로봇 중심 위치에 설치하며, 즉, 은 로봇 상단과 하단으로부터의 거리가 모두 0.5미터이고, 로봇의 전단과 후단으로부터의 거리가 모두 0.6미터이다. 카메라 좌표계 원점 좌표 , , , 는 각각 카메라 a(601), 카메라 b(602), 카메라 c(603) 및 카메라 d(604)의 카메라 광학 중심에 위치한다.
점검 로봇 초기 위치는 관로 입구 중심 지점에 위치하도록 설정하고, 로봇 중심은 관로 입구 중심과 겹치며, 즉 이때 관로 좌표계와 로봇 좌표계가 완전히 겹친다.
이때, 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 에 위치하는 점, 즉, (, , )이고, 이다. 식 (2)로부터 선형 광점 특징점의 로봇 좌표계에서의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
회전 행렬은 , 병진 벡터는 이면, 카메라 a(601)에 의해 촬영된 선형 광점 특징점의 관로 좌표계에서의 좌표 는 다음과 같다.
.
회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며 병진 행렬은 이다.
선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 에 위치하는 점은 (, , )이고,; ; 이다. 식 (3)로부터 해당 점의 로봇 좌표계에서의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
회전 행렬은 , 병진 벡터는 이면, 카메라 b(602)에 의해 촬영된 선형 광점 특징점의 관로 좌표계에서의 좌표 는 다음과 같다. .
회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며 병진 행렬은 이다.
선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 에 위치하는 점은 , , )이고,; ; 이다. 식 (4)로부터 해당 점의 로봇 좌표계에서의 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다.
이 경우 카메라 c(603)에 의해 촬영된 선형 광점 특징점의 관로 좌표계에 위치하는 좌표 가 다음과 같다.
.
회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며 병진 행렬은 이다.
선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 에 위치하는 점은 각각 (, , )이고,; ; 이다. 식 (5)로부터 해당 점의 로봇 좌표계에 위치한 좌표 는 다음과 같이 얻을 수 있다.
.
회전 행렬은 이고, 병진 벡터는 이다. 카메라 d(604)에 의해 촬영된 선형 광점 특징점의 관로 좌표계에 위치한 좌표 는 다음과 같다.
.
회전 행렬 은 관성 항법 시스템의 포즈 센서에 의해 측정되며 병진 행렬은 이다.
본 발명의 구체적인 실시방식을 도시하고 설명하였으나, 당업자는 본 발명의 원리 및 사상을 벗어나지 않고 이러한 구체적인 실시방식에 대해 다양한 변경, 수정, 대체 및 변형을 가할 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정됨을 이해할 수 있다.
1: 점검 로봇
2: 송수관로 내벽
3: 선형 광점
401: 제1세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
402: 제2세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
403: 제3세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
404: 제4세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
501: 방수형 선형 레이저 방출기 a
502: 방수형 선형 레이저 방출기 b
503: 방수형 선형 레이저 방출기 c
504: 방수형 선형 레이저 방출기 d
600: 카메라
601: 카메라 a
602: 카메라 b
603: 카메라 c
604: 카메라 d
701: 초음파 거리 측정기 a
702: 초음파 거리 측정기 b
801: 주행 추진기 a
802: 주행 추진기 b
901: 잠수 추진기 a
902: 잠수 추진기 b
10: 관성 항법 시스템
11: 조명 시스템
12: 도플러 속도계
13: 타깃 좌표계
14: 픽셀 좌표계
15: 카메라 좌표계
16: 정규화된 평면
17: 2차원 평면 타깃
18: 광점 중심 특징점
19: 픽셀 좌표계에서 투영점의 동차 좌표
20: 정규화된 평면 투영점
2: 송수관로 내벽
3: 선형 광점
401: 제1세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
402: 제2세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
403: 제3세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
404: 제4세트 선형 레이저 방출기 투영 영역
501: 방수형 선형 레이저 방출기 a
502: 방수형 선형 레이저 방출기 b
503: 방수형 선형 레이저 방출기 c
504: 방수형 선형 레이저 방출기 d
600: 카메라
601: 카메라 a
602: 카메라 b
603: 카메라 c
604: 카메라 d
701: 초음파 거리 측정기 a
702: 초음파 거리 측정기 b
801: 주행 추진기 a
802: 주행 추진기 b
901: 잠수 추진기 a
902: 잠수 추진기 b
10: 관성 항법 시스템
11: 조명 시스템
12: 도플러 속도계
13: 타깃 좌표계
14: 픽셀 좌표계
15: 카메라 좌표계
16: 정규화된 평면
17: 2차원 평면 타깃
18: 광점 중심 특징점
19: 픽셀 좌표계에서 투영점의 동차 좌표
20: 정규화된 평면 투영점
Claims (7)
- 송수관로 내벽 검출 방법에 있어서,
이하의 단계,
단계 1: 점검 로봇이 송수관로에 대한 검출 작업을 시작하기 전에, 점검 로봇의 이미징 시스템이 보정되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템의 보정은 카메라 보정 및 광평면 보정으로 나뉘고, 이미징 시스템의 보정이 완료되지 않았으면, 단계 2를 실행하기 시작하고, 점검 로봇의 보정이 완료되었으면, 단계 5를 실행하기 시작하는 단계;
단계 2: 2차원 평면 타깃을 송수관로 내에 놓고, 선형 레이저 방출기를 사용하여 설정된 파장의 선형 광점을 2차원 평면 타깃 상에 투사하고, 선형 레이저 방출기와 페어링되는 카메라를 통해 선형 광점이 있는 2차원 평면 타깃 이미지를 수집하고;
카메라를 보정해야 하는지 여부를 판단하고, 카메라를 보정할 필요가 없으면, 광평면을 보정하고; 보정이 필요하면, Zhang Zhengyou 보정법을 채택하여 카메라를 보정하고, 카메라 내부 매개변수 및 카메라 외부 매개변수를 구하고, 실제 픽셀 좌표와 계산하여 획득한 픽셀 좌표를 기반으로 재투영 오차를 계산하고, 카메라 및 내외부 매개변수와 왜곡 매개변수를 수렴할 때까지 반복하고, 카메라 보정을 완료하는 단계;
단계 3: 광평면 보정을 수행할 때, 먼저 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료한 후, 광평면 보정을 수행하는 단계; 및
단계 4: 점검 로봇의 4세트 이미징 시스템의 교정이 모두 완료되었는지 여부를 판단하고, 이미징 시스템 교정이 모두 완료되었으면 단계 5를 실행하고, 이미징 시스템의 교정이 완료되지 않았으면 단계 2를 실행하고, 최종적으로 4세트 광평면이 각각 카메라 좌표계 , , , 하에 있는 방정식을 획득하며, 각각 하기와 같고,
식 (12), (13), (14), (15)에서, , , , , , , , , , , , , , , , 은 광평면 상수 계수인 단계;
단계 5: 점검 로봇 이미징 시스템의 교정이 모두 완료되면, 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 판단하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈이면 단계 6을 실행하고, 이때 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하지 않으면 점검 로봇이 포즈를 조정하며, 조정이 종료되면 이때의 점검 로봇 포즈가 원하는 포즈인지 여부를 재판단하는 단계;
단계 6: 점검 로봇이 송수관로 내부에서 전진할 때, 4개의 상이한 공간 위치의 설정된 파장을 방출할 수 있는 선형 레이저 방출기가 동시에 선형 광점을 송수관로 내벽 상에 투사하는 단계;
단계 7: 각 선형 레이저 방출기 근처에 카메라를 장착하여, 관로 내벽 상에 투사된 광점 이미지를 수집하는 데 사용하고, 수집한 이미지를 가우시안 필터링을 사용하여 노이즈를 제거하고, 그레이스케일 중심법을 사용하여, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 광점 줄무늬 중심 특징점을 이용하여 카메라 좌표계에서 광점 줄무늬 중심 특징점의 3차원 좌표를 계산하여 획득하고, 광점 줄무늬 중심 특징점의 선형 광점에 있는 모든 중심 특징점을 순회하여, 카메라 좌표계에서 전체 선형 광점의 3차원 좌표를 획득하고, 4세트의 카메라에 의해 수집된 선형 광점 이미지에 대해 단계 7을 반복하여, 카메라 좌표계에서 4개의 선형 광점 중심 특징점의 3차원 좌표를 획득하는 단계;
단계 8: 이때 송수관로에 대한 스캔이 완료되었는지 여부를 판단하고, 완료되지 않았으면 계속해서 단계 5를 실행하고, 전체 송수관로의 스캔 작업이 이미 완료되었으면, 단계 9를 실행하는 단계;
단계 9: 4세트의 레이저 방출기에서 방출되는 선형 광점과 함께 전체 송수관로를 스캔하고, 4개의 선형 광점 상의 모든 중심 특징점에 대해, 단계 7의 작업을 실행하여, 대응하는 카메라 좌표계에서 모든 특징점의 좌표를 획득하는 단계; 및
단계 10: 대응하는 카메라 좌표계에서의 획득한 모든 선형 광점 특징점의 좌표를 관로 좌표계에서의 좌표로 변환하고, 송수관로 3차원 이미지를 제도하는 단계;가 포함되고,
상기 단계 3에서,
단계 3.1: 이미지 처리 및 선형 광점 중심 특징점의 추출을 완료하고, 선형 광점이 있는 수집된 2차원 평면 타깃 이미지를 가우시안 필터링으로 노이즈 제거하고, 노이즈 제거 후 그레이스케일 중심법을 사용하여 선형 광점의 중심 특징점을 추출하고,
상기 그레이스케일 중심법은, 선형 광점 행좌표의 방향에서 광점 영역의 그레이스케일 중심점을 행마다 계산하고, 그레이스케일 중심점을 이용하여 단면의 광점 중심 특징점 위치를 나타내며; M행 N열을 포함하는 이미지의 경우, 광점 제열의 그레이스케일 중심 좌표는 이고, 식에서 이고, 는 좌표 지점의 픽셀 그레이값을 나타내고, 인 단계; 및
단계 3.2: 광평면 보정을 완료하고, 단계 2에서 획득한 카메라 내부 매개변수 , , , 회전 행렬 및 병진 벡터 를 획득하고, 를 카메라 좌표계 에서 광점 중심 특징점의 좌표로 설정하고, 은 광점 중심 특징점의 이미지 평면에서의 투영점이 픽셀 좌표계에서 위치하는 동차 좌표이고, 는 광점 중심 특징점의 이미지 평면 상에서의 투영점이 카메라 좌표계에 위치한 좌표이고, 은 광점 중심 특징점의 정규화된 이미지 평면 상에서의 투영점 좌표이고, 투영점 좌표는 이고, 여기에서 , , 는 카메라 내부 매개변수이고, 는 광점 중심 특징점의 이미지 평면에서의 투영점이 픽셀 좌표계에 위치하는 좌표이고,
광점 중심 특징점의 정규화된 이미지 좌표계에 위치한 투영점과 카메라 광학 중심을 연립하여, 투영점과 카메라 광학 중심을 동시에 통과하는 직선 방정식 (7)을 구하고,
(7)
식 (7)에서, 은 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 좌표이고, 는 광점 중심 특징점의 정규화된 이미지 평면에서의 투영점 좌표이고,
2차원 평면 타깃의 타깃 좌표계에서의 방정식을 다음과 같이 설정하고,
(8)
식 (8)에서, 는 상수 계수이고;
카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 의 변환 관계는 다음과 같고,
(6)
식 (6)에서, 회전 행렬 은 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 회전이고, 회전 행렬 는 하나의 3행 3열 행렬이고; 병진 벡터 는 카메라 좌표계 와 타깃 좌표계 사이의 상대적 변위이고, 병진 벡터 는 3행 1열 벡터이고;
식 (6)과 방정식 (8)을 연립하여, 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에 위치한 방정식을 획득할 수 있고,
(9)
타깃 좌표계는 2차원 평면 타깃에서 구축되므로, (8) 식은 로, 즉 0으로 퇴화하고, 를 (9) 식에 대입하여 획득할 수 있는 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식은 다음과 같고,
(10)
로 하여금, 최종적으로 획득한 2차원 평면 타깃의 카메라 좌표계에서의 방정식을 다음과 같고,
(11)
방정식 (7)과 방정식 (11)을 연립하여, 광점 중심 특징점의 카메라 좌표계 에서의 좌표값 을 구하고, 각각 , , 이고, 선형 광점에서의 임의의 특징점을 선택하여 상술한 과정을 반복하여, 최종적으로 전체 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에서의 점을 획득하고,
하나의 평면을 결정하려면 최소 3개의 비공선의 점좌표가 필요하며, 이때 시스템이 평면을 결정하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 충족하지 않으면, 2차원 평면 타깃 포즈를 적어도 1회 변경하고, 계속해서 단계 2에서부터 실행을 시작하며, 조건을 충족하면 3개 또는 3개 이상의 비공선 특징점의 카메라 좌표계에 위치한 좌표를 사용하여, 광평면의 보정을 완료하고, 광평면 방정식 (9)의 카메라 좌표계 에서의 방정식을 획득하고,
0 (12)
식 (12)에서, , , , 는 광평면 상수 계수인 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제1항에 있어서,
점검 로봇의 원하는 포즈는, 점검 로봇이 송수관로 중심 위치에 위치하고, 송수관로 물 유동 방향을 따라 수평하게 전진 운동하며, 점검 로봇이 원하는 포즈를 충족하면, 로봇 좌표계 와 송수관로 좌표계 방향이 완전히 동일한 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제1항에 있어서,
상기 4개의 선형 레이저 방출기에서, 선형 레이저 방출기 a는 점검 로봇 전단 상측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 위를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위는 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 b는 점검 로봇 후단 우측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 오른쪽을 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 c는 점검 로봇 전단 하측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 아래를 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크고, 선형 레이저 방출기 d는 점검 로봇 후단 좌측의 중심 위치에 위치하며, 방향이 로봇에 대하여 왼쪽 향하고, 투사되는 선 구조광 범위가 90°보다 크고, 4세트의 선형 레이저 방출기의 공간 상의 위치는 각기 상이하며, 전체 송수관로를 완전하게 커버하는 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제1항에 있어서,
단계 7에서, 광점 줄무늬 중심 특징점을 계산하여 획득하고, 광점 중심 특징점을 핀홀 카메라 모델의 제약 조건에 대입하고, 단계 3.2에서 구한 광평면 방정식을 연립하여, 광점 줄무늬 중심 특징점의 카메라 좌표계에서의 3차원 좌표를 획득하고;
핀홀 카메라 모델의 제약조건은 이며; 식에서 )은 카메라 센서 평면 상의 점이고, 는 카메라 초점 거리이고, (, , )은 )에 대응하는 카메라 좌표계의 좌표이고,
카메라 a 상의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계에 위치하는 점, 즉, (, , )을 획득하고,
이고;
여기에서 , , , 은 단계 3.2에서 획득한 광평면 상수 계수이고,
카메라 b에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 c에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 로 설정하고, 카메라 d에서의 카메라 센서 평면의 좌표를 으로 설정하고, 최종적으로 선형 광점 특징점의 카메라 좌표계 , , 에 위치하는 점 (, , ), , , ), (, , )을 획득하고,
여기에서
이고;
여기에서 , , , , , , , , , , , 는 광평면 상수 계수인 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제1항에 있어서,
점검 로봇은 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 제어 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템을 포함하고,
상기 전방 감시 시스템은 송수관로 전방 정보를 관찰하는 데 사용되는 로봇 전방부에 설치된 카메라를 포함하며;
상기 추진 시스템은 4대의 추진기를 포함하며, 이는 각각 2대의 주행 추진기 및 2대의 잠수 추진기이고, 로봇을 추진하는 데 사용되는 주행 추진기는 로봇의 꼬리부에 설치되고, 점검 로봇의 잠수에 사용되는 잠수 추진기는 로봇 양측에 설치되고;
상기 관성 항법 시스템은 점검 로봇의 포즈 정보를 판단하는 데 사용되는 MEMS 소형 자세 방위 기준 시스템을 채택하고;
상기 속도 측정 시스템은 도플러 속도계를 채택하며, 점검 로봇의 속도를 측정하는 데 사용되고;
상기 조명 시스템은 광원을 제공하는 데 사용되며;
상기 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 점검 로봇과 전방 장애물 및 송수관로 내벽의 거리를 측정하는 데 사용되고;
상기 이미징 시스템은 선형 레이저 방출기 및 레이저 방출기와 매칭되는 카메라를 포함하고, 선형 레이저 방출기는 설정된 파장의 선형 광점을 방출하는 데 사용되고, 카메라는 선형 레이저 방출기가 송수관로 내벽에 투사한 광점 이미지를 촬영하는데 사용되고;
상기 제어 시스템은 상술한 전방 감시 시스템, 추진 시스템, 관성 항법 시스템, 속도 측정 시스템, 조명 시스템, 거리 측정 및 장애물 회피 시스템 및 이미징 시스템과 연결되는 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제5항에 있어서,
상기 거리 측정 및 장애물 회피 시스템은 6대의 초음파 거리 측정기를 포함하며, 그 중 2대의 초음파 거리 측정기는 점검 로봇 전단에 설치되어, 점검 로봇과 전방 장애물의 거리를 측정하는 데 사용되고; 다른 4대의 초음파 거리 측정기는 점검 로봇의 후단에 위치하며, 환형으로 장착되고, 인접한 2대의 초음파 거리 측정기의 상호간 차이는 이며, 점검 로봇과 송수관로 내벽의 거리를 판단하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이미징 시스템은 4세트이고, 각 세트는 모두 1대의 선형 레이저 방출기 및 1대의 카메라를 포함하고, 선형 레이저 방출기는 설정된 파장의 선형 광점을 방출하는 데 사용되고, 카메라는 송수관로 내벽에 투사된 광점 이미지를 촬영하는 데 사용되고, 각 세트의 카메라는 선형 레이저 방출기의 광점 이미지를 촬영하는 데 사용되고, 4세트의 이미징 시스템은 송수관로 내부에 대한 모든 이미징을 형성하는 것을 특징으로 하는 송수관로 내벽 검출 방법.
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|---|---|---|---|---|
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| CN117288459B (zh) * | 2023-11-24 | 2024-02-02 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种基于管道内水下航行器的蝶阀检测方法及系统 |
| CN117646828B (zh) * | 2024-01-29 | 2024-04-05 | 中国市政工程西南设计研究总院有限公司 | 一种用于检测顶管接口相对位移和渗漏水的装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170127847A (ko) * | 2016-05-13 | 2017-11-22 | 삼성중공업 주식회사 | 배관 내부 검사장비용 라인 인지 및 위치 검출 시스템 및 방법 |
| JP2017226259A (ja) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | 株式会社日立製作所 | 管路施設点検飛行体と、それを用いた管路施設点検システム |
| CN110244322A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-17 | 东南大学 | 基于多源传感器的路面施工机器人环境感知系统及方法 |
| KR20200014858A (ko) * | 2018-06-07 | 2020-02-11 | 우이시 테크놀로지스 (베이징) 리미티드. | 위치 측정 및 동시 지도화 방법 및 장치 |
| KR20220066325A (ko) * | 2019-09-20 | 2022-05-24 | 항저우 히크로봇 테크놀로지 씨오., 엘티디. | 이동 로봇용 장애물 정보 감지 방법, 장치 |
| CN115046499A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于三角测量原理的环形激光管道检测系统及方法 |
Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
| JP6822816B2 (ja) * | 2016-10-19 | 2021-01-27 | 三菱パワー株式会社 | 配管内移動ロボットによる施工システムおよび施工方法 |
| CN108844463A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-20 | 南京理工大学 | 基于激光光斑位置的地下管道空间方位测量系统及方法 |
| CN109780370B (zh) * | 2019-01-21 | 2020-05-26 | 深圳大学 | 一种管道三维曲线测量机器人及其实现方法 |
| CN111127455A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-08 | 江苏恒澄交科信息科技股份有限公司 | 基于视频图像分析的管道测量方法 |
| CN112665582A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-16 | 南京理工大学 | 一种基于imu和激光光斑图像的地下管道检测系统 |
| CN113048949A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-29 | 广东工业大学 | 一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置及方法 |
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| CN115187676A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-14 | 重庆中科摇橹船信息科技有限公司 | 一种高精度线激光三维重建标定方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170127847A (ko) * | 2016-05-13 | 2017-11-22 | 삼성중공업 주식회사 | 배관 내부 검사장비용 라인 인지 및 위치 검출 시스템 및 방법 |
| JP2017226259A (ja) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | 株式会社日立製作所 | 管路施設点検飛行体と、それを用いた管路施設点検システム |
| KR20200014858A (ko) * | 2018-06-07 | 2020-02-11 | 우이시 테크놀로지스 (베이징) 리미티드. | 위치 측정 및 동시 지도화 방법 및 장치 |
| CN110244322A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-17 | 东南大学 | 基于多源传感器的路面施工机器人环境感知系统及方法 |
| KR20220066325A (ko) * | 2019-09-20 | 2022-05-24 | 항저우 히크로봇 테크놀로지 씨오., 엘티디. | 이동 로봇용 장애물 정보 감지 방법, 장치 |
| CN115046499A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于三角测量原理的环形激光管道检测系统及方法 |
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