[發(fā)明專利]一種螺紋全景圖像合成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611241853.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106657789A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢昆;李莉;龔衛(wèi)民;楊斌;蔣興福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核動(dòng)力運(yùn)行研究所;中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/232
• 分類號(hào): H04N5/232;G06T3/40
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核電站視頻無(wú)損檢查、圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種螺紋全景圖像合成方法。

背景技術(shù)

核電站反應(yīng)堆壓力容器螺栓孔的維護(hù)對(duì)于電站的安全運(yùn)行起到了重要的作用。通常采用的檢查方式為單攝像頭旋轉(zhuǎn)升降采集整個(gè)螺孔螺紋的圖像，或者由多個(gè)攝像頭分別取景螺孔不同螺紋段，并提供視頻或圖片以供目視檢查人員查看。本方法為方便目視檢查人員工作，采用多攝像頭在不同方位對(duì)螺紋取景后，借助圖像拼接技術(shù)，將拍攝到的多張分塊圖片通過(guò)配準(zhǔn)和融合，合成一幅完整的全景圖片。

圖像拼接是一種集圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的交叉處理技術(shù)。現(xiàn)有的圖像拼接方法一般采用提取圖像特征，比配特征，計(jì)算變換矩陣等方法。存在特征點(diǎn)提取速度慢，而且魯棒性低。尤其是在圖像中存在尺度變換、視角變換、光照變化時(shí)，圖像拼接處理效果不理想。

2004年，David.Lowe完善并總結(jié)了他在1999年提出的SIFT算法，該算法對(duì)兩幅圖像間的水平移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)變化、縮放變化、尺度變化甚至仿射變化均有較為穩(wěn)定的匹配能力。傳統(tǒng)的SIFT特征提取算法是在整幅圖片中提取特征，然后生成特征向量并進(jìn)行特征匹配，其計(jì)算量大，影響運(yùn)算速度，雖然誤匹配概率較小但仍存在。SURF特征是Herbert Bay等人于2006年提出來(lái)的全稱為加速魯棒特征，實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)版的SIFT特征，它的主要特點(diǎn)是快速性，同時(shí)也具有尺度不變的特性，對(duì)光照變化和仿射、透視變化也具有較強(qiáng)的魯棒性。

因此本發(fā)明利用螺栓孔內(nèi)壁螺紋特性，首先對(duì)成像系統(tǒng)建模，校正枕形失真。然后提取SURF特征結(jié)合近似快速最近鄰搜索算法FLANN快速匹配特征點(diǎn)，提高圖像拼接效率。在縱向拼接方面考慮螺栓圖片特征，檢測(cè)螺紋直線，根據(jù)直線位置進(jìn)行拼接。最后根據(jù)位置信息融合拼接區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于為了方便目視檢查人員更有效的進(jìn)行反應(yīng)堆壓力容器螺栓孔螺紋缺陷檢查，通過(guò)多攝像頭多角度拍攝螺紋，并通過(guò)圖像拼接合成形成整個(gè)螺孔螺紋的展開(kāi)圖。可通過(guò)檢查此圖片即可完成缺陷檢查工作。此方法也可應(yīng)用于大部件的目視檢查工作。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種螺栓孔內(nèi)壁全景圖像合成方法，包括：

步驟一：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，選定攝像頭參數(shù)；將若干個(gè)攝像頭豎直排列，由機(jī)械臂送入螺栓孔內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，選定鏡頭焦距與光圈大小，確保上下相鄰圖片重疊高度為兩個(gè)螺紋間距，左右相鄰圖片重疊寬度為圖片寬度的15％；

步驟二、采集圖像：以螺栓孔軸心為旋轉(zhuǎn)心將攝像頭旋轉(zhuǎn)若干個(gè)角度拍攝螺紋內(nèi)壁圖像，采集螺栓孔內(nèi)壁全景分塊圖像并現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定重疊區(qū)域；

步驟三、枕形畸變校正：對(duì)步驟二中拍攝的所有圖片建立枕形畸變模型，進(jìn)行畸變矯正，枕形畸變矯正具體方法為：

步驟四、橫向拼接重疊像素?cái)?shù)確定：對(duì)步驟三中左右相鄰圖像重疊區(qū)域內(nèi)提取SURF特征，根據(jù)快速最近鄰算法匹配特征，利用RANSAC算法剔除誤匹配點(diǎn)，計(jì)算待拼接圖像間的變換關(guān)系，確定橫向拼接重疊像素?cái)?shù)；

步驟五、縱向拼接重疊像素?cái)?shù)確定：對(duì)步驟三中上下相鄰圖像中采用霍夫直線檢測(cè)算法，提取每一根螺紋的位置信息，確定縱向拼接重疊像素?cái)?shù)；

步驟六、全景圖像合成：選取左上方第一張圖像為基準(zhǔn)圖像，根據(jù)步驟四和步驟五確定的重疊區(qū)域先橫向拼接后縱向拼接，對(duì)拼接區(qū)域采用漸入漸出方式融合，最終合成螺栓孔內(nèi)壁全景圖像。

如上所述步驟二中現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定重疊區(qū)域時(shí)，上下相鄰圖片重疊高度為兩個(gè)螺紋間距，左右相鄰圖片重疊寬度為圖片寬度的15％。

如上所述步驟三枕形畸變矯正的具體方法為：

步驟3.1建立攝像機(jī)模型，確定相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣；

將坐標(biāo)為(X_i,Y_i,Z_i)的物理點(diǎn)Q_i映射到投影平面上坐標(biāo)為(x_i,y_i)的變換表示為：

q＝MQ

其中，M為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣，且z＝Z。f_x、f_y為有效焦距，(c_x,c_y)為光學(xué)中心；

步驟3.2根據(jù)透鏡畸變?cè)恚⑾鄼C(jī)畸變模型，確定相機(jī)畸變參數(shù)矩陣；

具體地，由于成像儀中心畸變?yōu)?，用r＝0(r為像點(diǎn)到中心點(diǎn)的距離)位置周圍的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的前幾項(xiàng)來(lái)定量描述畸變情況，徑向畸變通過(guò)三個(gè)參數(shù)k₁,k₂,k₃來(lái)描述，表達(dá)式為：