[發明專利]一種彎管的三維中軸線檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202011332617.5
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112508885B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李磊剛;祝家浚;陳軍;張一弛
• 申請（專利權）人: 新拓三維技術（深圳）有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/60;G06T7/80;G01B11/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種彎管的三維中軸線檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.從不同方位對彎管進行同步拍攝，以獲得所述彎管在同一位姿的原始彎管圖像；

S2.對所述原始彎管圖像進行識別以獲得所述彎管的邊緣，再利用所述邊緣在所述原始彎管圖像上搜索并計算，獲得所述彎管的初始二維中軸線；

S3.在所述彎管的初始二維中軸線上取多個采樣點，并在每個采樣點上作垂直于所述初始二維中軸線且橫跨所述彎管的垂直線段，得到垂直線段集合，同時計算得到每段垂直線段的灰度值梯度集合；

S4.針對所述每段垂直線段的灰度值梯度集合選取灰度值梯度集合中的最小值和最大值，將所述最小值的絕對值和所述最大值的絕對值之間的最小者作為返回值，并將所述返回值對應的亞像素坐標和灰度值作為所述彎管的第一邊緣的亞像素坐標和灰度值，得到第一邊緣的亞像素坐標集合和第一邊緣的灰度值集合；

S5.根據所述第一邊緣的灰度值集合，在所述彎管的第二邊緣查找所述灰度值集合下每一個灰度值所對應的亞像素坐標作為所述第二邊緣的亞像素坐標，得到第二邊緣的亞像素坐標集合；

S6.根據所述第一邊緣的亞像素坐標集合和所述第二邊緣的亞像素坐標集合，求取每段垂直線段的中點坐標；

S7.根據所述每段垂直線段的中點坐標，獲取所述彎管的最終二維中軸線；

S8.根據所述彎管的最終二維中軸線及三維重建原理，提取所述彎管的三維中軸線；

其中，所述步驟S5包括如下步驟：

S501.根據所述每段垂直線段的灰度值梯度集合中灰度值梯度的正負、最小值和最大值的位置判斷第二邊緣所在區域，在區域中搜索與步驟S4中獲得的所述第一邊緣的灰度值最相近的灰度值，并將該灰度值記為第二邊緣的灰度值初值；

S502.根據所述第二邊緣的灰度值初值，采用單三邊插值求取第二邊緣的亞像素坐標。

2.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟S1包括：在所述彎管的周圍布置高頻LED光源，采用多個相機從不同方位對所述彎管進行同步拍攝以獲得所述彎管在同一位姿的原始彎管圖像，并在拍攝前對所述多個相機進行標定。

3.如權利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述標定包括如下步驟：利用三坐標測量儀測量得到所有標志點的三維空間數據；再利用攝影測量空間后方交會原理，根據采集的標定圖像計算得到所述多個相機的內、外參數。

4.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S201.通過圖像與背景相減將所述原始彎管圖像中的特征與背景分開；

S202.采用Canny邊緣檢測算法識別出所述彎管的邊緣并保存邊緣點集合的二維圖像坐標；

S203.根據所述邊緣點集合中相鄰邊緣點的拓撲關系，利用插值算法計算每一個邊緣點的法向量，得到邊緣點的法向量集合；

S204.對所述邊緣點集合中的每一個邊緣點A，根據其對應的法向量，沿其反法向方向進行搜索，得到與之對應的另一邊緣點B，計算每一個邊緣點A和邊緣點B連線的中點，得到中點集合；

S205.將中點集合中的所有中點連接得到所述彎管的初始二維中軸線。

5.如權利要求4所述的檢測方法，其特征在于，在所述步驟S204之后，且在所述步驟S205之前，還包括如下步驟：

將所述另一邊緣點B點沿其反法向方向進行搜索，得到對應點C；設定閾值T_h對點C與邊緣點A之間的距離進行判斷，若令點A、B的坐標分別為(x_A,y_A)和(x_B,y_B)，對應的校正后的彎管中點O的坐標通過下式進行計算：

6.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟S3包括如下步驟：

S301.根據所述彎管的實際情況調整采樣距離，在所述彎管的初始二維中軸線上取多個采樣點，并在每個采樣點上作垂直于所述初始二維中軸線且橫跨所述彎管的垂直線段，得到垂直線段集合；

S302.將所述垂直線段集合中每段垂直線段上的整像素分為多個亞像素，利用雙三次插值求出每個亞像素對應的灰度值，并計算所述垂直線段上的亞像素的灰度值梯度集合。