[發明專利]一種基于機器視覺的油管長度測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202011381900.7
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112595237A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 艾信;陸梅;于洋;田殿龍;閆娟;樊晨;吳利利;魏小林;劉天宇;李明江
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 李新苗

1.一種基于機器視覺的油管長度測量裝置，其特征在于：包括支架、平衡滑軌和視頻采集處理器，所述平衡滑軌設于支架上方，所述視頻采集處理器可沿平衡滑軌自由移動，所述視頻采集處理器與平衡滑軌通過鎖緊裝置固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的油管長度測量裝置，其特征在于：所述視頻采集處理器包括雙目攝模組、視頻采集模塊、視頻處理模塊、視頻存儲模塊、特征圖像處理模塊、主控制器、數據存儲模塊、通信模塊和顯示模塊；

所述視頻處理模塊、數據存儲模塊、通信模塊、特征圖像處理模塊和顯示模塊均與主控制器電信號連接，所述雙目攝像組電連接視頻采集模塊，所述視頻采集模塊電連接視頻處理模塊，所述視頻處理模塊電連接視頻存儲模塊。

3.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的油管長度測量裝置，其特征在于：所述支架為可伸縮支架，所述可伸縮支架為三個，分別為第一可伸縮支架、第二可伸縮支架和第三可伸縮支架，三個可伸縮支架的頂部均與平衡滑軌的頂端連接形成三腳架結構。

4.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的油管長度測量裝置，其特征在于：所述平衡滑軌的下部設有放置腔，所述支架的頂部設于放置腔內且與平衡滑軌鉸接。

5.一種基于機器視覺的油管長度測量方法，采用權利要求2所述的基于機器視覺的油管長度測量裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)對雙目攝模組中的左攝像機和右攝像機進行標定，并保持兩攝像機的相對位置不變；

步驟2)左攝像機和右攝像機實時同步獲取現場影像，通過識別油管接箍對下入井底油管進行計數，然后通過特征圖像處理模塊得到對應油管長度，直至所有油管下入井底，最后由主控制器計算得到總的油管長度。

6.根據權利要求5所述的一種基于機器視覺的油管長度測量方法，其特征在于，步驟2)中所述通過特征圖像處理模塊得到對應油管長度的過程如下：

(1)假設左攝像機坐標系O-xyz在世界坐標系的原點且無旋轉，O_l-X_lY_l為其對應的圖像坐標系；右攝像機坐標系為O_r-x_ry_rz_r，O_r-X_rY_r為其圖像坐標系；左攝像機、右攝像機的焦距分別為f_l、f_r；(X_l，Y_l)和(X_r，Y_r)分別為左攝像機、右攝像機以毫米為單位的圖像坐標系下的坐標，根據攝像機透視變換模型可知：

其中，S_l、S_r為兩攝像機的比例因子；

(2)利用空間旋轉矩陣M_lr表達出O-xyz坐標系與Or-x_ry_rz_r之間的相互位置關系，通過式一和式二得到被測物體的三維空間坐標(x，y，z)，z值即為對應油管的長度。

7.根據權利要求5所述的一種基于機器視覺的油管長度測量方法，其特征在于：測量油管長度前，將基于機器視覺的油管長度測量裝置安裝在油井井口的正后方。

8.根據權利要求5所述的一種基于機器視覺的油管長度測量方法，其特征在于，步驟2)的具體過程如下：左攝像機和右攝像機實時采集現場視頻信號，通過視頻采集模塊進行模數轉換后，將視頻模擬信號轉換為數字信號，數字信號經視頻處理模塊進行降噪處理后存儲在視頻存儲模塊，并發送給主控制器，由主控制器傳送給特征圖像處理模塊，實現油管長度的測量計算。

9.根據權利要求6所述的一種基于機器視覺的油管長度測量方法，其特征在于，步驟(2)的具體過程如下：

利用空間旋轉矩陣M_lr表達O-xyz坐標系與Or-x_ry_rz_r之間的相互位置關系為：

其中R，T分別為O-xyz坐標系與Or-x_ry_rz_r坐標系之間的旋轉矩陣和平移向量；

將式3帶入式2，得出下式：

將式1代入式4，得出下式：

其中，ρ_r為比例常數；由式5推出空間點三維坐標(x，y，z)為

z值即為對應油管的長度。