一种基于图像识别的管道水平度测量系统及方法与流程

本发明属于核电厂运行监测技术领域，具体涉及一种基于图像识别的管道水平度测量系统及方法。

背景技术：

仪表管坡度在现场布置复杂，通过水平仪进行测量要求仪表管上方具有一定水平仪放置空间，而部分仪表管上方空间狭小，无法满足测量需求。

水平仪属于刚性测量体，对于部分仪表管中间某一小段坡度不满足要求时，水平仪无法精确测量这一小段的坡度值，使测量产生误差。

同时水平仪的水平精度大多只有1°，对于核电系统来说，最低标准为2％的坡度差，约为1.146°的角度，而水平仪无法达到1°以下的要求精度。

仪表管坡度图像化识别装置仅需要通过高清拍照，即可实现自动图像识别，完成仪表管任意一段的水平度判断。避免了水平尺测量空间不足、精度不够、人员测量误差等不确定缺点，可同时进行多组仪表管测量，提高了测量效率。

核电机组较其它电力形式具有辐射性高的特点，且主要辐射高剂量区域集中在核岛内部，因此核岛内仪表多安装在环廊区域。

环廊与核岛压力容器和主管道之间通过钢筋混凝土墙壁隔开，以避免高辐照对传感器产生影响，同时减少传感器维护人员接受到的辐照剂量。

核岛内传感器通常需要通过较长仪表管将压力、压差等参数传导至传感器感压部件。为精确反应工艺压力等参数，对仪表管的布置要求极高，特别是对仪表管坡度(水平角度)的要求。若坡度不符合标准，则在仪表管内部会产生积气或积水，出现气封或液封，导致量程只有几kpa的差压变送器测量结果失真或异常波动。

目前对仪表管坡度的测量只能通过水平仪或水平尺进行定性测量，精度较低，无法满足现场高精度的使用需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于图像识别的管道水平度测量系统及方法，用于核岛仪表管坡度高精度图像化识别，同时来判断是否满足坡度标准要求。

本发明的发明内容如下：

一种基于图像识别的管道水平度测量系统，包括高清拍照系统、图像识别系统、垂直度检测系统、磁阻尼自动安平检测系统、阈值判断系统，高清拍照系统通过图像识别系统与处理器连接，处理器还连接有垂直度检测系统和磁阻尼自动安平检测系统，垂直度检测系统、磁阻尼自动安平检测系统对经过图像识别系统处理之后的数据进行修正，修正之后再通过处理器内部的阈值判断系统进行最判断。

所述高清拍照系统，由环境感光模块、闪光灯、焦距调节系统、高清镜头、cmos图像传感器芯片、快门以及各模块的连接电路、控制接口及设备框架组成；

高清拍照系统主要实现的功能为对需测量仪表管坡度的现场进行高清拍照，此系统可通过环境感光传感器进行环境亮度判断，可实现自动或手动打开闪光灯进行亮度补充，自动或手动实现被测对象的对焦，cmos传感器尺寸为1英寸，可实现1亿有效像素画幅。

图像识别系统，主要实现传感器的信号a/d转换，图像存储，图像处理、图像轮廓识别等功能，包括信号处理模块、图像增强模块、边缘检测模块、线性拟合模块以及实现各模块功能的硬件处理器、电路及其接口；

信号处理模块实现数字图像信号的转换，图像增强模块能够检测被测目标的颜色或亮度，由于仪表管均为316l不锈钢管，与背景墙颜色相比具有反光性更好的特点，此模块通过hsv，即色相、饱和度、亮度的值来自动识别仪表管，对清晰度不高的图像进行去噪处理；然后使用边缘检测模块对照片内的仪表管进行边缘轮廓识别，对存在锯齿、断层等边缘进行平滑处理；边缘轮廓灵敏度能够实现±0.3mm的精度，线性拟合模块对识别出的仪表管上下两条边缘进行线性化拟合，以提取出仪表管的线性走向。

垂直度检测系统包括电容摆原理垂直测量模块、垂直度图像化拟合模块、三角支架，电容摆原理垂直度测量模块为通过一圆形摆锤自由悬挂与细线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无摩擦状况，摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪放置点不水平，造成两间隙不同距离而产生差变电容，形成角度的差异；此角度差异将会连接至图像识别系统中的仪表管线性走向，自动补偿此装置不水平带来的测量误差，用以修正仪表管线性坡度。

阈值判断系统包括二值化斜率选择模块，坡度角度计算模块，二值化斜率选择模块通过对线性化拟合仪表管进行分段二值化斜率处理，可实现最小1cm的仪表管段的斜率计算；与标准坡度进行比较，对任意一段弯曲或不满足坡度要求的仪表管进行提示，显示在图像处理后的轮廓示图中，阈值判断系统可同时判断多条线性化拟合成功的仪表管是否满足要求，并给出坡度最差仪表管段的角度值。

磁阻尼安平检测系统包括激光射线功能、磁阻尼水平检测功能、自动修正功能，此系统主要用于穿墙仪表管的坡度测量；需要手动定位穿墙仪表管前后两个弯管点，通过磁阻尼检测修正后，计算出整段仪表管的坡度是否满足于要求。

一种基于图像识别的管道水平度测量方法，用于水平仪表管坡度测量，1)无需三脚架，手持检测仪，打开电源，检查电量是否充足，打开镜头盖，选择水平测量模式，面向被测仪表管，与被测仪表管之间约1m的距离进行检测；

2)轻触拍照按钮，设备自动根据当前环境光照情况选择是否开启闪光灯。同时，设备镜头自动对焦。对焦成功后，绿色指示灯点亮，提示可以进行拍照检测；

3)按下拍照按钮，设备完成拍照，并进行图像处理。在处理过程中，设备自动检测拍照时设备的垂直度，垂直参考线与垂直基准线形成角度β；同时完成图像的识别，图像增强，图像优化，轮廓检测，二值化处理；

4)通过图像识别，显示的仪表管各管段二值化斜率与水平参考线的夹角α，则实际仪表管水平度为α+β；

5)根据设备及仪表管拍照时的倾斜方向，α与β有正负之分；

6)根据阈值判断系统，对各个管段的水平度进行判断，在设备图像上进行提示。

一种基于图像识别的管道水平度测量方法，用于仪表管穿孔坡度测量，1)将检测仪安放至脚手架，打开电源，检查电量是否充足，打开镜头盖，选择穿孔测量模式；

2)检测仪自动发射激光射线；

3)测试人员调整三脚架高度，将激光射线定位至仪表管水平管段近测点a，点击屏幕记录确认当前高度；

4)再度调整三脚架高度，将激光射线定位至仪表管水平管段远测点b，点击屏幕记录确认当前高度；

5)系统会根据三脚架是否水平，自动调整激光发射角度。通过磁阻尼检测，可实现±3°的斜度自动补偿；

6)在屏幕中输入a、b两点之间的距离l；

7)系统自动计算出仪表管坡度，α＝arctan((b-a)/l)；

8)检测人员自行判断是否满足坡度要求。

本发明的有益效果如下：

此发明主要用于快捷判断仪表管路坡度是否满足要求，方便现场仪表管坡度的测量，此装置特点：

1)高清拍照，图像识别；

2)操作快捷，测量时间及工作量大大减少；

3)自动角度补偿，无需现场校零；

4)测量精度高。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的测量方法示意图；

图3为本发明的成像简图；

图4为本发明的水平仪表管测量补偿原理示意图；

图5为本发明的穿孔坡读检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

一种基于图像识别的管道水平度测量系统，包括高清拍照系统、图像识别系统、垂直度检测系统、磁阻尼自动安平检测系统、阈值判断系统。高清拍照系统通过图像识别系统与处理器连接，处理器还连接有垂直度检测系统和磁阻尼自动安平检测系统，垂直度检测系统、磁阻尼自动安平检测系统对经过图像识别系统处理之后的数据进行修正，修正之后再通过处理器内部的阈值判断系统进行最判断。

具体作用如下：

高清拍照系统：本系统由环境感光模块、闪光灯、焦距调节系统、高清镜头、cmos图像传感器芯片、快门以及各模块的连接电路、控制接口及设备框架组成。高清拍照系统主要实现的功能为对需测量仪表管坡度的现场进行高清拍照。此系统可通过环境感光传感器进行环境亮度判断，可实现自动或手动打开闪光灯进行亮度补充。自动或手动实现被测对象的对焦。cmos传感器尺寸为1英寸，可实现1亿有效像素画幅。

图像识别系统：本系统为核心系统，主要实现传感器的信号a/d转换，图像存储，图像处理、图像轮廓识别等功能，包括信号处理模块、图像增强模块、边缘检测模块、线性拟合模块以及实现各模块功能的硬件处理器、电路及其接口。信号处理模块实现数字图像信号的转换。图像增强模块能够检测被测目标的颜色或亮度。由于仪表管均为316l不锈钢管，与背景墙颜色相比具有反光性更好的特点，此模块通过hsv(色相、饱和度、亮度)值来自动识别仪表管，对清晰度不高的图像进行去噪处理。然后使用边缘检测模块对照片内的仪表管进行边缘轮廓识别，对存在锯齿、断层等边缘进行平滑处理。边缘轮廓灵敏度能够实现±0.3mm的精度。线性拟合模块对识别出的仪表管上下两条边缘进行线性化拟合，以提取出仪表管的线性走向。

垂直度检测系统：本系统主要包括电容摆原理垂直测量模块、垂直度图像化拟合模块、三角支架。电容摆原理垂直度测量模块为通过一圆形摆锤自由悬挂与细线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无摩擦状况。摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪放置点不水平，造成两间隙不同距离而产生差变电容，形成角度的差异。此角度差异将会连接至图像识别系统中的仪表管线性走向，自动补偿此装置不水平带来的测量误差，用以修正仪表管线性坡度。

阈值判断系统：主要包括二值化斜率选择模块，坡度角度计算模块。二值化斜率选择模块通过对线性化拟合仪表管进行分段二值化斜率处理，可实现最小1cm的仪表管段的斜率计算。与标准坡度进行比较，对任意一段弯曲或不满足坡度要求的仪表管进行提示，显示在图像处理后的轮廓示图中。阈值判断系统可同时判断多条线性化拟合成功的仪表管是否满足要求，并给出坡度最差仪表管段的角度值。

磁阻尼安平检测系统：功能类似于激光水平检测仪，包括激光射线功能、磁阻尼水平检测功能、自动修正功能。此系统主要用于穿墙仪表管的坡度测量。需要手动定位穿墙仪表管前后两个弯管点，通过磁阻尼检测修正后，计算出整段仪表管的坡度是否满足于要求。

一种基于图像识别的管道水平度测量方法，用于水平仪表管坡度测量。

1)无需三脚架，手持检测仪，打开电源，检查电量是否充足，打开镜头盖，选择水平测量模式，面向被测仪表管，与被测仪表管之间约1m的距离进行检测；

2)轻触拍照按钮，设备自动根据当前环境光照情况选择是否开启闪光灯。同时，设备镜头自动对焦。对焦成功后，绿色指示灯点亮，提示可以进行拍照检测，如图2所示；

3)按下拍照按钮，设备完成拍照，并进行图像处理。在处理过程中，设备自动检测拍照时设备的垂直度，垂直参考线与垂直基准线形成角度β。同时完成图像的识别，图像增强，图像优化，轮廓检测，二值化处理；

4)通过图像识别，显示的仪表管各管段二值化斜率与水平参考线的夹角α，则实际仪表管水平度为α+β，具体原理如图4，图5所示。

5)根据设备及仪表管拍照时的倾斜方向，α与β有正负之分；

6)根据阈值判断系统，对各个管段的水平度进行判断，在设备图像上进行提示。

一种基于图像识别的管道水平度测量方法，用于仪表管穿孔坡度测量。

1)将检测仪安放至脚手架，打开电源，检查电量是否充足，打开镜头盖，选择穿孔测量模式；

2)检测仪自动发射激光射线；

3)测试人员调整三脚架高度，将激光射线定位至仪表管水平管段近测点a，点击屏幕记录确认当前高度；

4)再度调整三脚架高度，将激光射线定位至仪表管水平管段远测点b，点击屏幕记录确认当前高度；

5)系统会根据三脚架是否水平，自动调整激光发射角度。通过磁阻尼检测，可实现±3°的斜度自动补偿；

6)在屏幕中输入a、b两点之间的距离l；

7)系统自动计算出仪表管坡度。α＝arctan((b-a)/l)；

8)检测人员自行判断是否满足坡度要求。

3、仪表管穿孔坡度测量无法实现精确测量，测量与测试人员的实际操作关系较大。