管道内壁的三维扫描装置的制作方法

本实用新型属于计算机视觉技术领域，具体地讲，涉及一种管道内壁的三维扫描装置。

背景技术：

管道作为一种重要的输送装置，广泛应用于电力传输、城市排污、石油化工等领域。管道对我们生活的作用就像动脉之于人体，有着举足轻重的作用。然而，形式多变、种类繁多的管道问题会随着管道使用时间的增加不断出现，如管道的意外破损、材质的老化、管壁化学腐蚀、裂缝和杂物侵入等，如果不能发现并解决这些问题就会埋下隐患。为了提高管道的使用寿命并确保安全，对管道进行定期检测和维护势在必行。

目前管道的维护主要依赖于人工的肉眼检测，对管道缺陷的检测精度及自动化、智能化都不是很高。而且，据统计，我国现有的管道网络超过2/3都没有详细的管道内部环境三维数据，管道内部的情况无从得知。鉴于此，最近出现了基于轮式移动机器人的管道巡检装置，通过机器人装载的闭路电视系统，记录管道内的画面情况，由地面人员做出判断，但由于缺少管道内部的三维信息，因此很多信息仍无从获知，如管道内障碍物的距离、大小，管道内壁缺陷的三维尺寸等等，随着智能检测技术的发展，对于地下管道的三维可视化逐渐成为迫切的需求，但目前还没有一种很好的技术手段可以实现这一功能。针对上述问题，对现有文献进行了检索：

中国专利申请号为CN201210365683.1，名称为一种管道结构三维扫描装置的专利，该专利的重建方法包括：获取管道的点云数据和地面的单位法向量；将点云数据变换到以地面的法向量为Z轴的坐标系；计算坐标变换后的点云数据的法向量；从中分离出法向量平行于地面的点云数据，并投影到平行于地面的平面上；法向量不平行于地面的点云数据，并投影到高斯球上，沿纬度方向投影到赤道上，在赤道上检测峰值点；将峰值点所在区域内的点云数据投影到峰值的方向和Z轴构成的平面上；得到点云数据构成的点云圆；通过点云圆得到管道的三维图。本实用新型方法最大程度地避免了噪声干扰，在没有完全获得点云数据的条件下，依然能够对点云数据进行清晰分类，且计算量小，适用于各类管道的三维重建。主要是对于CAD管道模型的处理，不涉及到实际管道内部3D成像部分。

以上公开的现有技术不能对管道内壁进行动态扫描，从而无法获取高精度的管道内壁的三维模型。

技术实现要素：

(一)技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：如何对管道内壁进行动态的三维扫描。

(二)技术方案

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种管道内壁的三维扫描装置，包括：

圆形激光器，用于在在管道内运动并向所述管道内壁发射环形激光，以在所述管道内壁形成环形的激光条纹；

双目摄像装置，用于在在管道内运动并从两个不同角度同步获取每个时刻的所述激光条纹的图像信息。

优选地，所述三维扫描装置还包括移动装置，所述圆形激光器和所述双目摄像装置安装于所述移动装置上，所述移动装置用于在所述管道内运动，以带动所述圆形激光器和所述双目摄像装置在所述管道内同步运动。

优选地，所述双目摄像装置包括：

第一相机，用于从第一角度获取所述激光条纹的第一图像；

第二相机，用于从第二角度同步获取所述激光条纹的第二图像；

其中，所述第一角度和第二角度不同。

优选地，所述第一相机和所述第二相机平行设置，且所述第一相机和所述第二相机关于所述圆形激光器中心对称。

优选地，所述移动装置上还设置有传感器，所述传感器用于记录每个时刻的所述双目摄像装置的位姿参数。

优选地，所述位姿参数包括每个时刻所述双目摄像装置的当前位置与所述双目摄像装置的初始位置的距离以及每个时刻所述双目摄像装置的姿态。

(三)有益效果

本实用新型公开的一种管道内壁的三维扫描装置，通过控制圆形激光器和双目摄像装置在管道内移动，可动态获取激光条纹的实时图像信息，从而实时获取管道内壁的图像信息，可实现高精度的管道内壁的三维图像重建。另外通过采用环形激光实现360度扫描，可更快速地且更全面地获取管道内壁的图像信息，同时也降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的三维扫描装置在管道内的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的实施例的管道内壁的三维扫描装置包括圆形激光器10、双目摄像装置20。其中，圆形激光器10用于在在管道100内运动并向管道内壁发射环形激光，以在管道内壁形成环形的激光条纹10a。双目摄像装置20用于在在管道内运动并从两个不同角度同步获取每个时刻的激光条纹的图像信息。通过控制圆形激光器和双目摄像装置在管道内运动，可实时动态地获取管道内壁的图像信息，以便后续进行三维模型的重建。

具体地，作为优选实施例，圆形激光器10包括点激光器和设置于点激光器前端的光栅，点激光器发射激光后，经过光栅的转换可生成环形或者是圆形的激光，这样可在管道内壁形成环形的激光条纹10a。激光条纹10a的中心点的位置与对应于激光条纹10a的中心点的管道内壁表面的位置相同。

进一步地，圆形激光器10和双目摄像装置20用于在管道100内同步运动，控制圆形激光器10和双目摄像装置20相同，可使得双目摄像装置20的成像效果更好。

具体地，三维扫描装置还包括移动装置30，圆形激光器10、双目摄像装置20和传感器50安装于移动装置30上，移动装置30用于在管道内运动，以带动圆形激光器和双目摄像装置在管道内同步运动。其中，传感器50还可以内置于移动装置30中。作为优选实施例，其中，移动装置30可选用管道巡检机器人。管道巡检机器人可在不用形状的管道内运动，带动圆形激光器10和双目摄像装置20在管道内同步移动。

进一步地，双目摄像装置20包括第一相机21和第二相机22，第一相机21和第二相机22分别安装于圆形激光器10的相对两侧，且第一相机21和第二相机22平行设置，且第一相机21和第二相机22关于圆形激光器10中心对称，以保证第一相机21和第二相机22的拍摄视角均能覆盖激光条纹10a。利用第一相机21从第一角度拍摄激光条纹10a的第一图像，利用第二相机22从第二角度拍摄激光条纹10a的第二图像，其中，第一角度和第二角度不同，且第一相机21和第二相机22的拍摄时同步进行的。

作为优选实施例，第一相机21和第二相机22的摄像头采用分辨率为1280*720的摄像头，第一相机21和第二相机22的拍摄帧率为30FPS，这样通过第一相机21和第二相机22的同步拍摄，每秒可以采集30幅双目图像。圆形激光器的发射的激光可以为可见光波段的激光，也可以为非可见光波段的激光，例如红外波段的激光，此时第一相机21和第二相机22需要加装红光滤光片，以提高成像效果。

由于本实施例采用双目立体视觉成像原理来进行三维重建，因此在控制圆形激光器10和双目摄像装置20在管道内同步移动之前，需要对第一相机21和第二相机22进行双目标定，其中双目标定方法为双目立体视觉成像中的常见方法，本实用新型实施例不再进行赘述。

进一步地，移动装置30上还设置有传感器50，传感器50用于记录每个时刻的双目摄像装置的位姿参数。传感器50获取的位姿参数包括每个时刻双目摄像装置的当前位置与所述双目摄像装置的初始位置的距离以及每个时刻双目摄像装置的姿态。

进一步地，三维扫描装置还包括处理器，其中，处理器40分别与双目摄像装置20和传感器50通信连接。处理器40用于根据图像信息得到每个时刻的激光条纹10a的中心点在对应于每个时刻下的双目摄像装置坐标系中的三维坐标以及根据多个时刻的三维坐标和双目摄像装置的位姿参数对管道内壁进行三维重建。

本实用新型公开的管道内壁的三维扫描装置，通过控制圆形激光器和双目摄像装置在管道内移动，可动态获取激光条纹的实时图像信息，从而实时获取管道内壁的图像信息，便于后续进行三维模型的重建。另外通过采用环形激光实现360度扫描，可更快速地且更全面地获取管道内壁的图像信息，同时也降低了成本。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。