一种基于单目图像序列的管线内壁三维重建算法的制作方法

本发明属于计算机数字图像处理领域，算法以单目图像序列为基础，利用三角测量原理获得管线内壁的高程，实现管线内壁三维重建。

背景技术：

腐蚀是引起管线破坏和失效的主要原因之一，管线的腐蚀情况不能直接观察到，发生泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修，所以，如何探测管线受到腐蚀破坏的程度是管线工程中重要的环节。管线的内腐蚀是由管线输送的介质含有腐蚀性成分引起的。输送的介质不同，腐蚀的因素也就不同。通过对管线内壁的三维重建，将有利于及时发现腐蚀程度及泄露隐患，对保障管线运行安全具有重要意义。

传统的观点认为只有在对摄像机进行预先标定的情况下才能够进行三维重建，所以对每个摄像机都需要首先利用已知几何形状的图像来进行标定。上世纪80-90年代，研究者从射影几何以及射影测量学的角度出发，用向量代数等数学工具对投影、重建以及多幅视图之间的几何关系问题进行了深入研究，提出了三维重建的简化方法，避免了计算那些对最终的重建结果没有影响的参数并使整个流程更加简单。

近年来，受到技术发展和实际需求的推动，各种三维重建的简化方法得到了快速发展。其中，基于单目图像序列的三维重建算法是三维重建简化方法的重要分支。基于单目图像序列的重建开始于没有预先标定的摄像机所拍摄的两幅对应图像，通过图像间的匹配关系可以得到包含摄像机之间的几何关系，根据被重建场景的先验几何信息实现重建，该方法属于三维重建的非标定方法。由于工程应用环境中缺少摄像机标定的条件，因此，这种方法适用于管线内壁的三维重建。

技术实现要素：

本发明以单目图像序列为基础，从单目图像中得到管线内壁图像，在管线内壁图像基础上，利用三角测量原理获得管线内壁的高程，实现管线内壁三维重建。

从单目图像中得到管线内壁图像的具体步骤如下：

步骤(a1)：单目图像d(i,j)，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m的管线内壁的中心为c(i0,j0)，其中i0∈{1,2,...,n},j0∈{1,2,...,m}，n为单目图像d(i,j)的行数，m为单目图像d(i,j)的列数，且n<m；

步骤(a2)：以c(i0,j0)为起点，角度为θ，在图像d(i,j)中确定一条直线，该直线上的点(in,jn)可以通过递推公式从单目图像d(i,j)中获得；

步骤(a3)：角度θ每次递增1°，由步骤(a2)可以获得360条起点为c(i0,j0)的直线，这些直线的长度均为这些直线构成一个行数为360，列数为的管线内壁图像

在管线内壁图像基础上，利用三角测量原理获得管线内壁的高程的具体步骤如下：

步骤(b1)：在管线内壁图像基础上，计算管线内壁图像上某点i(a,b)的高程其中，a为某点所在行数，b为某点所在列数，r为管线的半径，△x为采集相邻两幅单目图像时摄像机移动的距离，x0为管线内壁图像上某点i(a,b)移动的距离；

步骤(b2)：对管线内壁图像i(i',j')上的每一点计算高程d，可以得到管线内壁高程图像h(i',j')，图像h(i',j')上每一点的值为该点所在位置的高程，通过管线内壁高程图像h(i',j')可以实现管线内壁的三维重建。

本发明有以下优点：

1、采用了三角测量原理，不再需要对摄像机预先标定。

2、本发明计算量小，实现简单，三维重建速度快。

附图说明

图1本发明三维重建流程详图

图2本发明三维重建流程图

具体实施方式

本发明以单目图像序列为基础，通过单目图像得到管线内壁图像，在管线内壁图像基础上，利用三角测量原理获得管线内壁的高程，实现管线内壁三维重建。

管线内壁三维重建流程如下：

(1)如图1所示，首先分别确定单目图像d和单目图像d'的管线中心坐标c和c'；

(2)分别以管线中心坐标c和c'为起点，角度为θ，在单目图像d和d'上确定直线，角度每次增加1°，直至360°为止；

(3)将直线合并成二维图像，分别得到管线内壁图像i和i'；

(4)通过两幅管线内壁图像i和i'的差异计算管线内壁图像上每一点的高程，得到管线内壁高程图像h。

技术特征：

技术总结
本发明提供基于单目图像序列的管线内壁三维重建算法，该算法以单目图像序列为基础，通过单目图像确定管线中心坐标，在此基础上确定直线，并将直线合并为二维图像，得到管线内壁图像。在管线内壁图像基础上，利用三角测量原理，通过两幅管线内壁图像的差异计算管线内壁的高程，实现管线内壁三维重建。本发明具有适应性强、实现简单、重建速度快的特点。

技术研发人员：乔旭;王银玲;杨峰
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2018.11.01
技术公布日：2019.03.01