特殊管道弯曲度测量中的图像处理技术

特殊管道弯曲度测量中的图像处理技术 摘要摘要高精度的特殊管道在兵器、航天、核能等诸多领域内有着广泛的应用。其静态参数的测量是特殊管道设计、研究和使用中一个必须且重要的技术环节。本文在对特殊管道静态参数的测量原理和测量系统的组成及工作原理进行研究的基础上以弯曲度参数的测量为例对测量系统中涉及到的图像处理技术进行了深入的分析和研究。首先针对光靶图像的噪声特性设计了中值滤波的方法对图像进行去噪处理有效地滤除各种混合噪声。然后采用分段线性灰度变换法实现了光靶图像的增强提高了图像的对比度。接着根据靶标图像和光斑图像在灰度特征上的差异采用了最大类间方差自适应分割法实现了光靶图像的分割。同时采用基于区域划分的同心圆检测算法和基于最小二乘法的激光光斑定位方法分别实现了对同心圆的检测和光斑的精确定位。最后采用同心圆现场标定的方法实现了图像的畸变校正。本文还进行了特殊管道弯曲度测量实验得到了弯曲度的实验测量数据系统测量精度优于验证了图像处理算法的有效性并通过测量数据插值拟合绘制出了弯曲度三维空间曲线图最后分析了系统的误差来源。关键词特殊管道弯曲度图像处理噪声抑制图像分割畸变校正曲蠲鹪—第一章绪论第一章绪论研究的背景及意义世纪年代以来石油、化工、天然气及航天、兵器工业等产业的迅速发展各种高精度的特殊管道在兵器、航天及国民经济等诸多领域内有着广泛的应用。特殊管道的静态参数如弯曲度、道的使用性能和安全性等诸多性能指标。膛线宽度和缠角等直接影响着特殊管因此有必要定期对这些参数进行检测以便及时维修、更换从而防止事故的发生。该测量工作是鉴定特殊管道的生产质量、研究这类特殊管道在使用过程中性能变化、评估其寿命以及研制新型特殊管道所必需的重要环节【。因此对特殊管道静态参数的高精度测量具有十分重要的研究意义和价值。目前对普通管道的常规测量技术已经比较成熟传统方法有全面挖掘法、随机抽样法等【。而对特殊管道的高精度测量技术的报道并不多见。西方国家对特殊管道测量系统十分重视投入较大凭借工业和科技力量的优势其特殊管道测量设备完善而且先进并且设备的自动化和智能化的水平较高。如美国的白沙靶场可对多种特殊管道的性能实现高精度、自动化、智能化的高效测量【。但是由于技术保密等原因其测量设备的具体技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 极少报道。目前我国采用的特殊管道静态参数检测设备是年代前苏联制造的。’利用该检测设备对弯曲度等参数的测量是人工推动测量本体测量本体可以自适应定中并且自带标尺在特殊管道端口用望远系统目视观察测量。该设备不仅存在测量口径范围小的局限性而且测量精度低必须靠人工操作对测量得到的离散数据需要进行手工处理自动化程度低难以满足现代特殊管道静态参数测量高精度、高效率和自动化的要求。特殊管道静态参数测量技术的研究现状特殊管道静态参数测量主要包括身管弯曲度、管口角测量膛线宽度和缠角等内容。本文仅以特殊管道静态参数之一的弯曲度参数的测量为例对系统中涉及到的共性的关键技术问题进行深入地研究。特殊管道弯曲度定义及技术要求特殊管道弯曲度测量中的图像处理技术在特殊管道弯曲度测量中管道轴线的弯曲模型如图所示。管道理论轴线定义为管道首尾的两个端面中心的连线即图中的虚直线而管道的实际轴线是由管道所有横截面的几何中心连接形成的空间曲线即图中的弯曲实线。由于管道自重和管道的悬臂梁结构、受热不均匀以及其他加工、使用中的原因管道实际轴线与理论轴线并不重合【】。这样在管道的每一个横截面上实际轴线与理论轴线各自对应的截点之间的距离定义为弯曲度将每一点处的弯曲度的量值与其进深位置的关系在三维图上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示出来就形成了被测管道的弯曲度曲线。管道弯曲度 既有大小又有方向沿管道全长上测量弯曲度中的最大值叫做最大弯曲度。管道理论轴线弯曲度实际轴线图管道弯曲度示意图为了满足特殊管道应用在兵器、航天等领域时的使用性能和安全性的要求其弯曲度测量精度需达到弯曲度方位角测量精度需达到。。特殊管道弯曲度测量技术的国内外发展现状现有的管道弯曲度测量技术可以分为定性测量与定量测量两大类。定性测量是使用长度为管道口径倍的样柱塞规样柱塞规能顺利通过管道时判定管道弯曲度合格否则为不合格。这种方法虽然测量精度高、效率高但是只能判断合格与否不能得出所测管道弯曲度的定量数据并且对同一尺寸有时需要几个样柱塞规来满足不同公差范围内的测量要求。与定性测量方法相对应的是定量测量方法它能够获得所测管道弯曲度的定量数据。随着微电子技术、计算机技术、自动化技术的发展管道弯曲度定量测量技术于年代初得到了迅速发展并接近于应用水平。在国外美国是世界上管道检测技术强国之一其基础雄厚技术先进并且有很多管道检测设备产品。早在年其就研制出世界上第一台先进的管道检测设备。美国公司系列产品是国外现有的已成型管道检测设备。其测量管道最小直径为防水深度为电缆范围有效载荷彩色直视摄像头【。加拿大公司研究的双履带式管道检测设备其履带采用刚性支撑第一章绪论结构两履带的夹角可以调节但这种刚性支撑的双履带式管道检测设备在实时检测过程中两履带夹角是无法改变的因此不适应管径变化的作业场合。国内在管道弯曲度定量测量方面的研究起步比较晚像国外这种先进的测量技术还停留在实验室阶段。我国的管道无损测量技术从世纪年 ” 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的支持下取得了一定的成果。哈尔滨工业大学邓宗全代初开始在国家“八六三 教授的工作小组致力于管道机器人的研究【成功研制了几种大型管道的自动化检测设备但此设备不能满足大范围口径的检测对于特殊管道的安全检测及静态参数测量方面也鲜有研究。天津大学叶声华教授课题组研制出了一种使用结构光型传感器测量大直径钢管弯曲度的在线测量系统【。这种系统使用由多个摄像机组成的传感器组采集由结构光源投射到钢管外壁截面上形成的圆弧的图像经过图像处理得到截面的尺寸和截面圆心的空间三维坐标据此求出钢管的弯曲度。但这种方法仅适用于管壁厚度均匀的情况不适用于管壁上有紧箍圈或管壁厚度不均的情况。长春理工大学马宏教授课题组研制了一种管道弯曲度测量系统【?。该系统工作时将激光准直机构放置于管道的一端由四象限硅光电池构成的探测器位于管道另一端并由以电机作为动力的定位机构带动它移动。首先使得准直激光束射在探测器中心从而确定测量的直线基准。探测器移动时被测管道的弯曲度误差使光电靶与激光光束之间产生相对移动由光电靶提取弯曲度误差信息。当被测管道没有弯曲度误差时光束中心与光电靶中心重合光电靶各象限受光面积相同输出信号相同当有弯曲度误差时光电靶中心会偏离光束中心四象限输出信号不同。计算机采集这些信号经数据处理后可以得到被测管道的弯曲度曲线。合肥工业大学聂恒敬教授课题组研制了一种小车式管道弯曲度测量系纠屹】。该系统采用测量小车在大型管道内行走每前进一步就测量一个内孔截面最后由多个截面上的数据经过处理后得到被测管道的弯曲度和圆度。系统中的准直激光器有两个作用一是测量小车运动的直线基准二是用于监视测量小车在行进时的滚转运动。测量出第二角锥镜相对于第一角锥镜组的偏移量就可以计算出小车的滚转角该滚转角用于修正截面圆心坐标的偏移。这种系统的不足之处是测量小车前进时会产生滚转运动滚转角的大小难以控制。当滚转角过大超过了准直测量系统的工作范围时可能会使系统无法正常工作。综上这些方法不同程度的存在精度 不高、适用范围小、效率低下、操作复杂等缺点难以满足现代 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实用中对特殊管道弯曲度测量在高精度、大动态范围、高效率、自动化等方面的需求。为了满足弯曲度测量的技术要求在研究了旧式测量设备现有的测量技术及其局限性以及充分了解用户使用要求、特殊管道技术发展动态的基础上设计研制了一种以爬行器运动控制技术、照明技术、特殊管道弯曲度测量中的图像处理技术图像处理技术和高精度图像测量技术为核心的高性能的特殊管道静态参数测量系统。该系统结合了光机电一体化技术的最新成果采用非接触性的图像测量适用范围广测量精度高。同时该系统遵循使用操作方便和高精度测量相结合的设计原则自动化程度高整个操作过程可以由一个人在计算机上独立操作完成操作过程简单方便测量结果客观可靠。本论文的主要工作和内容安排本文以应用为导向围绕特殊管道静态参数测量中的弯曲度测量讨论了弯曲度测量系统的组成及工作原理对测量过程中涉及到的图像处理技术进行了深入的分析和研究建立了一些有效的算法和方法最后通过弯曲度的测量实验和误差分析验证了图像处理技术的有效性实现了弯曲度的精确测量。本文的结构安排如下第一章为绪论部分首先介绍了特殊管道静态参数的高精度测量技术的研究背景及意义然后对特殊管道静态参数测量技术的研究现状进行了分析最后介绍了本论文所做的主要工作以及本文的章节安排。第二章首先分析了特殊管道静态参数高精度测量系统的构成和工作原理对系统的各主要组成部分的功能作了简要介绍。然后阐述了弯曲度测量子系统的构成及其工作原理深入研究了身管弯曲度的测量原理。最后介绍了管道弯曲度测量系统软件的设计包括单帧图像处理软件和弯曲度实时测量控制软件。第三章深入的分析和研究了弯曲度测量过程中涉及到的图像处理技术。首先针对光靶图像的噪声特性比较了几种不同的图像去噪方法设计采用了中值滤波的方法对图像进行去噪处理。然后针对光靶图像低对比度灰度动态范围小的特点系统采用了分段线性灰度变换法以实现光靶图像的增强。接着采用了最大类间方差自适应分割法实现了光靶图像的分割。同时系统采用基于区域划分的同心圆检测算法和基于最乘法的激光光斑定位方法分别实现了对同心圆的检测和光斑的精确定位。最后系统采用同心圆现场标定的方法实现了图像的畸变校正。第四章阐述了特殊管道弯曲度测量实验叙述了实验过程得到了弯曲度的实验测量数据并通过测量数据插值拟合绘制出了弯曲度三维空间曲线图。根据测试结果分析了系统的性能最后分析了系统的误差来源。第五章对全文的研究工作进行了 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 并对涉及的技术发展进行了展望。小结本章主要阐述了特殊管道静态参数测量技术的研究背景及意义并对管道弯第一章绪论曲度的定义做了简要介绍探讨了特殊管道弯曲度测量技术的国内外发展现状然后对本论文所做的工作以及本文的章节安排进行了全面的介绍。第二章特殊管道静态参数高精度测量系统结构和功能设计第二章特殊管道静态参数高精度测量系统结构和功能设计特殊管道静态参数高精度测量系统是以成像技术和激光准直以及精密机械定位技术为核心的高性能图像获取、图像处理以及图像测量系统。它分为弯曲度测量和药室参数测量两个子系统分别用于特殊管道弯曲度测量和药室的直径、长度、容积等参数的测量。由于两个测量子系统共用测量控制台和特殊管道静态参数测量系统软件本文以弯曲度测量子系统为例对系统的组成原理、功能结构和工作过程加以阐述。特殊管道静态参数高精度测量系统的构成和工作原理特殊管道静态参数高精度测量系统是一种用于检测和测量身管内膛状况的光、机、电一体化系统。它主要由驱动机构部分、成像测量头、照明和图像采集部分、容积检测 装置、身管弯曲度检测装置、信号预处理、控制台以及上位机等几大部分组成。其组成框图如下图所示。上位机为多功能工业控制计算机是管道静态参数测量系统的控制中心完成图像采集、图像处理、图像测量、静态参数测量计算和三维空间重建、系统控制等功能。下位机即控制台为由和单片机控制和管理的机电一体化的光电图像测量动态执行机构主要完成爬行器的控制、摄像驱动控制、照明控制、激光器控制、进深电机控制和显示驱动等多种功能。智能化爬行器为系统驱动机构提供测量系统运动的动力它特有的结构保证爬行器本身、光电成像组件和光靶在特殊管道身管内稳定运动保证测量状态的准确、测量基准的稳定。光电成像组件以成像测量头为核心对光靶的测量图像和激光光斑图像成像将该混合图像采集传送至上位计算机并接受上位机的指令在测量位置处采集图像并进行处理得到实时测量结果。照明光源能够为成像视场提供均匀的照明以保证光电成像组件能够较好地获取相应的图像降低图像处理的难度。容积检测装置完成对管状容器的静态参数进行测量。身管弯曲度检测设备完成对身管弯曲度等参数进行测量。电源负责为管道静态参数测量系统中的各功能模块供电保证测量系统正常工作。系统工作时在上位计算机的控制下光电成像组件在电控智能化爬行器的驱动下进入特殊管道内部多种传感器和激光器对所形成的光学图像场景进行摄特殊管道弯曲度测量中的图像处理技术像并通过采集卡采集到计算机上经过相应的处理即可输出有关静态参数并以数据、表格和图形等形式显示在屏幕上实现了高精度、高效率和自动化的测量。图特殊管道静态参数检测系统组成框图该测量系统以激光准直和成像测量为核心是采用图像传感器【。】的图像测量【孓‘技术的高度复杂的应用系统。这类测量技术具有自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑及像素位置准确的优异性能广泛应用于工业及研究等领域【】。这种基于图像的测量技术与其它测量技术相比较有很多优点一是它属于非接触测量对一些不能接触或者难以接触的测量环境图像测量是一个非常好的选择并且由于无需物理接触可以获得很高的测量精度二是获得的图像包含非常丰富的信息不但可以非常直观地获得诸如对象的表面性状等信息还可以借助于其它技术手段对其进行定量分析获得定量结果具有测量过程中处理数据的极大灵活性三是自动化程度高大量的图像测量系统是基于或微处理器的系统这样就可以构建功能强大的测量平台除了可以实时显示测量图像、完成数据量第二章特殊管道静态参数高精度测量系统结构和功能设计大、算法复杂的图像处理任务外还可以实现测量结果的最终形成和测量报表等文件生成形成高度集成的信息化工作系统并且可以利用该平台以人机交互的方式实现测量中复杂的控制、通信要求。弯曲度测量子系统的构成及工作原理弯曲度测量子系统的构成弯曲度测量子系统主要由准直管口定心器、光靶、摄像机及其定中装置、爬行器、控制台及系统软件子系统等部分组成【】。其功能框图如图所示。弯曲度测量子系统按其适应的管道口径的不同分为大中小三个系统大口径和中口径以及小口径三个系统的测量原理、功能框图完全一致大口径和中口径驱动方式也一致小口径与它们的区别是在于驱动方式不同。图特殊管道弯曲度测量系统功能框图弯曲度测量子系统功能通过计算机控制可选择大中小口径型号测量快速且高精度的测量出身管弯曲度的大小、方向及其极值位置。系统可将测量过程以图像的方式实时的显示在计算机屏幕上便于实时监测和控制。测量结果可用数据、表格和曲线?游淖直曜?榷嘀中问较允竞痛蛴 ,厥夤艿劳淝炔饬恐械耐枷翊砑际跎砉芡淝炔饬吭硗淝炔饬吭砟,腿缦峦妓旧硎邹废窕纪淝炔饬吭砟, 屯伎疾饬渴笔紫冉胁饬砍跏蓟艿乐糜谒轿恢媒贾奔す馄髟诠艿揽诖潭ú?褂孟嘤Φ亩ㄖ谢棺既范ㄖ写耸奔す馄鞴馔牍艿揽谖恢么Φ慕孛嬷行闹睾显俳佬衅鞅咎宕庸艿牢膊孔叭氩?构獍形挥诠艿榔鹗疾饬课恢眉刺畔叩钠鹗嘉恢么Α,髡す馄鞯姆轿唤呛透?鼋鞘辜す夤獍呶挥诠獍械闹行奈恢么耸惫獍咝涡南喽杂诠獍兄行牡淖杲咏诹憷硐肭榭鱿伦曛滴阆低臣锹即酥底魑钩ブ荡耸奔す馐统晌徊夤艿赖睦砺壑嵯摺,缓蟮鹘诎氲继寮す馄鞑ǔの牡鹘谛ナ蛊涔獾愦虻焦獍忻,显诩扑慊目刂葡屡佬衅髑獍泻蜕阆窕毓艿郎砉馨瓷瓒ǖ牟匠ぜ涓糁芷诘叵蚬芸谕平,康迸佬衅魍,故鄙阆窕杉屑す夤獍叩墓獍型枷裆阆窕牍獍械奈恢檬窍喽怨潭ǖ谋,ど阆窕上衩嬗牍獍忻嫱嵬枷癫杉涞郊扑慊,诩扑慊隙圆杉降耐枷窠写