專利名稱：一種化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法
技術領域：
本發明涉及化工設備泄漏檢測技術，具體為ー種用于石化巡檢機器人的化工易泄露部件的三維模型庫建立方法。
背景技術：
各國對國家安全、社會治安等公共事業高度重視，在石化行業，各類化學反應容器和輸送管道的泄漏檢測與修補已成為石化工業避免事故的關鍵技術，根據石油化工設備泄漏監測的有關規定，必須對化學反應器及其附近管道的8種部位進行檢測，即對接頭、閥門、機械密封、墊片、密封填料、玻璃觀測窗、檢查ロ和計量儀表進行檢測。目前對于化工設備的泄漏檢測還停留在人工檢測或在線設備檢測。由于石化行業的特殊性(危險有害氣體)，對于人工檢測會對人體產生傷害，而在線設備由于易泄漏設備點過多使得檢測成本過高，另外檢測位置精度不高。目前采用石化巡檢的移動機器人可以進行泄漏部件的檢測，但 在檢測過程中采用的是利用目標物體圖像信息如顔色、形狀以及發出的氣味信息或頻響等信息進行綜合判斷。對于此類機器人的圖像信息應用上，還只停留在基于對目標物體的ニ維信息分析判斷，而三維模型由于具有比ニ維圖像更多、更豐富的視覺感知細節，因而能夠大大提高搜尋的準確性。如何快速準確的對此類部件進行泄漏檢測，從而確定危險化學氣體泄漏源或可疑目標仍存在著ー些關鍵問題需要解決。具有目標搜索定位能力的機器人具有較高的實用價值。因此基于一種三維模型庫的識別技木，井能夠應用于移動機器人對可疑目標搜索上，將具有更高的實際價值和理論價值。目前，物體三維模型庫的建立主要有以下幾種方法I)利用傳統的幾何造型技術直覺建立模型2)利用三維掃描設備對真實物體進行掃描，進而重建出模型3)利用對真實物體的多個視角的圖像重建模型(IBMR技術)。利用雙目立體相機得到的點云信息構造物體三維模型庫屬于圖像重建模型技木。通常進行建模的方法是對物體的多個視角進行掃描，從而實現三維模型建立。但這種方法涉及的數據量較大，對于模型庫的后續應用、處理所要求的計算量較大，導致效率低，實時性差，不能滿足實際需要。因此尋找一種合適的、有效的信息提取與重建方法顯得尤為重要。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提出ー種化工易泄露部件的三維模型庫建立方法。該方法通過簡單的輸入設備實現對物體的三維點云模型輸入，并通過物體的局部特征的內部拓撲關系建立點云簇，繼而根據點云簇-簇之間的拓撲關系建立三維模型庫，方法簡便，便于實際應用。本發明解決所述技術問題的技術方案是，設計ー種化工易泄露部件的三維模型庫建立方法，該方法所采用的步驟是
(I)待檢模型構型分析對化工易泄漏部件進行構型分析，對待檢部件進行語義注釋；(2)形成點云數據獲取待檢化工易泄露部件的三維點云信息，形成點云數據；(3)點云去噪處理讀取待檢化工易泄露部件的散亂三維點云數據，對點云數據進行去噪處理，從而簡化點云數據；根據點云數據點的鄰域求取的曲面曲率，提取待檢化工易泄露部件的邊界點；(4)部件特征結構構造提取邊界點中能夠表示待檢部件特征的關鍵點,根據分析所得待檢模型各個特征部分的拓撲結構以及步驟(I)中所建立的語義注釋重新連接關鍵點，形成點云簇，進而形成部件特征結構構造；(5)建立三維點云模型庫將表示待檢模型各特征部位的點云簇用對應模型的拓撲結構進行表征，從而完成待檢模型的點云簇ー簇拓撲結構表征；根據點云簇ー簇拓撲結 構表征建立三維點云模型庫。與現有技術相比，本發明化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法因為采用了具有局部拓撲關系的簡化點云簇一簇拓撲的方法，建立了石化或化工設備易泄漏部件的三維點云模型庫，因而能夠準確表達待檢模型的信息，不易受角度、光線對待檢部件的影響，提高了檢測的準確性和方便性，同時用于處理的數據量較小，可以滿足石化機器人在線檢測要求實時性高的特點。
圖I為本發明化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法一種實施例的流程圖；圖2為本發明化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法一種實施例的建立點云簇建立過程以及簇-簇拓撲過程的詳細流程圖；圖3為本發明化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法一種實施例的管道接頭三維立體模型庫建立方法流程圖。
具體實施例方式現以石化設備中的一種易泄漏部件即管道接頭為實施例，并結合其附圖，對本發明三維模型庫建立方法進ー步詳細說明。本發明設計的化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法(簡稱方法，參見圖1-3)，是在研究石化企業化工易泄漏部件的形態結構特性基礎上，通過語義注釋，完成對其完整的構型描述，從而能夠用于石化巡檢移動機器人，對化工易泄露部件即可疑目標完成快速搜索檢驗。所述方法的具體步驟為I、待檢模型(管道接頭部件)構型分析由于本發明用于石化行業的關鍵易泄漏部件的三維檢測，并且其部件具有一定的特征結構，因而對管道接頭部件進行構型分析，可以結合部件形狀的表征特性，利用已經建立的通用的石化易泄漏部件的表征解析注釋，從而完成對管道接頭部件用于立體模型庫的語言注釋，通過此方法，可以有效的描述其他石化設備的不同部件的結構特征。2、形成點云數據通過立體視覺攝像機對待檢管道接頭部件進行離線采集，從而生成點云數據文件，該點云數據文件描述了待檢部件及其周圍部分環境點的空間坐標以及顏色信息。3、點云去噪處理將待檢管道接頭部件的點云數據讀入點云信息處理軟件，建立點云之間的拓撲關系，遍歷點云數據，利用曲率法判斷是否為邊界點，如果是，保留邊界點；如果不是，則遍歷下ー個點，判斷其是否為邊界點，具體實施為建立點云數據鏈表，并從該鏈表中遍歷點云數據，判斷是否為邊界點，如果是，則保留邊界點；如果不是，則重新遍歷；以此約束遍歷全部點云數據。根據分析待檢管道的結構特征尋找邊界點中的特征點，判斷保留的邊界點庫中的點是否為特征的表征點，如果是則保留，將特征點全部提取出來。4、部件特征結構構造
根據步驟I已經建立的管道接頭的拓撲結構語意注釋，根據步驟3所得的待檢管道接頭部件邊界特征，如管道接頭的連接部分多為法蘭式結構，也就是說是由邊緣有孔的圓盤組成，據此對同一特征的點進行拓撲連接，對圓盤端面以及外緣圓孔分別進行點云簇生成，從而形成具有各自內部拓撲特征的點云簇。具體實施為對保留住的邊界點進行特征拓撲分析，滿足構型的則為特征點而被保留，不滿足的則不是特征點從而被去除，根據保留下的特征點建立拓撲關系，從而形成局部特征點云簇，進而形成部件特征結構構造；5、建立三維點云模型庫分析管道的整體拓撲結構，將各部分點云簇也根據拓撲方式連接起來，如在本例中的管道連接件中的圓盤端面點云簇以及圓盤外緣圓孔的點云簇，對此兩種點云簇進行整體拓撲連接，從而形成管道接頭的完整三維點云簇ー簇拓撲結構。這種點云的簇ー簇拓撲結構即是利用本發明方法得到的待檢管道接頭的三維模型庫。本發明方法雖然以一種泄漏部件即管道接頭為實施例進行了詳細說明，但其原理和過程適用于其他化工易泄漏部件的三維模型庫建立。本發明未述及之處適用于現有技術。
權利要求
1.一種化工易泄露部件的三維模型庫建立方法，該方法所采用的步驟是 (1)待檢模型構型分析對化工易泄漏部件進行構型分析，對待檢部件進行語義注釋； (2)形成點云數據獲取待檢化工易泄露部件的三維點云信息，形成點云數據； (3)點云去噪處理讀取待檢化工易泄露部件的散亂三維點云數據，對點云數據進行去噪處理，從而簡化點云數據；根據點云數據點的鄰域求取的曲面曲率，提取待檢化工易泄露部件的邊界點； (4)部件特征結構構造提取邊界點中能夠表示待檢部件特征的關鍵點,根據分析所得待檢模型各個特征部分的拓撲結構以及步驟(I)中所建立的語義注釋重新連接關鍵點，形成點云簇，進而形成部件特征結構構造； (5)建立三維點云模型庫將表示待檢模型各特征部位的點云簇用對應模型的拓撲結構進行表征，從而完成待檢模型的點云簇一簇拓撲結構表征；根據點云簇一簇拓撲結構表征建立三維點云模型庫。
全文摘要
本發明公開一種化工易泄漏部件的三維模型庫建立方法，該方法所采用的步驟是1.待檢模型構型分析對化工易泄漏部件進行構型分析，對待檢部件進行語義注釋；2.形成點云數據獲取待檢化工易泄露部件的三維點云信息，形成點云數據；3.點云去噪處理讀取待檢化工易泄露部件的散亂三維點云數據，對點云數據進行去噪處理；4.部件特征結構構造提取邊界點中能夠表示待檢部件特征的關鍵點，根據分析所得待檢模型各個特征部分的拓撲結構以及步驟1中所建立的語義注釋重新連接關鍵點，形成點云簇；5.建立三維點云模型庫根據點云簇—簇拓撲結構表征建立三維點云模型庫。
文檔編號G06T17/00GK102789651SQ20121022503
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者劉春宇, 孫凌宇, 張小俊, 張建華, 張明路 申請人:河北工業大學