一種基于視角修正的視頻測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于核電站設備無損檢測應用技術領域，具體涉及一種基于視角修正的視頻測量方法。
【背景技術】
[0002]反應堆壓力容器、燃料組件等設備作為核電站一回路系統中的關鍵部件，對核電站安全可靠經濟的運行起著十分重要的作用。以上部件長期工作在高溫、高壓、高輻照條件下，因此容易產生裂紋、腐蝕等開口缺陷，為確保核電站的安全，按照相關檢查規范要求，在以上部件的在役檢查中通常需要進行視頻檢查和測量。在國內外核工業領域，還沒有適合反應堆壓力容器、燃料組件等關鍵部件的視頻檢查與測量方法。
[0003]為滿足核電站在役檢查對檢驗設備進行視頻檢查和測量，同時可以快速、安全地對大部分環境下的表面顯示進行高效率的精確測量、對比、分析、跟蹤的實際需求，因此需要提供一種適合核電應用的、非接觸、精度高的視頻測量方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對實際需求，提供一種基于視角修正的視頻測量方法。
[0005]實現本發明目的的技術方案為:
[0006]一種基于視角修正的視頻測量方法，依次包括如下步驟:
[0007]步驟1.視頻圖像采集
[0008]通過控制系統控制攝像機接近被檢測件，使攝像機進行旋轉、俯仰運動以調節攝像機觀察角度，攝像機實時采集的圖像傳輸給控制系統；同時操作人員根據控制系統獲得的攝像機實時采集的圖像，通過控制系統對攝像機進行調焦、變倍、燈光調節，最終獲得清晰、有效的一段視頻；
[0009]步驟2.視頻測量定標基準實現
[0010]在步驟I進行視頻圖像采集的同時，通過攝像機自帶的4個激光器發出4束相互平行且與攝像機光軸平行的激光束組，測量這4束激光束組的間距的世界坐標，作為視頻測量定標基準；
[0011]步驟3.測量定標實現
[0012]步驟3.1觀察步驟I得到的一段清晰、有效的視頻，當發現有凹坑、腐蝕或裂紋等缺陷時進行截圖，得到一張記錄有缺陷顯示和視頻測量定標基準的圖片，由人工框出圖片中一個激光光斑的初始位置；讀取人工框出的初始位置的像素信息，計算出初始位置區域的像素均值和像素標準差，計算得到初始閾值，初始閾值可以根據經驗人工估計，或通過以下公式計算:初始閾值=初始區域像素均值+1.1*初始區域像素標準差；
[0013]步驟3.2為提高測量精度，對步驟3.1得到的圖片中紅色和綠色兩種顏色信息通道進行分離，讀取圖片中的像素信息，單獨提取出紅色和綠色信息，實現分離；
[0014]步驟3.3提取紅色信息通道，利用步驟3.1得到的初始閾值對紅色信息通道進行閾值分割得到紅色信息二值化圖像，紅色信息二值化圖像的邊界即為紅蔓區域的外邊界，紅蔓區域為光斑周圍的亮紅區域；紅蔓區域經形態處理后可以得到包括紅蔓區域和光斑的大致光斑區域；
[0015]步驟3.4提取綠色信息通道，利用步驟3.1得到的初始閾值對綠色信息通道進行閾值分割得到綠色信息二值化圖像；選取紅色信息二值化圖像和綠色信息二值化圖像都為白色的部分作為彩色大致光斑區域，對得到的彩色大致光斑區域進行橢圓擬合，得到橢圓形光斑區域，該橢圓的中心即為光斑的中心位置，從而實現光斑型心信息的自動提取；
[0016]步驟3.5對步驟3.1人工框出圖片中一個激光光斑的初始位置進行處理得到灰度圖，然后利用步驟3.1得到的初始閾值對灰度信息通道進行閾值分割得到灰度信息二值化圖像差；選取紅色信息二值化圖像和灰度信息二值化圖像都為白色的部分作為灰度大致光斑區域，對得到的灰度大致光斑區域進行橢圓擬合，得到橢圓形灰度光斑區域，該橢圓的中心即為灰度光斑的中心位置，從而實現灰度光斑型心信息的自動提取；
[0017]步驟3.6若步驟3.4得到的光斑型心信息與步驟3.5得到的灰度光斑型心信息一致，則說明步驟3.4獲得的光斑型心信息可靠；
[0018]步驟3.7若步驟3.4得到的光斑型心信息與步驟3.5得到的灰度光斑型心信息不一致，首先對步驟3.1中得到的初始閾值增大預設值，重復步驟3.2至步驟3.6 ;如果步驟3.4得到的光斑型心信息與步驟3.5得到的灰度光斑型心信息差距減小，則進一步增大初始閾值直至一致；如果步驟3.4得到的光斑型心信息與步驟3.5得到的灰度光斑型心信息差距增大，則減小初始閾值，直至步驟3.4得到的光斑型心信息與步驟3.5得到的灰度光斑型心信息一致；
[0019]步驟3.8通過步驟3.1至步驟3.7計算出4束激光束組的光斑型心信息，得到這4束激光束組的間距攝像機坐標，通過攝像機坐標與步驟2得到的世界坐標的映射關系，實現攝像機觀察角度的修正，同時得到世界坐標系與攝像機坐標系之間的比例關系；
[0020]步驟4.顯示邊緣圖像分割
[0021]步驟4.1從步驟3.1得到一張記錄有缺陷顯示和視頻測量定標基準的圖片中人工框出圖片中包含缺陷的初始區域；
[0022]步驟4.2如果步驟4.1得到的初始區域內缺陷圖像清晰、噪點少，采用自動化方式進行缺陷邊緣提取；
[0023]步驟4.3如果步驟4.1得到的初始區域內缺陷圖像不清晰、噪點多，則采用人工交互方式進行缺陷邊緣提取；
[0024]步驟5.采用膨脹、腐蝕數學形態學方法，使缺陷形成一個單連通區域，尋找單連通區域的外矩形包絡，根據外矩形包絡的位置信息和步驟3.8得到世界坐標系與攝像機坐標系之間的比例關系，計算出外矩形包絡的物理尺寸，完成測量任務。
[0025]本發明的有益效果為:
[0026]采用本發明的技術方案能夠滿足對核電站設備進行視頻檢查和對表面顯示進行定量、對比、分析、跟蹤、的檢查要求，同時提高檢查效率和測量精度，減少人體受放射性射線照射，減輕檢查操作人員的工作強度，為核電站的安全運行提供準確的數據支持。在核電廠現場檢查時，通過長桿將水下激光基準攝像頭送達到被檢部件上方獲取的，在無法保證攝像頭光軸與被檢面垂直，其夾角為未知值的情況下。工程應用誤差能夠控制在0.3mm左右。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明進行進一步描述。
[0028]一種基于視角修正的視頻測量方法，依次包括如下步驟:
[0029]步驟1.視頻圖像采集
[0030]通過控制系統控制攝像機接近被檢測件，使攝像機進行旋轉、俯仰運動以調節攝像機觀察角度，攝像機實時采集的圖像傳輸給控制系統；同時操作人員根據控制系統獲得的攝像機實時采集的圖像，通過控制系統對攝像機進行調焦、變倍、燈光調節，最終獲得清晰、有效的一段視頻；
[0031]所采用的攝像機應當能夠應用于水上或水下環境，具備旋轉運動、垂直運動、調焦、變倍、燈光調節功能，以獲得最佳觀察角度，保證圖像的有效性，為獲得高精度的測量數據提供必要條件；攝像機的控制系統用于接收控制系統發送的指令，根據指令完成相應的動作，同時反饋攝像機的姿態(包括旋轉角度和俯仰角度)、環境參數(包括溫度、濕度、氣體壓力)、照明燈功率等級；通過數字輸入輸出接口與視頻測量工作站進行數據和控制指令傳輸;
[0032]步驟2.視頻測量定標基準實現
[0033]在步驟I進行視頻圖像采集的同時，通過攝像機自帶的4個激光器發出4束相互平行且與攝像機光軸平行的激光束組，測量不受物距、焦距、光源限制的這4束激光束組的間距的世界坐標，作為視頻測量定標基準；
[0034]步驟3.測量定標實現
[0035]由于激光器和投射角度原因，激光點在被檢測件表面上會呈現出一個橢圓形，另外受到水或空氣的折射和散射作用，會使激光點邊緣產生光蔓，增加激光點型心提取的干擾因素，導致測量精度降低。
[0036]步驟3.1觀察步驟I得到的一段清晰、有效的視頻，當發現有凹坑、腐蝕或裂紋等缺陷時進行截圖，得到一張記錄有缺陷顯示和視頻測量定標基準的圖片，由人工框出圖片中一個激光光斑的初始位置；讀取人工框出的初始位置的像素信息，計算出初始位置區域的像素均值和像素標準差，計算得到初始閾值，初始閾值=初始區域像素均值+1.1*初始區域像素標準差；
[0037]步驟3.2為提高測量精度，對步驟3.1得到的圖片中紅色、綠色、藍色三種顏色信息通道進行分離，讀取圖片中的像素信息，單獨提取出紅色和綠色信息，實現分離；
[0038]步驟3.3提取紅色信息通道，利用步驟3.1得到的初始閾值對紅色信息通道進行閾值分割得到紅色信息二值化圖像，紅色信息二值化圖像的邊界即為紅蔓區域的外邊界，紅蔓區域為光斑周圍的亮紅區域；紅蔓區域經現有技術的形態處理即膨脹或腐蝕處理后可以得到包括紅蔓區域和光斑的大致光斑區域；
[0039]步驟3.4提取綠色信息通道，利用步驟3.1得到的初始閾值對綠色信息通道進行閾值分割得到綠色信息二值化圖像；選取紅色信息二值化圖像和綠色信息二值化圖像都為白色的部分作為彩色大致光斑區域，對得到的彩色大致光斑區域