[发明专利]一种基于多视角几何的管道三维重建和坑洞量化方法

说明书

本发明的实施方式提供了一种基于多视角几何的管道三维重建和坑洞量化方法。该方法包括：获取待测管道内部的多视角二维图像；多视角二维图像之间存在相互重叠的部分区域，且能完整显示整个待测管道的内部情况；采用稀疏重建方法对待测管道内部的多视角二维图像进行处理，得到待测管道内部的稀疏三维点云；采用稠密重建方法对待测管道内部的稀疏三维点云进行处理，得到待测管道内部的稠密三维点云；对待测管道内部的稠密三维点云进行圆柱体拟合，分割出圆柱体外部的点云数据作为待测管道的坑洞点云数据；对待测管道的坑洞点云数据进行量化，得到待测管道的坑洞尺寸信息。本发明能对管道内的坑洞尺寸进行量化测量，具有测量准确，鲁棒性好的特点。

技术领域

本发明的实施方式涉及三维重建与管道缺陷检测与量化的交叉学科技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种基于多视角几何的管道三维重建和坑洞量化方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

污水管道是城市的静脉，承担着将废水和雨水输送到污水处理厂的重要作用。然而，经过污水腐蚀和人为破坏的长期相互作用，管道内表面会出现各种复杂的缺陷。由于大量在役管道项目老化失修，工程安全风险突出，导致环境污染、城市内涝、道路坍塌等事故频发，给人民生活和经济带来重大安全隐患。定期对排水管进行检查，可以提前预测缺陷，及时指导预防性维修，可以有效避免重大事故的发生，延长管道寿命。

目前排水管道的主流检测方法可分为三类：光学检测法、声音检测法和红外热像检测法。(1)光学检测法，采用光学检测设备代替检查人员进入管道，提高了安全性。然而，简单的二维图像无法直接反映管道复杂的内部状况，难以提供量化的数据来衡量缺陷的严重程度(如深度信息)，不利于数字化孪生管理。(2)声音检测法，可以在管道不排水的情况下进行精确测量。然而，这些方法不能直观地显示管道内部状态，需要对声纳信号进行深入研究。此外，相关特征需要信号处理人员进行提取，检测效率较低。(3)红外热像检测法，虽然红外热成像技术不受光照条件的影响，但它仍然是一种类似于基于视觉的二维检测方法，缺乏深度信息和对管道的直观展示。

现实世界中的所有物体都是三维的。三维重建技术是计算机图形学的一个重要内容，用于描述和显示客观世界中的三维物体。现有的三维激光扫描仪和深度传感相机受限于最小测量距离，不适合小半径管道的三维重建，并且，该设备造价昂贵，操作不方便。

综上所述，现有技术中存在对排水管道进行缺陷检测的技术方案，但这些技术方案要么无法对排水管道内部缺陷进行直观的三维显示，要么缺乏排水管道内部缺陷的尺寸信息，提供不了量化的缺陷数据，要么造价昂贵、操作不便。

发明内容

现有技术中，排水管道缺陷检测存在以上诸多弊端。为此，非常需要一种基于多视角几何的管道三维重建和坑洞量化方法，用于至少解决上述诸多弊端之一。

在本发明实施方式中，提供了一种基于多视角几何的管道三维重建和坑洞量化方法，包括：该方法包括：获取待测管道内部的多视角二维图像；所述多视角二维图像之间存在相互重叠的部分区域，且能完整显示整个待测管道的内部情况；采用稀疏重建方法对所述待测管道内部的多视角二维图像进行处理，得到待测管道内部的稀疏三维点云；采用稠密重建方法对所述待测管道内部的稀疏三维点云进行处理，得到待测管道内部的稠密三维点云；对所述待测管道内部的稠密三维点云进行圆柱体拟合，分割出圆柱体外部的点云数据作为待测管道的坑洞点云数据；对所述待测管道的坑洞点云数据进行量化，得到待测管道的坑洞尺寸信息。