一种化工易泄漏部件的三维模型库建立方法

摘要

本发明公开一种化工易泄漏部件的三维模型库建立方法，该方法所采用的步骤是：1.待检模型构型分析：对化工易泄漏部件进行构型分析，对待检部件进行语义注释；2.形成点云数据：获取待检化工易泄露部件的三维点云信息，形成点云数据；3.点云去噪处理：读取待检化工易泄露部件的散乱三维点云数据，对点云数据进行去噪处理；4.部件特征结构构造：提取边界点中能够表示待检部件特征的关键点，根据分析所得待检模型各个特征部分的拓扑结构以及步骤1中所建立的语义注释重新连接关键点，形成点云簇；5.建立三维点云模型库：根据点云簇—簇拓扑结构表征建立三维点云模型库。

权利要求

1.一种化工易泄漏部件的三维模型库建立方法，该方法所采用的步骤是：

（1）待检化工易泄漏部件构型分析：对待检化工易泄漏部件进行构型分析，对待检化工易泄漏部件进行语义注释；

（2）形成点云数据：获取待检化工易泄漏部件的三维点云信息，形成点云数据；

（3）点云去噪处理：读取步骤（2）得到的待检化工易泄漏部件的点云数据，对点云数据进行去噪处理，从而简化点云数据；根据经过去噪处理的点云数据点的邻域求取的曲面曲率，提取待检化工易泄漏部件的边界点；

（4）部件特征结构构造：提取边界点中能够表示待检化工易泄漏部件特征的关键点，根据分析所得待检化工易泄漏部件各个特征部分的拓扑结构以及步骤（1）中所建立的语义注释重新连接关键点，形成点云簇，进而形成部件特征结构构造；

（5）建立三维点云模型库：将表示待检化工易泄漏部件各特征部位的点云簇用对应模型的拓扑结构进行表征，从而完成待检化工易泄漏部件的点云簇—簇拓扑结构表征；根据点云簇—簇拓扑结构表征建立三维点云模型库。

说明书

一种化工易泄漏部件的三维模型库建立方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化工设备泄漏检测技术，具体为一种用于石化巡检机器人的化工易泄露部件的三维模型库建立方法。

背景技术

[0002] 各国对国家安全、社会治安等公共事业高度重视，在石化行业，各类化学反应容器和输送管道的泄漏检测与修补已成为石化工业避免事故的关键技术，根据石油化工设备泄漏监测的有关规定，必须对化学反应器及其附近管道的8种部位进行检测，即对接头、阀门、机械密封、垫片、密封填料、玻璃观测窗、检查口和计量仪表进行检测。目前对于化工设备的泄漏检测还停留在人工检测或在线设备检测。由于石化行业的特殊性（危险有害气体），对于人工检测会对人体产生伤害，而在线设备由于易泄漏设备点过多使得检测成本过高，另外检测位置精度不高。目前采用石化巡检的移动机器人可以进行泄漏部件的检测，但在检测过程中采用的是利用目标物体图像信息如：颜色、形状以及发出的气味信息或频响等信息进行综合判断。对于此类机器人的图像信息应用上，还只停留在基于对目标物体的二维信息分析判断，而三维模型由于具有比二维图像更多、更丰富的视觉感知细节，因而能够大大提高搜寻的准确性。如何快速准确的对此类部件进行泄漏检测，从而确定危险化学气体泄漏源或可疑目标仍存在着一些关键问题需要解决。具有目标搜索定位能力的机器人具有较高的实用价值。因此基于一种三维模型库的识别技术，并能够应用于移动机器人对可疑目标搜索上，将具有更高的实际价值和理论价值。

[0003] 目前，物体三维模型库的建立主要有以下几种方法：

[0004] 1）利用传统的几何造型技术直觉建立模型：

[0005] 2）利用三维扫描设备对真实物体进行扫描，进而重建出模型：

[0006] 3）利用对真实物体的多个视角的图像重建模型（IBMR技术）。

[0007] 利用双目立体相机得到的点云信息构造物体三维模型库属于图像重建模型技术。通常进行建模的方法是对物体的多个视角进行扫描，从而实现三维模型建立。但这种方法涉及的数据量较大，对于模型库的后续应用、处理所要求的计算量较大，导致效率低，实时性差，不能满足实际需要。因此寻找一种合适的、有效的信息提取与重建方法显得尤为重要。

发明内容

[0008] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种化工易泄露部件的三维模型库建立方法。该方法通过简单的输入设备实现对物体的三维点云模型输入，并通过物体的局部特征的内部拓扑关系建立点云簇，继而根据点云簇-簇之间的拓扑关系建立三维模型库，方法简便，便于实际应用。

[0009] 本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种化工易泄露部件的三维模型库建立方法，该方法所采用的步骤是：

[0010] （1）待检模型构型分析：对化工易泄漏部件进行构型分析，对待检部件进行语义注释；

[0011] （2）形成点云数据：获取待检化工易泄露部件的三维点云信息，形成点云数据；

[0012] （3）点云去噪处理：读取待检化工易泄露部件的散乱三维点云数据，对点云数据进行去噪处理，从而简化点云数据；根据点云数据点的邻域求取的曲面曲率，提取待检化工易泄露部件的边界点；

[0013] （4）部件特征结构构造：提取边界点中能够表示待检部件特征的关键点，根据分析所得待检模型各个特征部分的拓扑结构以及步骤（1）中所建立的语义注释重新连接关键点，形成点云簇，进而形成部件特征结构构造；

[0014] （5）建立三维点云模型库：将表示待检模型各特征部位的点云簇用对应模型的拓扑结构进行表征，从而完成待检模型的点云簇—簇拓扑结构表征；根据点云簇—簇拓扑结构表征建立三维点云模型库。

[0015] 与现有技术相比，本发明化工易泄漏部件的三维模型库建立方法因为采用了具有局部拓扑关系的简化点云簇--簇拓扑的方法，建立了石化或化工设备易泄漏部件的三维点云模型库，因而能够准确表达待检模型的信息，不易受角度、光线对待检部件的影响，提高了检测的准确性和方便性，同时用于处理的数据量较小，可以满足石化机器人在线检测要求实时性高的特点。

附图说明

[0016] 图1为本发明化工易泄漏部件的三维模型库建立方法一种实施例的流程图；

[0017] 图2为本发明化工易泄漏部件的三维模型库建立方法一种实施例的建立点云簇建立过程以及簇-簇拓扑过程的详细流程图；

[0018] 图3为本发明化工易泄漏部件的三维模型库建立方法一种实施例的管道接头三维立体模型库建立方法流程图。

具体实施方式

[0019] 现以石化设备中的一种易泄漏部件即管道接头为实施例，并结合其附图，对本发明三维模型库建立方法进一步详细说明。

[0020] 本发明设计的化工易泄漏部件的三维模型库建立方法（简称方法，参见图1-3），是在研究石化企业化工易泄漏部件的形态结构特性基础上，通过语义注释，完成对其完整的构型描述，从而能够用于石化巡检移动机器人，对化工易泄露部件即可疑目标完成快速搜索检验。所述方法的具体步骤为：

[0021] 1、待检模型（管道接头部件）构型分析

[0022] 由于本发明用于石化行业的关键易泄漏部件的三维检测，并且其部件具有一定的特征结构，因而对管道接头部件进行构型分析，可以结合部件形状的表征特性，利用已经建立的通用的石化易泄漏部件的表征解析注释，从而完成对管道接头部件用于立体模型库的语言注释，通过此方法，可以有效的描述其他石化设备的不同部件的结构特征。

[0023] 2、形成点云数据

[0024] 通过立体视觉摄像机对待检管道接头部件进行离线采集，从而生成点云数据文件，该点云数据文件描述了待检部件及其周围部分环境点的空间坐标以及颜色信息。

[0025] 3、点云去噪处理

[0026] 将待检管道接头部件的点云数据读入点云信息处理软件，建立点云之间的拓扑关系，遍历点云数据，利用曲率法判断是否为边界点，如果是，保留边界点;如果不是，则遍历下一个点，判断其是否为边界点，具体实施为建立点云数据链表，并从该链表中遍历点云数据，判断是否为边界点，如果是，则保留边界点；如果不是，则重新遍历；以此约束遍历全部点云数据。根据分析待检管道的结构特征寻找边界点中的特征点，判断保留的边界点库中的点是否为特征的表征点，如果是则保留，将特征点全部提取出来。

[0027] 4、部件特征结构构造

[0028] 根据步骤1已经建立的管道接头的拓扑结构语意注释，根据步骤3所得的待检管道接头部件边界特征，如管道接头的连接部分多为法兰式结构，也就是说是由边缘有孔的圆盘组成，据此对同一特征的点进行拓扑连接，对圆盘端面以及外缘圆孔分别进行点云簇生成，从而形成具有各自内部拓扑特征的点云簇。具体实施为对保留住的边界点进行特征拓扑分析，满足构型的则为特征点而被保留，不满足的则不是特征点从而被去除，根据保留下的特征点建立拓扑关系，从而形成局部特征点云簇，进而形成部件特征结构构造；

[0029] 5、建立三维点云模型库

[0030] 分析管道的整体拓扑结构，将各部分点云簇也根据拓扑方式连接起来，如在本例中的管道连接件中的圆盘端面点云簇以及圆盘外缘圆孔的点云簇，对此两种点云簇进行整体拓扑连接，从而形成管道接头的完整三维点云簇—簇拓扑结构。这种点云的簇—簇拓扑结构即是利用本发明方法得到的待检管道接头的三维模型库。

[0031] 本发明方法虽然以一种泄漏部件即管道接头为实施例进行了详细说明，但其原理和过程适用于其他化工易泄漏部件的三维模型库建立。

[0032] 本发明未述及之处适用于现有技术。