(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833635.4 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市金花 南路5号 (72)发明人 赵亚萍　秦笛舸　李志华　郑小波　 郭鹏程　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06T 5/30(2006.01) G06T 7/13(2017.01) (54)发明名称 一种大型工业管道中心轴的位移及扭转夹 角的监测方法 (57)摘要 本发明一种大型工业管道中心轴的位移及 扭转夹角的监测方法， 在管道两端各粘贴1圆形 人工标志物， 形成A、 B点， 用第一、 二双目相机分 别采集A、 B点图像， 之后检测人工标志物不同时 刻下的轮廓及相应质心坐标， 得到第一、 二双目 相机左、 右目不同时刻下像素坐标； 将第一双目 相机左、 右目的像素坐标转换成以左目光心为原 点的世界坐标系下的坐标， 得一系列A点坐标值； 将第二双目相机左、 右目的像素坐标转换成以第 二双目相机左目光心为原点的世界坐标系值， 再 转化为以第一双目相机左目光心为原点的世界 坐标系下一系列B点坐标值； 利用这些坐标值， 分 别得到不同时刻下A、 B点的位移总量和分量， 以 及大型工业管道中心轴的扭转夹角。 权利要求书4页 说明书11页 附图6页 CN 115222694 A 2022.10.21 CN 115222694 A 1.一种大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 步骤1， 在大型工业管道中心轴的两端各粘贴1个圆形人工标志物， 形成A点和B点， 用第 一双目相 机对A点进行图像采集， 用第二双目相机对B点进行图像采集， 之后检测对应人工 标志物不同时刻下 的轮廓， 再计算对应人工标志物不同时刻下 的轮廓质心坐标， 得到第一 双目相机中左目和右目不同时刻下的像素坐标， 以及第二双目相机中左目和右目不同时刻 下的像素坐标； 步骤2， 将第一双目相机中左目和右目不同时刻下的像素坐标转换成以第一双目相机 中左目光心为原点的世界坐标系下的坐标， 得到一系列A点 坐标数值； 将第二双目相机中左目和右目不同时刻下的像素坐标先转换成以第二双目相机中左 目光心为原点的世界坐标系下的一系列坐标数值， 再将所述的一系列坐标数值转化为以第 一双目相机中左目光心为原点的世界坐标系下一系列B点 坐标数值； 步骤3， 利用一系列A点坐标数值和一系列B点坐标数值， 分别得到不同时刻下A点和B点 对应的大型工业管道中心轴的位移总量和沿X轴、 Y轴、 Z轴的位移分量， 以及不同时刻下大 型工业管道中心轴的扭转夹角。 2.根据权利要求1所述的大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征 在于， 步骤1中所述的2个圆形人工标志物形状相同， A点和B点沿大型工业管道中心轴对称 分布且位于大 型工业管道的高度中心。 3.根据权利要求1所述的大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征 在于， 步骤1中， 在所述大型工业管道外侧固定第一双目相 机和第二双目相机， 第一双目相 机中左目和右目的中心点与A点的连线垂直于大型工业管道， 第二双目相 机中左目和右目 的中心点与B点的连线垂直于大 型工业管道。 4.根据权利要求1所述的大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征 在于， 步骤1中， 所述的第一双目相机在A点的两侧形成第一视野， 第二双目相机在B点的两 侧形成第二视野， 用HSV空间识别第一视野和 第二视野中的人工标志物， 再根据阈值构建所 述人工标志 物对应的掩膜， 依次进行腐蚀和膨胀， 最后检测人工标志 物不同时刻下的轮廓。 5.根据权利要求1所述的大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征 在于， 步骤1中， 人工标志物的直径为大型工业管道外径的1％， 第一双目相机距离A点的距 离和第二双目相机距离B点的距离均为2 ‑3m。 6.根据权利要求1所述的大型工业管道中心轴的位移及扭转夹角的监测方法， 其特征 在于， 步骤2按照如下过程， 将第一双目相机中左目和右目不同时刻下的像素坐标转换成以 第一双目相机中左目光心为原点的世界坐标系下的坐标； 设第一双目相机中左目不同时刻下的像素坐标为(ul,vl)， 右目不同时刻下的像素坐标 为(ur,vr)， 第一双目相机中左目对应的世界坐标系坐标为(X,Y,Z)； 对于左目， 基于下式： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115222694 A 2有式(a)： 其中： Zc为A点在相机坐标系下Z轴对应的数值， u和v为像素坐标系的坐标符号， fx为A点 在图像坐标系下x轴方向上的等效焦距， fy为A点在y轴方向上的等效焦距， (u0,v0)为图像坐 标系原点在像素坐标系下的坐标， Xc、 Yc和Zc为A点在相机坐标系下的坐标， 是Zc对应于左 目下的数值， fxl和fyl分别为fx和fy对应于左目下的等效焦距， u0l和v0l分别为u0和v0对应于 左目下的坐标， Rl和Tl分别为第一双目相机中左目下外参矩阵中的旋转矩阵和平 移向量； 设 则有 对右目， 有下式(c)， 其中未说明的上标和下表符号中含有的r为英文右的简写， 相应字 母的含义与式(a)相对应： 设 则有 将(b)式和(d)式展开整理， 有： 将(e)式转变为矩阵形式， 有：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115222694 A 3