(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 202210688775.7 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 申请人 中建三局第一建 设工程有限责任公 司 (72)发明人 梅爽　熊卓　李磊　贺鑫　文国军　 张鹏　王亮　尤伟军　李聪　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 魏波 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G06T 7/80(2017.01)G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于三角测量原理的环形激光管道检 测系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种基于三角测量原理的环形 激光管道检测系统， 包括： 可于待测管道内行走 的环形激光扫描装置， 其包括 沿着行走方向依次 设置的相机、 锥形反射器和激光发射器， 所述激 光发射器发射出的环形光束经过所述锥形反射 器反射以照射于待测管道的内壁上形成激光条 纹， 所述相机用于在环形激光扫描装置行走过程 中连续获取所述激光条纹的图像； 以及与所述相 机连接的数据处理单元， 所述数据处理单元用于 根据所述激光条纹的图像数据建立待测管道内 壁的三维模型。 本发明的有益效果： 基于激光三 角测量原理的主动式光学三维测量方案， 不同于 传统的二维图像检测， 基于三维模 型的管道内壁 检测具有较强的鲁棒 性以及测量的准确性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115046499 A 2022.09.13 CN 115046499 A 1.一种基于三角测量原理的环形激光管道检测系统， 其特 征在于， 包括： 可于待测管道内行走的环形激光扫描装置， 其包括沿着行走方向依次设置的相机、 锥 形反射器和激光 发射器， 所述激光发射器发射出的环形光束 经过所述锥形反射器反射以照 射于待测管道的内壁上形成环形的激光条纹， 所述相机用于在环形激光扫描装置行走过程 中连续获取 所述激光条纹的图像； 以及与所述相机连接的数据处理单元， 所述数据处理单元用于根据所述激光条纹的图 像数据建立待测管道内壁的三维模型， 建立方法如下： 根据相机坐标系到世界坐标系的变换关系， 预先基于圆点标定板进行激光条纹标定， 获取不同位置和 不同姿态下圆点标定板上的各幅激光条纹标定图像对应的相机位置的平 面参数； 对于所述相机获取的每一幅激光条纹图像， 根据 各幅激光条纹标定图像对应的相机位 置的平面参数， 解算出每一幅激光条纹图像上激光条纹的高度信息， 将连续扫描得到的多 幅图像的高度信息进行拼接得到 完整的待测管道内壁表面 点云轮廓信息； 获取每一激光条纹幅图像对应的位置信息， 并根据该位置信息、 以及待测管道内壁表 面点云轮廓信息建立 三维模型。 2.如权利要求1所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 所述环形激光扫描装置还包括玻璃管， 所述相 机安装于所述玻璃管一端， 所述锥形反射器 和激光发射器安装于所述玻璃管另一端。 3.如权利要求1所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 所述环形激光扫描装置 两端分别设有两行 走机构； 每一所述行走机构包括导向杆、 套设于所述导向杆上的滑套、 套设于所述导向杆上的 弹簧， 以及环绕所述滑套设置的多个滚轮， 所述 弹簧一端与所述导向杆固定连接、 另一端连 接所述滑套， 每一所述滚轮通过一活动连杆连接所述滑套， 以使所述滑套可沿着所述导向 杆滑动而调节所述滚轮的位置 。 4.如权利要求3所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 所述活动连杆包括第一连杆和第二连杆， 所述第一连杆一端与所述滑套铰接、 另一端连接 所述滚轮， 所述第二连 杆一端与所述第一连 杆中部铰接、 另一端与所述 导向杆铰接 。 5.如权利要求3所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 所述环形激光扫描装置还 包括编码器， 所述编码器安装于一所述滚轮上。 6.如权利要求3所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 每一所述行 走机构包括至少三个所述滚轮， 各 所述滚轮环绕所述 导向杆均匀分布。 7.如权利要求1所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测系统， 其特征在于： 所述环形激光扫描装置前端设有牵拉件， 以连接牵引设备。 8.一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测方法， 其特征在于： 使用如权利要求1～ 7任意一项所述的一种基于三角测量原理的环形激光管道检测系统， 且 包括以下步骤： S1、 牵引所述环形激光扫描装置使其沿着待测管道内部行走， 控制所述激光发射器发 射出的环形光束， 且环形光束 经过所述锥形反射器反射后照射于待测管道的内壁上形成激 光条纹； S2、 在环形激光扫描装置行 走过程中通过 所述相机连续采集所述激光条纹的图像；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115046499 A 2S3、 通过所述数据处理单元对所述激光条纹的图像进行处理建立待测管道内壁的三维 模型， 所述 三维模型的建立方法如下： 在待测管道检测之前预先进行相机标定和激光条纹图像标定， 其中通过相机标定获取 相机坐标系到世界坐标系的变换关系， 激光条纹图像标定通过圆点标定板进 行激光条纹标 定， 获取不同位置和不同姿态下圆点标定板上的各幅激光条纹标定图像对应的相机位置的 平面参数； 对于所述相机获取的每一幅激光条纹图像， 根据 各幅激光条纹标定图像对应的相机位 置的平面参数， 解算出每一幅激光条纹图像上激光条纹的高度信息， 将连续扫描得到的多 幅图像的高度信息进行拼接得到 完整的待测管道内壁表面 点云轮廓信息； 获取每一激光条纹幅图像对应的位置信息， 并根据该位置信息、 以及待测管道内壁表 面点云轮廓信息建立 三维模型。 9.如权利要求8所述的一种基于三角测量原 理的环形激光管道检测方法， 其特征在于： 所述步骤S3中相 机标定具体包括， 采用基于二维圆标记点的标定板对相机系统进行标定， 设定标定板所在 靶标平面位于世界坐标系Z＝0的平面上， 通过线性模型求出相机内外参数 的优化解， 再根据最大似然估计法对相 机内外参数进行非线性优化， 得到相 机带有畸变系 数的内外参数， 从而得到单次标定像素的相机坐标系到世界坐标系的变换关系。 10.如权利要求8所述的一种基于三角测量原理的环形激光管道检测方法， 其特征在 于： 所述步骤S3中激光条纹图像标定具体包括， 使用圆点标定板与待标定的激光相交形成 激光条纹标定图像， 调整圆点标定板的位置和姿态， 使用相 机拍摄多幅包含圆标记点和激 光条纹标定图像， 对激光条纹标定图像中的激光条纹进行直线提取， 并根据张正友平面模 板标定法获取每幅激光条纹标定图像下圆点标定板平面在相机坐标系下的表达式， 对每幅 激光条纹标定图像进行最小二乘拟合得到不同位置和 不同姿态下平面标定板上的各幅激 光条纹标定图像对应的相机位置的平面 参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115046499 A 3