本發(fā)明涉及儀器檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著船舶向大型化發(fā)展，大合攏焊縫的質(zhì)量對(duì)船體安全的影響越來(lái)越明顯?，F(xiàn)有的對(duì)焊縫的檢查方案是通過(guò)使用掃查器對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，掃查器在結(jié)構(gòu)上包括爬行器與焊縫檢測(cè)裝置，國(guó)內(nèi)外的掃查器焊縫自動(dòng)跟蹤功能均需要提前沿大合攏焊縫搭建腳手架，以便于沿焊縫安裝導(dǎo)向裝置，這樣需要大量使用人力物力，并耽誤時(shí)間。而且，現(xiàn)有的掃查器上的導(dǎo)向裝置一般采用吸力比較弱的橡膠磁條，在遇到障礙跑偏時(shí)，爬行器會(huì)把磁條帶動(dòng)，造成該部位檢測(cè)結(jié)果有誤，并且在通過(guò)一些稍微明顯的障礙時(shí)，單一驅(qū)動(dòng)輪受阻，整個(gè)爬行器就嚴(yán)重跑偏；雙驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)遇到障礙時(shí)，容易停滯不前，整體越障效果較差。

而且目前在船舶制造檢驗(yàn)過(guò)程中，由于大合攏焊縫的位置檢測(cè)人員不易達(dá)到，需要搭建腳手架，存在不安全因素。

因此，現(xiàn)有掃查器的焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足船舶制造業(yè)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有掃查器使用不便、易跑偏、易停滯的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法及裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤，包括：進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，獲取所述爬行器的攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣；獲取所述攝像機(jī)在第一時(shí)刻拍攝的第一圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第一圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1；獲取所述攝像機(jī)在第二時(shí)刻拍攝的第二圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第二圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P2；根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)以及所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離；根據(jù)所述偏差方向與距離調(diào)整所述爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提出了一種基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤，包括：校準(zhǔn)參數(shù)矩陣獲取模塊，用于進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，獲取所述爬行器的攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣；第一圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于獲取所述攝像機(jī)在第一時(shí)刻拍攝的第一圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第一圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1；第二圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于獲取所述攝像機(jī)在第二時(shí)刻拍攝的第二圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第二圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P2；偏差方向及距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)以及所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離；爬行調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述偏差方向與距離調(diào)整所述爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

本發(fā)明的有益效果在于，通過(guò)利用爬行器的攝像機(jī)采集到的帶有激光指示線(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到自動(dòng)掃查器與焊縫的相對(duì)位置，對(duì)爬行器的爬行方向與距離進(jìn)行調(diào)整，改變運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。本發(fā)明實(shí)施例不僅使用方便，無(wú)需搭建腳手架，而且解決了爬行器易跑偏、易停滯的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的獲取位置坐標(biāo)P1的流程圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的獲取位置坐標(biāo)P2的流程圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離的流程圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離的爬行器位置示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算所述爬行器的橫向偏移距離的流程圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的第一圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的第二圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的偏差方向及距離計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的橫向偏移計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例的同步帶驅(qū)動(dòng)輪組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為本發(fā)明實(shí)施例的磁性輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法的流程圖。結(jié)合圖1所示，本實(shí)施例提出了一種基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤方法，包括：

S100，進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，獲取所述爬行器的攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣；

S200，獲取所述攝像機(jī)在第一時(shí)刻拍攝的第一圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第一圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1；

S300，獲取所述攝像機(jī)在第二時(shí)刻拍攝的第二圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第二圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P2；

S400，根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)以及所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離；

S500，根據(jù)所述偏差方向與距離調(diào)整所述爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

通過(guò)圖1的實(shí)施例，可以看出，本發(fā)明通過(guò)對(duì)爬行器的攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取校準(zhǔn)參數(shù)矩陣，在后續(xù)步驟中，對(duì)攝像機(jī)拍攝的圖像利用校準(zhǔn)參數(shù)矩陣進(jìn)行校準(zhǔn)后，得到校準(zhǔn)圖像，并且計(jì)算將校準(zhǔn)圖像中激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)，通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)與校準(zhǔn)后圖像中的激光指示線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，找出激光指示線(xiàn)中相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的像素差最大位置P1。在此提到的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)為通過(guò)相應(yīng)算法對(duì)校準(zhǔn)后圖像中激光指示線(xiàn)進(jìn)行拉直后，得到的直線(xiàn)。按照同樣的方法，對(duì)攝像機(jī)拍攝的第二時(shí)刻拍攝的第二圖像也進(jìn)行運(yùn)算，提取并得到像素差最大位置P2。得到P1、P2的位置坐標(biāo)后，結(jié)合兩圖像的拍攝時(shí)間差計(jì)算出爬行器的偏差方向與距離，并且據(jù)此調(diào)整爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，在糾正第一時(shí)刻至第二時(shí)刻的爬行偏差方向與距離后，進(jìn)入下一時(shí)刻，執(zhí)行同樣的操作，如此往復(fù)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟S100中，進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，獲取所述爬行器的攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣，可以按照現(xiàn)有軟件算法實(shí)現(xiàn)對(duì)爬行器攝像機(jī)的標(biāo)定，例如Opencv視覺(jué)庫(kù)。本步驟的主要目的是獲取校準(zhǔn)參數(shù)矩陣，以方便后續(xù)采取圖像的校正。在進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中，具體的實(shí)施手段可以為：首先，使用攝像機(jī)拍攝標(biāo)準(zhǔn)板，該標(biāo)準(zhǔn)板的具體規(guī)格可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得；然后，將攝像機(jī)拍攝得到的標(biāo)準(zhǔn)板圖像進(jìn)行徑向畸變與切向畸變的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)前后圖像中各點(diǎn)像素關(guān)系對(duì)應(yīng)如下：

其中，X、Y、Z為校準(zhǔn)前拍攝標(biāo)準(zhǔn)板圖像中像素的坐標(biāo)，x、y、w為校準(zhǔn)后拍攝的標(biāo)準(zhǔn)板圖像中像素的坐標(biāo)，上式中間3x3矩陣即為攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣。在后續(xù)攝像頭拍攝過(guò)程中，可以利用該矩陣對(duì)拍攝圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)須每拍攝一張圖像進(jìn)行重新使用標(biāo)準(zhǔn)板對(duì)圖像進(jìn)行一次校準(zhǔn)。僅需要使用該校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)拍攝后的圖像進(jìn)行運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)消除鏡頭畸變的作用，進(jìn)而可以增加后續(xù)步驟運(yùn)算的精確性。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟S200中，獲取所述攝像機(jī)在第一時(shí)刻拍攝的第一圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第一圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1，如圖2所示，包括：

S210，獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第一時(shí)刻的第一圖像；

S220，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第一校準(zhǔn)圖像；

S230，對(duì)第一校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)；

S240，根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P1的坐標(biāo)。

在步驟S210中，獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第一時(shí)刻的第一圖像。固定于爬行器的攝像機(jī)通過(guò)拍攝含有激光指示線(xiàn)的圖像確定第一圖像。

在步驟S220中，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第一校準(zhǔn)圖像。由于攝像機(jī)拍攝的第一圖像受到鏡頭成像因素的影像，圖像產(chǎn)生了鏡頭畸變，所以為了保證后續(xù)計(jì)算的精確，在此利用校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)第一圖像進(jìn)行補(bǔ)償，得到校準(zhǔn)后的第一校準(zhǔn)圖像。

在步驟S230中，對(duì)第一校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)。在進(jìn)行此步驟之前，可以先對(duì)第一校準(zhǔn)圖像進(jìn)行優(yōu)化，將第一校準(zhǔn)圖像中激光指示線(xiàn)的顏色轉(zhuǎn)化為黑色，其他顏色轉(zhuǎn)化為白色，然后通過(guò)Hough變換更精確地提取出激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)。

在步驟S240中，根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P1的坐標(biāo)。由于激光指示線(xiàn)是照射到焊縫上的，并且焊縫表面凹凸不平，所以在第一校準(zhǔn)圖像中激光指示線(xiàn)為一曲線(xiàn)并非一平滑的直線(xiàn)。計(jì)算激光指示線(xiàn)上的點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離，選定激光指示線(xiàn)上到標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)最大距離的點(diǎn)為P1。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟S300中，獲取所述攝像機(jī)在第二時(shí)刻拍攝的第二圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第二圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1，如圖3所示，包括：

S310，獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第二時(shí)刻的第二圖像；

S320，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第二校準(zhǔn)圖像；

S330，對(duì)第二校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)；

S340，根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P2的坐標(biāo)。

在步驟S310中，獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第二時(shí)刻的第二圖像。固定于爬行器的攝像機(jī)通過(guò)拍攝含有激光指示線(xiàn)的圖像確定第二圖像。

在步驟S320中，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第二校準(zhǔn)圖像。由于攝像機(jī)拍攝的第二圖像受到鏡頭成像因素的影像，圖像產(chǎn)生了鏡頭畸變，所以為了保證后續(xù)計(jì)算的精確，在此利用校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)第二圖像進(jìn)行補(bǔ)償，得到校準(zhǔn)后的第二校準(zhǔn)圖像。

在步驟S330中，對(duì)第一校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)。在進(jìn)行此步驟之前，可以先對(duì)第二校準(zhǔn)圖像進(jìn)行優(yōu)化，將第二校準(zhǔn)圖像中激光指示線(xiàn)的顏色轉(zhuǎn)化為黑色，其他顏色轉(zhuǎn)化為白色，然后再通過(guò)Hough變換更精確地提取出激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)。

在步驟S340中，根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P2的坐標(biāo)。由于激光指示線(xiàn)是照射到焊縫上的，并且焊縫表面凹凸不平，所以在第二校準(zhǔn)圖像中激光指示線(xiàn)為一曲線(xiàn)并非一平滑的直線(xiàn)。計(jì)算激光指示線(xiàn)上的點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離，選定激光指示線(xiàn)上到標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)最大距離的點(diǎn)為P2。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟S400中，根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)以及所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離，如圖4所示，包括：

S410，根據(jù)P1、P2的位置坐標(biāo)，計(jì)算所述爬行器的橫向偏移距離；

S420，根據(jù)爬行器的速度與所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器的縱向偏移距離；

S430，根據(jù)所述橫向偏移距離與縱向偏移距離，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離的爬行器位置示意圖，為了方便對(duì)步驟S410至S430的描述，請(qǐng)參照?qǐng)D4、圖5所示。

在步驟S410中，根據(jù)P1、P2的位置坐標(biāo)，計(jì)算所述爬行器的橫向偏移距離。通過(guò)計(jì)算出攝像機(jī)坐標(biāo)、圖像坐標(biāo)以及世界坐標(biāo)的映射關(guān)系，獲得參數(shù)矩陣，從而根據(jù)二維圖像信息上的點(diǎn)獲得對(duì)應(yīng)點(diǎn)空間位置。

如圖6所示，在實(shí)施步驟S410過(guò)程中，具體實(shí)施步驟包括如下步驟：

S411，獲取攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的M1參數(shù)矩陣、攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的M2參數(shù)矩陣；世界坐標(biāo)系可以選取在環(huán)境中的任何位置，用于描述環(huán)境中任意物體的位置；攝像機(jī)坐標(biāo)系的圓點(diǎn)選取為攝像機(jī)光心，Z軸與攝像機(jī)的光軸重合，X、Y與圖像坐標(biāo)的u、v軸平行。攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系可以用旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T來(lái)進(jìn)行描述，因此空間中點(diǎn)P在世界坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系存在如下關(guān)系：

其中，x、y、z為攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，X、Y、Z為世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)，所以在測(cè)得空間中點(diǎn)P的坐標(biāo)與攝像機(jī)坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)前提下，可以通過(guò)上式計(jì)算得到M1參數(shù)矩陣。

同樣的，攝像機(jī)坐標(biāo)系中的點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中存在如下關(guān)系：

其中，x、y、z為攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，u、v為圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)，所以在測(cè)得攝像機(jī)坐標(biāo)系中的點(diǎn)P的坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)前提下，可以通過(guò)上式計(jì)算得到M2參數(shù)矩陣。

S412，根據(jù)所述M1參數(shù)矩陣與M2參數(shù)矩陣，計(jì)算所述圖像坐標(biāo)系中單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系的距離。M1參數(shù)矩陣可以反映世界坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，M2參數(shù)矩陣可以反映圖像坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以聯(lián)立M1與M2參數(shù)矩陣，可以得到圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的關(guān)系，進(jìn)而可以計(jì)算出像坐標(biāo)系中單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系的距離。在獲取單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系中的距離后，主要目的是通過(guò)計(jì)算圖像中兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)P1、P2的像素差，得出對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系中的距離。

S413，獲取圖像中所述P1、P2的橫向坐標(biāo)，計(jì)算所述P1與P2之間像素點(diǎn)的差值；

S414，根據(jù)所述圖像坐標(biāo)系中單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系的距離與所述P1與P2之間像素點(diǎn)的差值，計(jì)算P1與P2相對(duì)于所述世界坐標(biāo)系的實(shí)際距離，所述實(shí)際距離為所述橫向偏移距離。在步驟S412中，已經(jīng)獲得了單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系中的距離，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量所述P1、P2的橫向坐標(biāo)的差，就可以通過(guò)單個(gè)像素對(duì)應(yīng)距離乘以?xún)牲c(diǎn)橫向坐標(biāo)的像素差得到所述P1、P2的在爬行器橫向上的實(shí)際距離。

在步驟S420中，根據(jù)爬行器的速度與所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器的縱向偏移距離。由于在攝像機(jī)在第一時(shí)刻與第二時(shí)刻拍攝時(shí)，爬行器一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在獲得第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，即可通過(guò)速度、時(shí)間以及位移的關(guān)系，得到爬行器在縱向上的偏移距離。

在步驟S430中，根據(jù)所述橫向偏移距離與縱向偏移距離，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離。根據(jù)橫向偏移距離與縱向偏移距離相互垂直的關(guān)系，且通過(guò)直角三角形的三邊關(guān)系以及正切公式，可以計(jì)算得到：爬行器的偏差方向的角度θ＝arctan(橫向偏移距離/縱向偏移距離)；偏差距離＝sqrt(橫向偏移距離^2+縱向偏移距離^2)。

具體實(shí)施時(shí)，在步驟S500中，在得到爬行偏差方向與偏差距離后，根據(jù)所述偏差方向與距離調(diào)整所述爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。具體調(diào)整方式可以為，調(diào)整爬向器爬行方向，使之與計(jì)算出的偏差方向相反，爬行距離與偏差距離相等。

在此強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的第一時(shí)刻與第二時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，具體實(shí)施時(shí)技術(shù)人員可以對(duì)該時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)不同需求。

應(yīng)當(dāng)注意，盡管在附圖中以特定順序描述了本發(fā)明方法的操作，但是，這并非要求或者暗示必須按照該特定順序來(lái)執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個(gè)步驟合并為一個(gè)步驟執(zhí)行，和/或?qū)⒁粋€(gè)步驟分解為多個(gè)步驟執(zhí)行。

在介紹了本發(fā)明示例性實(shí)施方式的方法之后，接下來(lái)，參考圖7對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置進(jìn)行介紹。該裝置的實(shí)施可以參見(jiàn)上述方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的術(shù)語(yǔ)“模塊”和“單元”，可以是實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件。盡管以下實(shí)施例所描述的模塊較佳地以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實(shí)現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。

如圖7所示，基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤，包括：

校準(zhǔn)參數(shù)矩陣獲取模塊100，用于進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，獲取所述爬行器的攝像機(jī)的校準(zhǔn)參數(shù)矩陣；

第一圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊200，用于獲取所述攝像機(jī)在第一時(shí)刻拍攝的第一圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第一圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P1；

第二圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊300，用于獲取所述攝像機(jī)在第二時(shí)刻拍攝的第二圖像，根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣和Hough變換對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得所述第二圖像中的激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)并計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大的點(diǎn)的位置坐標(biāo)P2；

偏差方向及距離計(jì)算模塊400，用于根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)以及所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離；

爬行調(diào)整模塊500，用于根據(jù)所述偏差方向與距離調(diào)整所述爬行器在下一時(shí)刻的爬行方向與距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。

具體實(shí)施過(guò)程中，如圖8所示，第一圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊200包括：

第一圖像獲取單元210，用于獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第一時(shí)刻的第一圖像；

第一校準(zhǔn)圖像獲取單元220，用于根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第一圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第一校準(zhǔn)圖像；

第一標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)計(jì)算單元230，用于對(duì)第一校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)；

第一坐標(biāo)計(jì)算單元240，用于根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P1的坐標(biāo)。

具體實(shí)施過(guò)程中，如圖9所示，第二圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊300包括：

第二圖像獲取單元310，用于獲取所述攝像機(jī)拍攝的含有激光指示線(xiàn)的在第二時(shí)刻的第二圖像；

第二校準(zhǔn)圖像獲取單元320，用于根據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)矩陣對(duì)所述第二圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得第二校準(zhǔn)圖像；

第二標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)計(jì)算單元330，用于對(duì)第二校準(zhǔn)圖像進(jìn)行Hough變換，獲得所述激光指示線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)；

第二坐標(biāo)計(jì)算單元340，用于根據(jù)點(diǎn)到直線(xiàn)距離的計(jì)算公式，計(jì)算所述激光指示線(xiàn)到所述標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)的距離最大點(diǎn)P2的坐標(biāo)。

在此說(shuō)明的是雖然本實(shí)施方式對(duì)第一圖像坐標(biāo)計(jì)算模塊200與第二圖像獲取模塊300分別進(jìn)行了描述，但不代表在實(shí)現(xiàn)方式上該兩者必須相對(duì)地獨(dú)立，也可以通過(guò)使用一個(gè)圖像坐標(biāo)獲取模塊對(duì)第一圖像與第二圖像進(jìn)行先后處理，以起到同樣的效果。

具體實(shí)施過(guò)程中，如圖10所示，偏差方向及距離計(jì)算模塊400包括：

橫向偏移計(jì)算單元410，用于根據(jù)所述P1、P2的位置坐標(biāo)，計(jì)算所述爬行器的橫向偏移距離；

縱向偏移計(jì)算單元420，用于根據(jù)爬行器的速度與所述第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間差，計(jì)算所述爬行器的縱向偏移距離；

偏差計(jì)算單元430，用于根據(jù)所述橫向偏移距離與縱向偏移距離，計(jì)算所述爬行器行進(jìn)的偏差方向與距離。

具體實(shí)施過(guò)程中，如圖11所示，橫向偏移計(jì)算單元410包括：

轉(zhuǎn)換矩陣獲取單元411，用于獲取攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的M1參數(shù)矩陣、攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的M2參數(shù)矩陣；

像素距離計(jì)算單元412，用于根據(jù)所述M1參數(shù)矩陣與M2參數(shù)矩陣，計(jì)算所述圖像坐標(biāo)系中單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系的距離；

像素差值計(jì)算單元413，用于獲取圖像中所述P1、P2的橫向坐標(biāo)，計(jì)算所述P1與P2之間像素點(diǎn)的差值；

實(shí)際距離計(jì)算單元414，用于根據(jù)所述圖像坐標(biāo)系中單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)世界坐標(biāo)系的距離，計(jì)算P1與P2相對(duì)于所述世界坐標(biāo)系的實(shí)際距離，所述實(shí)際距離為所述橫向偏移距離。

此外，盡管在上文詳細(xì)描述中提及了基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置的若干單元，但是這種劃分僅僅并非強(qiáng)制性的。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，上文描述的兩個(gè)或更多單元的特征和功能可以在一個(gè)單元中具體化。同樣，上文描述的一個(gè)單元的特征和功能也可以進(jìn)一步劃分為由多個(gè)單元來(lái)具體化。

本發(fā)明更提供了一種爬行器，其包含有前述的基于爬行器的焊縫自動(dòng)跟蹤裝置，在具體實(shí)施過(guò)程中，如圖12所示，爬行器通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)輪組進(jìn)行爬行，所述同步帶驅(qū)動(dòng)輪組的每個(gè)輪子通過(guò)同步帶與主動(dòng)輪相連。圖12中所示的同步帶驅(qū)動(dòng)輪組為爬行器同一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪組，中央與同步帶連接的為主動(dòng)輪，通過(guò)主動(dòng)輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)爬行動(dòng)作，當(dāng)需要調(diào)整爬行方向時(shí)，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，形成左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。又因?yàn)閭鲃?dòng)帶具有傳動(dòng)比精確的特點(diǎn)，同一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪具有統(tǒng)一傳動(dòng)速度。從而從根本上解決了單一驅(qū)動(dòng)輪受阻時(shí)，整個(gè)爬行器就嚴(yán)重跑偏的問(wèn)題。

具體實(shí)施過(guò)程中，如圖13所示，所述爬行器采用磁性輪作為驅(qū)動(dòng)輪，并且所述磁性輪表面反轉(zhuǎn)同步帶。磁性輪采用磁鐵和同步帶組合，增大了摩擦力的同時(shí)，由于磁鐵對(duì)焊縫表面脫落的鐵屑進(jìn)行吸附，將鐵屑吸附于傳動(dòng)帶的槽中，不僅容易清理，而且減少由于鐵屑附著在驅(qū)動(dòng)輪表面產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪停滯的幾率。

本發(fā)明的有益效果在于，通過(guò)利用爬行器的攝像機(jī)采集到的帶有激光指示線(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到自動(dòng)掃查器與焊縫的相對(duì)位置，對(duì)爬行器的爬行方向與距離進(jìn)行調(diào)整，改變運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)焊縫的自動(dòng)跟蹤。本發(fā)明實(shí)施例不僅使用方便，無(wú)需搭建腳手架，而且解決了爬行器易跑偏、易停滯的問(wèn)題。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。