一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，包括以下步骤：(1)利用摄像机拍摄，获取船身表面二维图像；(2)利用图像算法识别锈点坐标；(3)将锈点坐标进行仿射变换，得到一个虚拟数据平面；(4)根据虚拟数据平面上的坐标进行船体除锈的路径规划。本发明专利技术将复杂的船体表面通过仿射变换，变成易于操作的平面，在虚拟平面上规划路径，并将除锈路径规划转变为TSP问题，使路径规划过程变得简单，除锈机械臂在工作时，只需将轨迹参数输入就可以除锈，简化控制过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法
本专利技术涉及船舶除锈领域，具体涉及一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法。
技术介绍
定期船体除锈可以延长船体的使用寿命，减少保养费用，提高经济效益。目前我国船体除锈的主要办法是人工除锈。除锈操作工人需要肩扛沉重的设备手持喷枪在船体外壳附近高空作业，但是在喷砂过程的中，会产生强大的反作用力，因此人工除锈存在着巨大的安全隐患。除锈过程中所使用的喷砂不仅会污染周围的环境，还会对操作工人的眼睛、心、肺等器官造成损伤，不利于他们的身体健康。现有技术《一种船体外板大拼接缝的自动除锈方法》其主要作用在船体接缝处，无法应用于全部船身，并且无法实现锈点的路径规划。随着科技的不断发展，逐渐开始出现机械除锈设备代替人工，但是目前的技术还存在一些问题：1、除锈未能针对锈点定点清除，而是采用清除全部船体表面的方式，因此耗时耗力，浪费资源；2、除锈过程无法在操作间实时监控，不能设置除锈路线；3、除锈软件设备有限，操纵系统落后。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，为在路径规划的时候在船体外面构建一个虚拟平面采集锈点的信息。因为船体的形状不规则，平面上的各点距离船体的距离不同，当识别出锈点时，将信息再投射到虚拟平面上，投射的信息有：锈点位置，锈点面积，锈点到平面的距离，锈点所在位置法线与虚拟平面的夹角。该方法可将曲面的船体转换成一个平面，利用平面上锈点的坐标进行路径规划。本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，包括以下步骤：S1、利用摄像机拍摄，获取船身表面二维图像；S2、利用图像算法识别锈点坐标；S3、将锈点坐标进行仿射变换，得到一个虚拟数据平面；S4、根据虚拟数据平面上的坐标进行船体除锈的路径规划。优选的，步骤S2具体包括以下步骤：21)、图像经过去噪预处理；22)、图像经过归一化处理；23)、对预处理后的图片进行阈值分割；24)、利用图像算法识别锈点坐标；25)、构建锈点地图。优选的，步骤22)对拍摄到的图像进行归一化处理。优选的，步骤23)采用阈值分割方法对拍摄得到的图像进行分割。优选的，步骤24)采用图像算法识别锈点坐标。优选的，步骤25)在虚拟数据平面上构建锈点坐标地图。优选的，步骤S3包括仿射变换，设空间内任p点坐标为(x,y,z)，将p点绕坐标原点逆时针旋转θ后得到点p’，设p’坐标为(x',y',z')，三维仿射变换公式：其中，A11到A33表示三维坐标的变换组合，而A14、A24、A34表示三维坐标的平移；三维坐标在无平移的情况下以z轴为轴旋转角θ的仿射矩阵为：三维坐标在无平移的情况下以x和y为轴旋转θ角的仿射矩阵分别为：三维坐标的任意旋转变换都能分解成以x、y、z为轴的旋转的组合；经仿射变换得到的锈点在虚拟数据平面上的坐标。优选的，所述路径规划是在利用仿射变换构建虚拟数据平面后进行，除锈路径规划变为解决TSP问题(TravelingSalesmanProblem，又称旅行商问题)。优选的，步骤S4采用TSP智能算法进行除锈路径规划。优选的，所述预处理包括对图像进行滤波去噪处理。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术将复杂的船体表面通过仿射变换，变成易于操作的平面，在虚拟平面上规划路径，并将除锈路径规划转变为TSP问题，使路径规划过程变得简单，除锈机械臂在工作时，只需将轨迹参数输入就可以除锈，简化控制过程。附图说明图1为本实施例一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法的流程图；图2为本实施例识别后的船身锈点图像示意图；图3为本实施例经仿射变换得到的锈点在虚拟数据平面上的坐标图；图4为本实施例OTSU算法(最大类间方差法)提取流程图；图5为本实施例模拟退火流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，包括以下步骤：S1、通过机械臂末端摄像机拍摄获取船身表面二维图像；S2、利用图像算法识别锈点坐标，具体包括以下步骤：21)、图像经过去噪预处理；预处理是对图像的滤波去噪(在摄像头采集图像的过程中，由于元件噪声的原因，图像噪声会引起孤立像素点或像素块，滤波降噪处理就是删除无用的像素点，保留有用的信息)。22)、图像经过归一化处理；归一化处理是指对图像进行一系列标准的处理变换，使之变换为一固定标准形式的过程，归一化处理可以消除仿射变换对于坐标转换的影响。23)、对预处理后的图片进行阈值分割；如图4所示，对预处理后的图片采用OTSU算法(最大类间方差法)分割法进行阈值分割；图像经过去噪预处理后，要想识别锈点需要进行阈值分割，就是找到最优阈值将图像分为前景和背景。阈值分割可采用OTSU算法分割法，原理是当目标和背景灰度间的方差达到最大值时的阈值就是最优阈值，意味目标与背景间的差别大，分割效果明显。使用OTSU算法进行阈值分割，包括以下步骤：1)假设一个图像为灰度图，大小为M*N，选取分割阈值为T，统计计算属于前景的像素点数在全部像素点的占比ω0以及其平均灰度u0，统计背景部分的像素点占比w1和平均灰度u1；2)获取图像全部像素的平均灰度：u＝w0*u0+w1*u1以及类间方差：g＝w0*(u0-u)2+w1*(u1-u)2＝w0*w1*(u0-u1)2遍历全部分割阈值T，重复步骤1)、步骤2)，得到使类间方差g最大的阈值T。24)、利用图像算法识别锈点坐标，识别后的船身锈点图像如图2所示；作为另一个实施例，可以使用迭代法进行阈值分割，包括以下步骤：(1)预定义两阈值差dt；(2)选定初始阈值T0；T0为图像的平均灰度；(3)用阈值T分割图像为G1、G2两组，G1由灰度值大于T的所有像素组成，G2由灰度值小于T的所有像素组成；(4)对G1和G2的像素分别计算平均灰度值m1、m2；(5)计算出新的阈值：T1＝(m1+m2)/2(6)重复步骤(3)到步骤(5)，直到连续迭代中的阈值之间的差小于预定义的阈值差dt为止。S3、将锈点坐标进行坐标变换，获取在虚拟数据平面上的坐标；在做图像处理的相关工作时，由于拍摄角度等原因需要对图像进行一些预处理，变换模型是指根据待匹配图像与背景图像之间几何畸变的情况，所选择的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、利用摄像机拍摄，获取船身表面二维图像；/nS2、利用图像算法识别锈点坐标；/nS3、将锈点坐标进行仿射变换，得到一个虚拟数据平面；/nS4、根据虚拟数据平面上的坐标进行船体除锈的路径规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用摄像机拍摄，获取船身表面二维图像；
S2、利用图像算法识别锈点坐标；
S3、将锈点坐标进行仿射变换，得到一个虚拟数据平面；
S4、根据虚拟数据平面上的坐标进行船体除锈的路径规划。


2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：
21)、图像经过去噪预处理；
22)、图像经过归一化处理；
23)、对预处理后的图片进行阈值分割；
24)、利用图像算法识别锈点坐标；
25)、构建锈点地图。


3.根据根据权利要求2所述的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，步骤22)对拍摄到的图像进行归一化处理。


4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，步骤23)采用阈值分割方法对拍摄得到的图像进行分割。


5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，步骤24)采用图像算法识别锈点坐标。


6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟数据平面的船体除锈方法，其特征在于，步骤25)在虚拟数据平面上构建锈点坐标地图。


7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟光，张欣欣，李漾，姬学欢，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东衡准测控自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44