一种基于单目视觉的钻具检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于单目视觉的钻具检测方法和装置，其中方法包括：

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的钻具检测方法和装置


[0001]本专利技术涉及石油钻井设备
，尤其涉及一种基于单目视觉的钻具检测方法和装置
。

技术介绍

[0002]当前钻井起钻下钻过程中铁钻工是使用最为频繁的设备之一，现在铁钻工设备使用过程中均需人工调节高度并输入钻杆直径，以此确定钳口高度
、
钳口夹紧力和紧扣扭矩，方便上卸扣操作，降低了工作效率；有时人为操作出现偏差，如高度调节误差较大，当钳口夹紧带包含接箍耐磨带时，会引起钳口前牙崩断，造成设备非正常损耗，增加了钻井作业故障出现的概率
。
因此，亟需一种自动检测钻井钻杆高度和直径的方法，减少人为干涉，提高铁钻工自动化程度，降低作业故障风险，提高钻井作业效率
。
[0003]目前公开了一种基于图像的自动定位钻杆接箍高度的方法，硬件主要由工业相机
、
相机视觉光源和嵌入式控制器等组成，采用触发方式采集图像，之后在嵌入式控制器上运行图像匹配算法，将当前图像与预先存储的同种工况的图像信息进行比对，判断采集的是否为合适图像，如判断合适再进行测量算法
。
此方法受预先存储的图像样本数据影响较大，如受天气或污渍遮挡影响，图像样本数据库中无当前场景图像，则算法失效，无法进行接箍高度自动测量
。
并且，此方法中硬件包含相机视觉光源，由于为户外作业，外界光照不停变换，造成光源亮度调节难度增加，无法达到日夜兼容，一定程度上影响算法稳定性；方法的结果也受存储的比对样本图像数据影响，遇到没有存储的图像场景时，算法也会失效
。

技术实现思路

[0004](
一
)
要解决的技术问题
[0005]鉴于上述技术中存在的问题，本专利技术至少从一定程度上进行解决
。
为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种基于单目视觉的钻具检测方法，实现钻具高度和直径的自动检测，无需比对样本数据
。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提出一种基于单目视觉的钻具检测装置
。
[0007](
二
)
技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种基于单目视觉的钻具检测方法，包括：
[0010]步骤
S1、
触发钻具检测信号，从工业相机获取钻具图像；
[0011]步骤
S2、
对钻具图像进行感兴趣区域划分，获得只包含井口钻具或鼠洞钻具的感兴趣区域；
[0012]步骤
S3、
识别感兴趣区域中的母扣接箍和公扣接箍，获得母扣接箍矩形选框和公扣接箍矩形选框；根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍的高度信息，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍的高度信息；母扣接箍矩形选框的上边与母扣接箍的上边缘重合，公扣接箍矩形选框的下边与公扣接箍的下边缘重合；
[0013]步骤
S4、
识别感兴趣区域中的上杆身和下杆身，获得上杆身矩形选框和下杆身矩形选框；提取上杆身矩形选框内两条相互平行的上杆身边缘线段，并计算两条上杆身边缘线段之间的距离，获得上杆身直径，提取下杆身矩形选框内两条相互平行的下杆身边缘线段，并计算两条下杆身边缘线段之间的距离，获得下杆身直径；上杆身矩形选框和下杆身矩形选框的左边和右边分别伸出杆身的左边缘和右边缘；
[0014]步骤
S5、
根据母扣接箍的高度信息
、
公扣接箍的高度信息
、
上杆身直径
、
下杆身直径和预先确定的钻具转换系数，获取世界坐标系下钻具的高度信息和直径信息
。
[0015]可选地，步骤
S1
中，在钻具移动至上卸扣位置后，铁钻工执行上卸扣动作之前，触发钻具检测信号；和
/
或，在铁钻工执行上卸扣动作过程中触发钻具检测信号
。
[0016]可选地，步骤
S2
中，对钻具图像进行感兴趣区域划分，获得只包含井口钻具或鼠洞钻具的感兴趣区域，包括：采用标尺确定钻具图像中井口钻具中心和鼠洞钻具中心的横坐标，以井口钻具中心的横坐标为中心在横向上展开预定距离获得只包含井口钻具的第一感兴趣区域，以鼠洞钻具中心的横坐标为中心在横向上展开预定距离获得只包含鼠洞钻具的第二感兴趣区域
。
[0017]可选地，步骤
S3
中，根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍的高度信息，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍的高度信息，包括：根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍上端纵坐标
y
上
，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍下端纵坐标
y
下
。
[0018]可选地，步骤
S3
还包括：识别感兴趣区域中的螺纹柱，获得螺纹柱矩形选框，螺纹柱矩形选框的上边与螺纹柱的上边缘重合，螺纹柱矩形选框的下边与螺纹柱的下边缘重合；根据螺纹柱矩形选框，获得螺纹柱的高度信息
。
[0019]可选地，在步骤
S1
之前，还包括：从工业相机拍摄的钻具图像中选取钻具的三个标定点，根据三个标定点在图像坐标系下的纵坐标和在世界坐标系下的纵坐标，确定井口钻具或鼠洞钻具的图像坐标系下纵坐标和世界坐标系的转换关系，计算公式如下：
[0020][0021]其中，
λ
为钻具的图像坐标系下纵坐标和世界坐标系的转换系数；
y0、y1
和
y2
分别为钻具的三个标定点在图像坐标系下的纵坐标；
y00、y11
和
y22
分别为钻具的三个标定点在世界坐标系下的纵坐标
。
[0022]可选地，步骤
S5
包括：根据母扣接箍上端纵坐标
y
上
、
公扣接箍下端纵坐标
y
下
和预先确定的钻具转换系数
λ
，获取世界坐标系下钻具的母扣接箍上端纵坐标
H
上
和公扣接箍下端纵坐标
H
下
，如下式：
[0023]Δ
y
上
＝
y
上
‑
y0[0024]Δ
y
下
＝
y
下
‑
y0[0025]H
上
＝
y
00
+
λ
*
Δ
y
上
[0026]H
下
＝
y
00
+
λ
*
Δ
y
下
[0027]根据上杆身直径
Δ
w1、
下杆身直径
Δ
w2
和预先确定的钻具转换系数
λ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，包括：步骤
S1、
触发钻具检测信号，从工业相机获取钻具图像；步骤
S2、
对钻具图像进行感兴趣区域划分，获得只包含井口钻具或鼠洞钻具的感兴趣区域；步骤
S3、
识别感兴趣区域中的母扣接箍和公扣接箍，获得母扣接箍矩形选框和公扣接箍矩形选框；根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍的高度信息，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍的高度信息；母扣接箍矩形选框的上边与母扣接箍的上边缘重合，公扣接箍矩形选框的下边与公扣接箍的下边缘重合；步骤
S4、
识别感兴趣区域中的上杆身和下杆身，获得上杆身矩形选框和下杆身矩形选框；提取上杆身矩形选框内两条相互平行的上杆身边缘线段，并计算两条上杆身边缘线段之间的距离，获得上杆身直径，提取下杆身矩形选框内两条相互平行的下杆身边缘线段，并计算两条下杆身边缘线段之间的距离，获得下杆身直径；上杆身矩形选框和下杆身矩形选框的左边和右边分别伸出杆身的左边缘和右边缘；步骤
S5、
根据母扣接箍的高度信息
、
公扣接箍的高度信息
、
上杆身直径
、
下杆身直径和预先确定的钻具转换系数，获取世界坐标系下钻具的高度信息和直径信息
。2.
根据权利要求1所述的基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，步骤
S1
中，在钻具移动至上卸扣位置后，铁钻工执行上卸扣动作之前，触发钻具检测信号；和
/
或，在铁钻工执行上卸扣动作过程中触发钻具检测信号
。3.
根据权利要求1所述的基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，步骤
S2
中，对钻具图像进行感兴趣区域划分，获得只包含井口钻具或鼠洞钻具的感兴趣区域，包括：采用标尺确定钻具图像中井口钻具中心和鼠洞钻具中心的横坐标，以井口钻具中心的横坐标为中心在横向上展开预定距离获得只包含井口钻具的第一感兴趣区域，以鼠洞钻具中心的横坐标为中心在横向上展开预定距离获得只包含鼠洞钻具的第二感兴趣区域
。4.
根据权利要求1所述的基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，步骤
S3
中，根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍的高度信息，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍的高度信息，包括：根据母扣接箍矩形选框，获得母扣接箍上端纵坐标
y
上
，根据公扣接箍矩形选框，获得公扣接箍下端纵坐标
y
下
。5.
根据权利要求1所述的基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，步骤
S3
还包括：识别感兴趣区域中的螺纹柱，获得螺纹柱矩形选框，螺纹柱矩形选框的上边与螺纹柱的上边缘重合，螺纹柱矩形选框的下边与螺纹柱的下边缘重合；根据螺纹柱矩形选框，获得螺纹柱的高度信息
。6.
根据权利要求1至5任一项所述的基于单目视觉的钻具检测方法，其特征在于，在步骤
S1
之前，还包括：从工业相机拍摄的钻具图像中选取钻具的三个标定点，根据三个标定点在图像坐标系下的纵坐标和在世界坐标系下的纵坐标，确定井口钻具或鼠洞钻具的图像坐标系下纵坐标和世界坐标系的转换关系，计算公式如下：
其中，
λ
为钻具的图像坐标系下纵坐标和世界坐标系的转换系数；
y0、y1
和
y2
分别为钻具的三个标定点在图像坐标系下的纵坐标；
y00、y11
和
y22
分别为钻具的三个标定点在世界坐标系下的纵坐标
。7.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王要峰，严峰，邹剑英，王耀辉，樊宝荣，赵友贵，王涛，邹涛，张露之，王惠婕，
申请(专利权)人：北京捷杰西石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：