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地下管道探测仪的信息处理技术研究
| 论文题名： | 地下管道探测仪的信息处理技术研究 |
| 关键词： | 地下管道探测仪;惯性测量单元;姿态估计;激光光斑;图像处理 |
| 摘要： | 地下管道是维持城市正常运行的重要命脉，定期检测可以预防事故的发生。由于环境的屏蔽作用，常规的电磁探测存在诸多限制。本文设计一种基于惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）和激光的地下管道检测仪，仪器在管道内行进过程中借助IMU模块获取运动姿态，融合激光光斑在成像屏上的偏移量，得到地下管道的三维空间分布。 针对IMU模块中加速度计和陀螺仪的器件特性，分别建立误差补偿模型，校正测量数据。其中加速度计拟合回归方程补偿噪声，陀螺仪以卡尔曼滤波平滑噪声，阿伦方差分析验证了误差校正的有效性。接着使用扩展卡尔曼方法和四元数毕卡逼近法融合IMU数据，计算运动状态下仪器探头的姿态角，给出导航坐标系下的速度曲线。 设计并实现激光光斑图像处理模块，实现不同工况下定标孔坐标的完备提取，定位激光光斑。首先标定摄像机，自适应中值滤波得到预处理图像。随后自适应阈值分割获取二值图像，检测并筛选定标孔的轮廓，种子填充获取连通域，提取质心建立坐标系。最后拟合激光光斑轮廓，定位在该坐标系下，获取激光在成像屏上的偏移量。图像处理算法能够在强光晕遮蔽、反射光干扰的情况下准确提取定标孔的位置，稳健性好。 模拟地下管道进行实验，仪器给出的管道空间分布与实际基本符合，对于高低变化不明显，测量点位置偏差不大的短管，仪器的误差在可接受的范围内。实测管道最低点Z轴数据在-0.1582m，重构管线最低值-0.1493m，实测管道Z轴最高点0.156m，重构数据Z轴最高点0.160m，大致相符，平均误差5.6%。 |
| 作者： | 辛嘉 |
| 专业： | 光电科学与工程 |
| 导师： | 汪贵华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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