基于Deeplab-V3的焊缝缺陷检测应用研究

首先,采用三维激光线扫相机采集焊接部位的三维点云数据投影至3个平面获取深度图,更好地将焊缝缺陷呈现出来;其次,采用深度图制作训练数据集,利用循环一致性对抗网络对样本数据进行扩充,并基于该数据集提出两种焊缝缺陷检测方法,分别是基于特征和基于滑动窗口的Deeplab-V3模型深度学习焊缝缺陷检测方法;再次,采用AHP(层次...     

基于深度学习三维成型的钢板表面缺陷检测

为了解决二维检测方法难以检测带有深度信息的缺陷问题，提出全新的三维重建网络.提出基于多尺度特征增强的级联式三维重建网络(MFE-CasMVSNet)，并与点云数据处理技术结合，用于钢板表面缺陷检测.为了提高三维重建的精度，提出位置导向的特征增强模块(PFEM)和多尺度特征自适应融合模块(MFAFM)，对特征进行有效提取并减少信息丢失.提出基于曲率稀疏化的密度聚类方法 (CS-DBSCAN)，用于精确识别不同部位的缺陷.引入三维检测框，实现对缺陷的定位与检测可视化.实验结果表明，相较于图像几何的重建方法，MFE-CasMVSNet能够更加精确、快速地实现钢板表面的三维重建.相较于二维检测，三维缺陷检测能够精确获取缺陷的三维形状信息，实现对钢板表面缺陷的多维度检测.     

壳体纵缝周向超声检测缺陷定位修正方法研究

缺陷的位置与缺陷的类型相关,缺陷的类型与产品的质量相关.超声检测仪器的定位系统是基于检测工件是平面工件设计的.在对壳体纵缝做周向超声检测发现缺陷时,检测仪器无法显示缺陷的准确位置信息.针对仪器的这一不足,提出基于MATLAB和基于EXCEL的缺陷定位方法对超声检测仪器的位置参数进行修正.检测过程中发现缺陷后只需修改程序中的工件内径、厚度、探头的斜率和缺陷的显示深度四个参数,即可快速、准确的计算出缺陷的位置信息,提高了工作效率.     

基于点云特征对比的曲面翘曲变形检测方法

针对目前曲面翘曲变形描述不充分、检测效率低的问题,定义自由曲面的翘曲变形描述方式,提出基于点云特征对比的曲面翘曲变形检测方法. 研究一系列算法,开展曲面单层点云提取,通过对比曲面实测点云与模板点云的空间位置获取翘曲变形区域;通过计算获得翘曲距离和翘曲张角,描述翘曲的变形程度和变化趋势. 实例分析结果表明,提出的方法不需要进行曲面重建,直接通过点云特征对比进行曲面翘曲变形分析,在保证精度的同时,在效率上比三维重建方法检测翘曲有了较大的提高.     

GA优化ELM神经网络的排水管道缺陷诊断

为及时发现排水管道安全隐患,准确掌握管道状况,结合极限学习机(extreme learning machine,ELM)神经网络和管道闭路电视(closed circuit television,CCTV)检测,建立一个数据驱动的排水管道缺陷诊断模型.采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化ELM神...     

基于多源点云数据融合的单木树形重建

基于Smart3D 软件、Maptek 软件分别对无人机倾斜影像和地面三维激光点云数据进行融合处理及树木三维建模。通过点云配准、点云降噪以及坐标纠正等一系列处理, 实现了空-地多源点云数据融合技术的树木三维模型重建。基于树木三维重建模型量算的树高、胸径、胸高断面积等几何参数与地面实测的树木参数精度高达99. 7%、97. 8%和94. 1%, 说明基于不同来源的点云数据的树木三维树型重建可以为森林或城市绿地调查提供准确高效的技术途径, 具有广阔的应用前景。     

点云密度设置在激光扫描中的应用研究

基于地面三维激光扫描仪逐线扫描的测量方式,推导出任意空间平面内单位面积含有的扫描线列数及各扫描线包含的扫描点数,并由此得到严密的点云密度计算模型。利用该模型对扫描前水平、垂直方向角度步频率等参数进行计算,使其达到要求的点云密度。该方法通过严密计算模型得到扫描参数,由此既可满足密度要求,又提高了扫描效率,避免了一般扫描作业中依据经验进行参数设置的盲目性,在三维扫描测量作业中具有一定的指导意义。     

复杂结构焊接缺陷回波声场有限差分仿真与分析

针对复杂结构焊缝的结构参数多变性导致的相控阵超声检测中缺陷识别、定位和定量困难的问题,提出了基于有限差分法的相控阵超声检测数值模拟缺陷辅助评定手段.以复杂结构焊缝中Y型焊缝为例,建立与之相应的相控阵超声检测有限差分仿真模型.同时设计制作含有人工缺陷的Y型模拟试块,对其进行相控阵超声检测并记录缺陷信息.利用仿真模型计算某坡口未熔合相控阵超声检测时瞬态传播声场和缺陷回波扇形扫描图像,通过与实验得到的缺陷回波图像比较,说明仿真技术不但可以提供缺陷类型及深度位置,并且可以提供缺陷的高度和取向信息.     

基于特征与形貌重构的轴件表面缺陷检测方法

针对轴件表面缺陷机器视觉检测方法中的水渍残留误检率高和人工复检效率低问题,提出一种基于特征与形貌重构的轴件表面缺陷检测方法. 对轴件工业高速线扫描图像进行预处理,基于改进的阀值迭代算法完成图像分割,通过去除背景、噪点和干扰提取缺陷图像. 建立基于曲线簇包络轮廓的轴件表面缺陷特征模型,结合分割图像各连通域的面积、面积占比、粗短度训练逻辑回归分类器,对凹坑、裂纹和麻点等轴件表面典型缺陷进行识别,并结合图像深度信息进行缺陷形貌重构,消除水渍等伪缺陷,提高轴件表面缺陷检测鲁棒性. 实验结果表明,所提出的轴件表面缺陷检测方法有效,具有较高的缺陷识别率和鲁棒性能,平均识别时间为3.69 s,缺陷轴加权识别率为98.86%,可以对3类典型缺陷和水渍进行准确识别.     

基于灰度相似性的激光点云与全景影像配准

针对传感器参数未知、环境结构特征不明显、影像数据较少等情况,提出基于灰度相似性的车载3D激光点云与全景影像自动化配准方法.基于全景拼接算法和柱面投影原理,分别将多张单幅图片拼接为全景影像,并将3D激光点云转换为2D深度图.基于灰度相似性原理,将全景影像和2D深度图在水平方向和垂直方向等间隔细分成区域对,沿水平方向和垂直方向移动全景影像,计算每次移动后各细分区域对之间像素灰度值之和的比值,并求解其均方差,将均方差最小时的区域移动值作为最终匹配偏移量.根据偏移量计算得到全景影像相对3D激光点云的水平旋转角度和垂直平移距离.实测结果表明,本研究所提算法对场景的适应性较好,平均配准误差为2个像素,而对比方法无法实现有效配准.     

利用三维点云数据的土方量计算方法

土方量精确计算对工程建设具有重要意义.基于三维点云数据,提出了结合贪婪投影三角化算法和DTM法的土方量计算方法,采用VC++并借助QT和PCL编制了土方量计算软件,通过实地采集的三维激光点云数据进行实验,并与Geomagic软件计算结果进行对比验证,结果表明该方法可以快速、精确地进行土方量计算,为基于三维点云数据的精确土方量计算提供了参考.     

点云管道曲面的重构

该文主要研究了根据三维散乱点云重构管道曲面的一种算法.首先将散乱的数据点分块,计算得到对应管道曲面的中心轴线上的点,然后将其作为控制顶点拟合成光滑的B样条曲线,再以B样条上的点为圆心绘制圆,最后连接所有圆生成光滑的管道曲面.该文利用散乱点的微分几何性质及最小二乘拟合算法,局部拟合最佳的圆柱面,准确计算管道面的中心轴点,...     

三维点云极化地图表征模型与智能车定位方法

为提高智能车定位精度提出一种基于三维点云极化地图表征模型的定位方法。该模型以点云极化图为节点,利用高精度GPS(Global Positioning System)和欧拉角实现该节点的全局位置表征;从极化图中提取点云的二维与三维特征,实现该节点的多尺度特征表征;通过一系列极化节点实现道路场景的数值描绘与虚拟重构。定位过程中,通过对实时获取的三维激光点云进行极化表征并与地图节点进行多尺度特征匹配实现智能车的地图定位。具体而言,首先根据待定位智能车GPS信号的稳定情况选用GPS匹配或者拓扑定位筛选地图节点并获取定位候选集,完成初定位;其次运用点云二维特征匹配结果从定位候选集中检测距离待定位智能车最近的地图节点,完成节点级定位;最后利用点云三维特征匹配结果与最近地图节点的全局位置计算智能车位姿,完成度量级定位。实验在两种典型场景下进行,节点定位准确率98.7%,平均定位误差21.4 cm,最大定位误差42.9 cm。结果表明,本文算法满足智能车高精度定位需求,且鲁棒性强、成本低、计算过程简单。     

沥青路面坑槽三维重构与指标计算方法

为实现沥青路面坑槽深度、面积和体积等多维度指标准确的自动检测,基于新兴的三维线激光技术对3个不同尺寸的室内坑槽模型进行扫描,利用TIN平面插值法在MATLAB软件中实现了激光点云数据的三维模型重构,进而结合等高线提取算法计算了坑槽多维度指标,采用ASTM试验标准验证了指标计算方法的有效性,在此基础上分析了不同尺寸坑槽的深度、面积和体积指标检测误差的变化规律.结果表明:坑槽深度、面积和体积计算结果最大相对误差分别为4.60%、3.87%、10.82%,并随坑槽尺寸的不断增大,深度和面积指标的相对误差逐渐减小,利用三维线激光技术可实现坑槽多维度指标准确检测.研究结果可以用于坑槽严重程度的自动化快速判别、破坏层位确定和修补材料估算等方面.     

含点蚀缺陷金属压力管道剩余强度的无缝表征模型

针对API-579标准中只能离散的评估给定的8种标准模态下含点蚀缺陷金属压力管道的剩余强度及其安全性的问题,文中提出了点蚀面积占有比的概念,分别建立了它与剩余强度因子和剩余壁厚比之间的对应关系,基于此,提出了剩余强度的无缝表征模型。该模型不仅可以表征API-579标准中给定的8种标准模态下含点蚀缺陷的管道的剩余强度,还可以表征任意给定的介于这8种点蚀标准模态下管道的剩余强度以及评价其安全性。该模型为有效预测含点蚀缺陷管道动态剩余寿命提供了可能。     

Kriging点云滤波改进算法及监测试验研究

为进一步提高三维激光扫描技术的量测精度,从优化滤波算法的角度出发,基于Kriging改进算法,考虑描述对象的空间相关性质,针对点云数据的滤波处理问题,研究点云格网化滤波的优化方法。以实际工程为依托,通过现场监测比对试验,对三维激光点云数据进行格网化处理和分析,将试验得出的变形数据与传统方法的量测数据进行对比。结果表明：基于Kriging滤波的改进算法不仅能够高效识别和提取隧道轮廓断面可视化数据,而且可以高效、准确地获得隧道变形;试验的拱顶下沉数据与传统量测数据较接近,而周边收敛数据则有一定的差异。三维激光扫描技术下的隧道变形监测在一定的环境条件下能较好地反映隧道变形的真实情况,为隧道工程的施工提供有效的安全预警。     

外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理

为了研究外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理,通过深海压力舱小比例模型试验,测得钢管试件发生屈曲失稳时的压力和变形形态. 利用有限元软件ABAQUS建立管道的三维数值模型,模拟外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到钢管的压力-直径变化曲线和变形形态,与试验结果吻合良好. 采用建立的数值模拟方法,分析管道长度、径厚比、初始椭圆率、钢材等级、钢材应变硬化特性和缺陷几何尺寸等因素对腐蚀缺陷管道屈曲失稳的影响. 结果表明,初始椭圆率、缺陷几何尺寸、钢材应变硬化特性是深海腐蚀缺陷管道标准化后失稳压力的主要影响因素,管道长度、径厚比、钢材等级对标准化后失稳压力的影响相对较小.     

基于时间反转的管道导波非穿透缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道非穿透型小缺陷检测的不足,给出一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有非穿透型裂纹小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.利用时间反转导波的空间聚焦特性还可建立时间反转导波的圆周位移分布与缺陷的周向和径向位置间的关系,为实现缺陷的三维定位奠定基础.     

基于改进SSD神经网络和点云配准算法的变电站三维模型快速建立方法

为提高变电站三维建模的效率,提出了一种改进SSD(single shot detection)目标检测算法和ICP(iterative closest point)点云配准算法结合的变电站三维模型快速建立方法。该方法针对变电设备点云训练样本数量不足造成的设备识别准确率低这一问题,将三维模型快速建模转换为设备类型、型号识别和点云导入。首先利用改进SSD目标检测算法对变电设备类型进行初步识别,然后运用ICP配准算法对变电设备进行型号识别,2种方法的结合实现了变电设备点云的准确识别,最后根据配准得到的设备在变电站点云场景中的实际位姿,将模型库中配准的标准模型导入变电站三维点云场景,极大地提高了变电站三维模型的建模效率。该方法已在某变电站三维建模中得到应用,结果表明,不同变电设备型号识别准确率较高,设备建模平均时间为32 s,效率远远高于人工建模。     

封面图片说明

<正>封面图片来自本期论文"沥青路面拥包三维指标计算方法",图片包括激光检测原理图、原始数据图、三维重构图和指标计算图.针对路面隆起拥包病害,采用高精度、高密度的三维激光检测设备获取表面高程点云数据,采用RANSAC法拟合拥包下底面平面,切割点云并提取下底面轮廓数据,利用积分