一种新型工业内窥系统的设计与实现

　　1　引　　言

　　1921年,以色列人George S.Crampton在美国加利福尼亚研制出世界上第一台工业内窥镜,用来检测蒸汽涡轮转子的内部裂缝。从此,内窥技术逐渐被工业界所重视并得到不断发展[1]。90年来,工业内窥镜经历了第一代硬杆式、第二代软管式和第三代电子镜式逐步发展过程,内窥技术也逐步发展成为一门崭新的科学技术,成为RVI (Remote Visual Inspection,远距离可视监测)技术的重要分支。目前,内窥技术已经不再是初期的简单光学器件和机械控制的综合,而是光电技术、传感技术、机械制造技术以及自动控制技术等现代技术的有效融合。同时,内窥技术的应用范围也有了很大地拓展,在工业、化工、交通以及航空航天等许多需要通过查看内部状况来进行质量控制、维修和产品评估的领域都有着广泛的应用,成为无损检测　(NDT:Nondestructive Testing)技术的重要技术手段之一。

　　南京航空航天大学发动机故障诊断研究所经过长期的发动机内窥探伤研究,从实际需求出发研制出一套新型的工业内窥系统——基于立体视觉的内窥图像分析系统。该系统改善了传统技术中存在的依赖于目测和无法定量测量损伤的缺陷。同时,鉴于目前日本Olympus等公司已经研制出同类技术硬件产品,系统着重进行了软件方面的研究和开发,旨在促进我国面向工业应用实际的内窥技术的发展。

　　这里阐述了系统的基本原理和技术思路,重点分析了系统中的软件关键技术以及系统的具体功能,并给出了实例进行验证。

　　2　系统基本原理

　　目前通用的内窥技术设备都存在着不小的缺陷和不足:①探头伸入过程操作复杂,对工作人员经验要求高;②检测工作主要靠工作人员直接目视;③无法对具体的损伤尺寸作定量的测量;④无法对内部损伤状况或损伤做出自动评估,更不能预测故障的发生。因此,内窥技术必须通过新技术的引用来解决这些实际的问题。

　　20世纪70年代末,Marr创立的视觉计算理论对立体视觉的发展产生了巨大的影响,现已形成了从图像获取到最终的景物可视表面重建的完整体系,在整个计算机视觉中已占有越来越重要的地位。立体视觉的基本原理与人类视觉的体感知过程类似,是从两个(或多个)视点观察同一景物,以获取在不同视角下的感知图像,通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获取景物的三维信息[2]。近年来,立体视觉技术在医学诊断和工业检测中的应用越来越广泛,医用和工业内窥技术设备是其重要的应用方面之一,如日本OLYMPUS公司最新研制的IV6C6和IV8C6系列工业可测量内窥镜产品,充分利用立体视觉原理,实现了被测工件的三维测量,从而使得工作人员直接利用系统得到各项损伤数据,进行损伤评估,大大促进了工业无损检测技术的发展。