一种用于管路内部的异常检测方法及系统与流程

1.本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种用于管路内部的异常检测方法及系统。


背景技术：

2.腐蚀问题是现今所有使用金属的产业都不可避免的出现的问题，金属在不同环境下具备不同的腐蚀性，尽管现如今耐腐蚀材料的耐腐蚀性越来越强，但也只是延缓了金属的腐蚀，并没有彻底根除。
3.而金属管路中金属的腐蚀速度不仅和外部环境有关，也和其内部的输送介质，压强等作用有关，管路腐蚀会导致管路失效，管路泄露，当管路腐蚀检测发现不及时不准确时，不仅会造成经济损失，更重要的是会导致人员安全问题和环境问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于管路内部的异常检测方法及系统，所采用的技术方案具体如下：第一方面，本发明一个实施例提供了一种用于管路内部的异常检测方法，该方法包括以下步骤：获取管路内部的管路图像，对所述管路图像进行灰度化得到灰度图像；获取所述灰度图像中每行的投影值，将所有行的投影值拟合出行曲线；对所述行曲线中任意相邻两点作差得到对应的差值序列，计算所述差值序列中所有元素的平均值作为阈值；基于所述阈值得到第一特征点和第二特征点；构建核窗口，将所述核窗口在所述灰度图像上滑动对所述灰度图像进行更新得到更新图像，基于所述更新图像得到第三特征点和第四特征点；基于第一特征点、第二特征点、第三特征点以及第四特征点计算灰度图像中每个像素点的特征值序列，根据灰度图像中每个像素点的特征值序列得到风格矩阵；获取无损图像对应的无损风格矩阵、腐蚀图像对应的腐蚀风格矩阵以及缺口图像对应的缺口风格矩阵，计算所述灰度图像的风格矩阵分别与无损风格矩阵、腐蚀风格矩阵以及缺口风格矩阵的风格差异，根据所述风格差异判断所述灰度图像是否存在异常。
5.优选的，所述获取所述灰度图像中每行的投影值的步骤，包括：计算灰度图像内每行中所有像素点对应灰度值的求和结果为对应行的投影值。
6.优选的，所述基于所述阈值得到第一特征点和第二特征点的步骤，包括：选取灰度图像中投影值大于所述阈值的对应行，获取所有选取出的行中的第一行和最后一行；所述第一行中灰度值最大的像素点为第一特征点；所述最后一行中灰度值最大的像素点为第二特征点。
7.优选的，所述将所述核窗口在所述灰度图像上滑动对所述灰度图像进行更新得到更新图像的步骤，包括：
获取待处理像素点对应的核窗口，计算所述核窗口中所有像素点的灰度均值，将所述灰度均值代替所述待处理像素点的像素值。
8.优选的，所述基于所述更新图像得到第三特征点和第四特征点的步骤，包括：获取所述更新图像中所有像素点的平均值作为图阈值，选取出更新图像中所有大于图阈值的像素点，从选取的像素点中选取行数最小和行数最大的两行中的灰度值最大的像素点作为第三特征点和第四特征点。
9.优选的，所述基于第一特征点、第二特征点、第三特征点以及第四特征点计算灰度图像中每个像素点的特征值序列的步骤，包括：特征值的计算为：其中，表示像素点对应的特征值；表示像素点的灰度值；表示第v个特征点的灰度值；表示像素点与第v个特征点的距离；基于第一特征点、第二特征点、第三特征点以及第四特征点得到所述像素点对应的特征值构成特征值序列。
10.优选的，所述获取风格差异的方法为：计算风格矩阵中对应元素之间的差值，获取所有差值对应的平方和，所述平方和越小，所述风格差异越大。
11.第二方面，本发明另一个实施例提供了一种用于管路内部的异常检测系统，该系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上述一种用于管路内部的异常检测方法所述的步骤。
12.本发明具有如下有益效果：通过对管路内部的灰度图像进行分析，对灰度图像中每一行像素点的像素值进行求和得到其中的第一特征点和第二特征点；进一步的，构建核窗口，利用核窗口对灰度图像中每个像素点的像素值进行更新得到更新图像，基于更新图像获取地三特征点和第四特征点；则基于四个特征点计算灰度图像中每个像素点的特征值并构建风格矩阵，基于风格矩阵对灰度图像是否存在异常进行判断，提高了检测过程中数据的可靠程度，保证了检测结果的准确性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
14.图1为本发明一个实施例所提供的一种用于管路内部的异常检测方法流程图；图2为本发明一个实施例所提供的一种无损管路内部灰度图像示意图。
具体实施方式
15.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于管路内部的异常检测方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
16.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
17.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种用于管路内部的异常检测方法及系统的具体方案。
18.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种用于管路内部的异常检测方法流程图，该方法包括以下步骤：步骤s100，获取管路内部的管路图像，对管路图像进行灰度化得到灰度图像。
19.由于在检测时不能打开管路内部，因此本发明实施例使用无损探测设备采集管路内部的图像，无损探测设备有超声波探测仪等仪器，且无损探测采集的图像是利用声波穿透性的特点，管路区域和腐蚀区域对于声波的穿透性不同，由此通过无损探测设备得到管路内部的管路图像。
20.进一步的，为便于后续分析，采用加权平均法将图像进行灰度化，得到管路图像对应的灰度图像。
21.步骤s200，获取灰度图像中每行的投影值，将所有行的投影值拟合出行曲线；对行曲线中任意相邻两点作差得到对应的差值序列，计算差值序列中所有元素的平均值作为阈值；基于阈值得到第一特征点和第二特征点。
22.本发明实施例中使用模板匹配的方法识别管路内部是否出现异常，具体表现为对无损图像、腐蚀图像、缺口图像以及待测的灰度图像分别使用相同的方法构建同样大小的格莱姆矩阵，通过格莱姆矩阵的相似程度判断管路内部出现异常。要使用图像的方法构建格莱姆矩阵，那么构建矩阵所提取的特征就一定要能够反应除管路内部的腐蚀情况，并且要与无腐蚀图像的特征做出区别。
23.一般采集得到的管路内部的灰度图像中间会有一道白色的涂层，其中管路内部没有损伤时，采集得到的图像中的白色涂层是一条笔直且具有宽度的线段，请参阅图2，其示出一种无损管路内部灰度图像示意图；当管路内部出现腐蚀或者缺口时分别对应不一样的缺陷，腐蚀缺陷的白色涂层区域会呈现出断裂的弧状，而缺口会出现白色涂层的残影，并且中间部分会变得更厚，基于不同缺陷的特征构建格莱姆矩阵。
24.求解格莱姆矩阵可以直接对任意两个像素点进行计算得到两点之间的关系，进而得到全图的关系之后组成序列，以得到图像的风格矩阵，也即是格莱姆矩阵；然而对全图所有像素点之间计算的方法使得处理结果较慢，因此本发明实施例中通过选取特征点来进行风格矩阵的构建。
25.首先，对灰度图像中每一行的所有像素点的灰度值求和然后平均得到每一行对应的投影值，获取灰度图像中所有行对应的投影值拟合得到一条曲线，该曲线的横坐标为不同的行，纵坐标为每一行对应的投影值。
26.然后，计算该曲线中任意相邻两点之间的差值，获取该曲线中所有相邻两点的差值得到差值序列；然后计算该差值序列中所有元素的平均值，将该平均值记为阈值，即阈值的获取为：其中，表示第行对应的投影值；表示第行对应的投影值；表示灰度图像中所有行的数量；表示阈值。
27.基于该阈值与灰度图像中每一行的投影值进行比较，得到了曲线中变化较大的行数，可以认为变化较大的部分就是黑色区域到白色涂层的行数，得到最早出现变化大于阈值的行数，和最晚出现变化大于阈值的行数，以这两行中灰度值最大的像素点作为特征点，由此就得到了第一特征点和第二特征点。
28.步骤s300，构建核窗口，将核窗口在灰度图像上滑动对灰度图像进行更新得到更新图像，基于更新图像得到第三特征点和第四特征点。
29.由于腐蚀状态下拍摄到的管路内部的灰度图像有较为明显的弧度，腐蚀程度越高，弧度越大，且该弧度一定是中间拱起，两边塌陷；因此本发明实施例中设定一个三角形状的核窗口，该核窗口有三行像素点，第一行为一个像素点，该位置也是待计算像素点所在的位置，第二行有三个像素点，第三行有五个像素点。
30.利用核窗口对灰度图像中所有像素点进行处理，计算每个像素点对应的核窗口区域内像素点的均值，以该均值来代替该像素点的位置以达到对该像素点的更新，灰度图像中所有像素点利用核窗口更新完成后得到对应的更新图像；计算更新图像中所有像素点的平均值作为图阈值，选取出所有大于该图阈值的像素点，从这些像素点中选取行数最小和行数最大的两行中的灰度值最大的像素点作为第三特征点和第四特征点。
31.步骤s400，基于第一特征点、第二特征点、第三特征点以及第四特征点计算灰度图像中每个像素点的特征值序列，根据灰度图像中每个像素点的特征值序列得到风格矩阵。
32.由步骤s200和步骤s300得到第一特征点、第二特征点、第三特征点和第四特征点，基于四个特征点计算灰度图像中每个像素点对应的特征值，特征值具体为：其中，表示像素点的灰度值；表示第v个特征点的灰度值；表示像素点与第v个特征点的距离。
33.以此类推，利用每个特征点进行计算得到每个像素点对应的四个特征值，将四个特征值依次排列得到每个像素点对应的特征序列为；这个特征序列就表示任意一个像素点和四个特征点之间的关系，由此就可以得到该图像对应的风格矩阵：
该风格矩阵就可以表示该灰度图像对应的风格值，该风格值根据不同的特征得到，如果出现腐蚀或者缺陷图像得到的矩阵可以较好的和正常矩阵进行区分；在矩阵中表示两个特征序列的点积。
34.步骤s500，获取无损图像对应的无损风格矩阵、腐蚀图像对应的腐蚀风格矩阵以及缺口图像对应的缺口风格矩阵，计算灰度图像的风格矩阵分别与无损风格矩阵、腐蚀风格矩阵以及缺口风格矩阵的风格差异，根据风格差异判断灰度图像是否存在异常。
35.基于步骤s400中获取灰度图像风格矩阵相同的方法，获取无损图像对应的无损风格矩阵、腐蚀图像对应的腐蚀风格矩阵以及缺口图像对应的缺口风格矩阵，分别记为，，。将灰度图像对应的风格矩阵与这三个风格矩阵之间分别进行风格差异计算，风格差异计算的方法为风格矩阵之间元素对应相减之后取平方再求和，平方和越小越相似。
36.由此得到灰度图像对应的风格矩阵与其他三个风格矩阵之间的风格差异，当风格差异值越小时，这两种图像的风格就越接近，就更有可能时同一类。因此计算出所有风格差异之后，选出风格差异最小时风格矩阵对应的图像的类别，根据图像的类别判断是否出现异常，并可以判断具体出现了什么异常。
37.综上所述，本发明实施例中通过获取管路内部的管路图像，对管路图像进行灰度化得到灰度图像；获取灰度图像中每行的投影值，将所有行的投影值拟合出行曲线；对行曲线中任意相邻两点作差得到对应的差值序列，计算差值序列中所有元素的平均值作为阈值；基于阈值得到第一特征点和第二特征点；构建核窗口，将核窗口在灰度图像上滑动对灰度图像进行更新得到更新图像，基于更新图像得到第三特征点和第四特征点；基于第一特征点、第二特征点、第三特征点以及第四特征点计算灰度图像中每个像素点的特征值序列，根据灰度图像中每个像素点的特征值序列得到风格矩阵；获取无损图像对应的无损风格矩阵、腐蚀图像对应的腐蚀风格矩阵以及缺口图像对应的缺口风格矩阵，计算灰度图像的风格矩阵分别与无损风格矩阵、腐蚀风格矩阵以及缺口风格矩阵的风格差异，根据风格差异判断灰度图像是否存在异常，提高了管路内部异常检测的效率并且保证了检测的准确性。
38.基于与上述方法实施例相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种用于管路内部的异常检测系统，该系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行所述计算机程序时实现上述一种用于管路内部的异常检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤。该一种用于管路内部的异常检测方法在上述实施例中已经详细说明，不再赘述。
39.需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
40.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
41.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之
内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。