Measuring the Shape of Sewer Pipes from Video

Abstract

Työssä käsitellään näkymän kolmiulotteisen rakenteen määrittämistä automaattisesti kuvasarjasta. Sovelluksena on viemäriputken muodon määrittäminen videokuvasta putken sisällä liikkuvaan robottiin asennetun kameran avulla. Kamerassa on kalansilmälinssi, jonka hyvin laaja kuvakulma mahdollistaa koko putken seinämän kuvaamisen yhden läpikulun aikana. Työn keskeiset osat ovat (1) kalansilmälinssin kalibrointi ja (2) putken muodon automaattinen rekonstruointi kalibroidulla kameralla kuvatusta kuvasarjasta.

Kalansilmälinssin kalibrointiin esitetään menetelmä, joka perustuu tasomaisen kalibrointikohteen käyttöön. Työssä esitellään yleinen matemaattiseen mallintamiseen pohjautuva kameramalli, joka soveltuu paitsi erityyppisille kalansilmälinsseille myös tavanomaisille linsseille. Menetelmä kameraparametrien määräämiseksi on monitasoinen, jotta vaikeahko optimointiongelma saadaan ratkaistua. Käyttäen kalibroinnissa kohdistusmerkkeinä ympyröitä saavutettiin sekä tavanomaisella että kalansilmäkameralla alle kymmenesosapikselin suuruinen projektiovirheen keskihajonta.

Putken muodon määrittäminen kuvasarjasta pohjautuu kuvissa näkyvien piirrepisteiden jäljittämiseen peräkkäisistä kuvista. Piirrepisteillä tarkoitetaan tässä pisteitä, jotka ovat paikannettavissa putken sisäpinnan tekstuurin epätasaisuuksista. Kuvasarjan yli muodostetut vastaavuudet piirrepisteiden välillä mahdollistavat kameran liikkeen ja pisteiden kolmiulotteisten koordinaattien yhtäaikaisen ratkaisemisen. Vastaavuuksien automaattisessa määrittämisessä hyödynnetään geometrisia rajoitteita, jotka määräytyvät kuvaparien ja -kolmikoiden välille fundamentaalimatriisin ja trifokaalitensorin perusteella. Työssä esitetään geometristen rajoitteiden käyttäminen pisteiden jäljityksessä tavalla, joka yleistyy erityyppisille kalibroiduille kameroille.

Viemärivideolla tehdyt kokeilut osoittavat, että kuvasarjasta jäljitetyt ja rekonstruoidut pisteet ovat putkimaisessa muodostelmassa, josta putken todellinen muoto on määritettävissä. Saavutettavissa olevan mittaustarkkuuden sekä menetelmän soveltuvuuden arviointi erilaisille putkimateriaaleille vaatii kuitenkin jatkotutkimusta. Pitkien kuvasarjojen rekonstruointi on nykyisellä toteutuksella työlästä ja siten menetelmän soveltaminen käytännön viemäritarkastuksissa edellyttää tuntuvaa jatkokehitystä.