【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及人工智能在產業具體應用，具體為從一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統。
技術介紹
1、船舶作為主要的海上交通工具，是全球物流運輸、國防建設以及海洋開發的重要組成部分。由于船舶長期暴露在海洋環境中，船體在使用過程中經常受到腐蝕、摩擦、碰撞等外界因素的影響，極易產生諸如裂縫、孔洞、磨損、凹陷等結構性缺陷。這些缺陷如果不能及時發現和修復，可能會導致嚴重的安全隱患，甚至威脅船員的生命安全，并引發重大的經濟損失。因此，船體缺陷的早期檢測和維護是保障船舶安全運營的關鍵。
2、傳統船體檢測方法的局限性。目前，船體缺陷檢測主要依賴人工檢查結合儀器的方式，例如使用超聲波探傷儀、磁粉探傷儀、渦流檢測儀等。這些方法雖然可以有效檢測出部分缺陷，但存在以下局限性：
3、人工操作依賴性強：傳統方法大多需要檢測人員在特定位置對船體進行逐一檢查。由于船舶結構復雜、船體面積巨大，人工檢測的效率較低，且易受人為因素影響，容易發生漏檢和誤判。
4、耗時且成本高：大型船舶的檢測通常需要停靠或干船塢操作，這不僅耗費大量時間，還帶來高昂的停航成本和檢測費用。
5、檢測范圍有限：傳統檢測方法對表面細小缺陷(如微小裂縫、孔洞等)的檢測靈敏度較低，特別是對復雜曲面和內部結構的缺陷難以精確識別。
6、實時性差：由于傳統檢測依賴人工檢測或儀器探測，無法實現對船體缺陷的實時監測，缺陷可能在短時間內迅速惡化，而無法及時發現并處理。
7、機器視覺技術的廣泛應用以及在船舶海洋裝備中引入應用。近年來，隨著計算
8、高效率與自動化：機器視覺系統能夠實現對船體的全自動、全天候實時監控，避免了傳統檢測方式中的人工依賴和人為誤差。
9、高精度與高覆蓋率：基于圖像處理和深度學習技術，機器視覺可以檢測到微米級別的細小缺陷，且覆蓋船體的全方位區域，包括難以觸及的復雜結構和曲面。
10、實時監控與報警：機器視覺系統可以實時監控船體的狀態，并在檢測到缺陷時自動觸發報警，通知相關人員進行及時修復，極大降低了船體缺陷導致的安全隱患。
11、可擴展性：機器視覺系統可以結合其他傳感器(如激光掃描儀、紅外熱成像等)，進一步提升檢測的精準度，并實現對船體內外部缺陷的綜合分析。
12、雖然已有部分研究和應用將機器視覺引入船體缺陷檢測中，但現有技術仍存在以下挑戰和問題：(1)三維重構精度問題，目前的部分系統依賴于二維圖像進行缺陷檢測，缺乏對船體三維結構的精確建模，導致在復雜曲面上缺陷定位的準確性不高。如何基于雙目視覺技術實現船體三維結構的高精度重構是亟待解決的問題。(2)點云匹配精度與速度問題，三維點云的生成和匹配是基于機器視覺的關鍵步驟。現有方法在大規模點云數據的處理上，匹配精度和速度仍然無法滿足實際應用需求，特別是實時檢測和大面積檢測任務中，如何有效提升點云匹配的精度和效率成為難點。(3)缺陷檢測的魯棒性與誤報率問題：現有的缺陷檢測系統在復雜海洋環境中(如光照、潮濕、鹽分腐蝕等影響下)容易產生檢測誤差，存在誤報或漏報的情況，系統的魯棒性和準確性亟需提高。(4)系統集成與智能化不足：現有的機器視覺檢測系統大多功能單一，難以實現多模態數據融合、智能化分析和預警，無法滿足復雜船舶結構的全方位、多類型缺陷檢測需求。
13、為此，我們設計一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統。本專利技術基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，要求通過該專利技術可以減少人員成本的投入、指定檢驗內容全方位覆蓋、模型分類精度98％以上、檢驗過程全自動高效完成、高檢出率、低誤報率。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，該船體缺陷檢測系統包括有zed雙目相機、orb-slam框架、點云匹配模塊、缺陷檢測模塊、目標識別模塊和自動缺陷分類系統，其中：
4、zed雙目相機：用于獲取船體實時的立體圖像數據，并通過深度信息生成船體的三維點云；
5、orb-slam框架：用于通過視覺里程計算法進行船體的結構三維重構，實現精確的空間定位和重構模型；
6、點云匹配模塊：用于通過sac-ia粗匹配算法進行初步對齊，并采用icp精細匹配算法對源點云與目標點云進行高精度配準；
7、缺陷檢測模塊：通過設定距離閾值對比源點云和目標點云間的差異，識別和定位船體表面的缺陷區域；
8、目標識別模塊：采用基于深度學習的fasterrcnn網絡對檢測到的缺陷進行分類和精確定位；
9、自動缺陷分類系統(adcs)：將識別出的缺陷信息上傳至系統監控預警平臺，生成報警信號并提供實時反饋。
10、作為本專利技術優選的技術方案，所述的sac-ia粗匹配算法通過對點云進行隨機采樣一致性初始化，并基于以下優化模型來實現點云的粗匹配：
11、
12、其中，r為旋轉矩陣，t為平移向量，pi為源點云中的點，qi為目標點云中的對應點，esac-ia為誤差函數，粗匹配通過減少誤差來優化點云的初始對齊。
13、作為本專利技術優選的技術方案，所述的icp精細匹配算法用于對粗匹配后的點云進行進一步優化，通過最小化源點云和目標點云之間的均方誤差進行配準，優化過程基于以下公式：
14、
15、其中，m為精細匹配中選擇的點對數量，pi為源點云中的點，qi為目標點云中的相應點，r為旋轉矩陣，t為平移向量，通過多次迭代計算最小化均方誤差，實現精確的點云配準。
16、作為本專利技術優選的技術方案，缺陷檢測模塊通過三維點云的幾何形態進行檢測，檢測過程中設定的距離閾值δ用于識別明顯偏離正常船體表面的點，基于以下公式進行缺陷判斷：
17、d＝∥pi-qi∥
18、其中，d為源點云和目標點云之間的歐幾里得距離，當d>δ時，認為該點存在潛在的缺陷。
19、作為本專利技術優選的技術方案，所述的目標識別模塊采用深度學習網絡fasterrcnn，其中：
20、區域提案網絡(rpn)生成多個候選的感興趣區域(roi)，這些區域可能包含缺陷；
21、使用卷積神經網絡對提取到的感興趣區域進行特征提取，網絡通過多次卷積操作提取缺陷區域的深度特征；
22、最后通過全連接層對提取的特征進行分類和邊界框回歸，輸出缺陷的類別(如裂縫、孔洞、磨損等)及其具體位置坐標。
23、作為本專利技術優選的技術方案，系統支持多種點云文件格式的轉換，包括obj、stl、ply和pcd格式，以便于本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，該船體缺陷檢測系統包括有ZED雙目相機、ORB-SLAM框架、點云匹配模塊、缺陷檢測模塊、目標識別模塊和自動缺陷分類系統，其中：
2.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的SAC-IA粗匹配算法通過對點云進行隨機采樣一致性初始化，并基于以下優化模型來實現點云的粗匹配：
3.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的ICP精細匹配算法用于對粗匹配后的點云進行進一步優化，通過最小化源點云和目標點云之間的均方誤差進行配準，優化過程基于以下公式：
4.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述缺陷檢測模塊通過三維點云的幾何形態進行檢測，檢測過程中設定的距離閾值δ用于識別明顯偏離正常船體表面的點，基于以下公式進行缺陷判斷：
5.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的目標識別模塊采用深度學習網絡FasterRCNN，其中：
6.根據權利要求1所述的一
7.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，系統使用Kdtree數據結構來加速三維點云中最近鄰的搜索，通過快速近鄰搜索算法在匹配過程中找到源點云與目標點云的最近鄰點，減少計算時間。
8.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的自動缺陷分類系統根據不同類型的船體缺陷自動生成分類模型庫，定期更新并優化這些模型，以應對不同船體材料、船型及環境下的多種缺陷檢測需求。
9.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，系統支持定時檢測與手動觸發檢測模式，用戶根據需要設定系統定時啟動檢測流程，并通過船舶視頻網絡實時監控圖像數據，定時檢測模式在無人干預的情況下自動進行周期性檢測，手動模式則可以由操作員隨時啟動。
10.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，系統基于檢測結果自動生成缺陷檢測報告，報告包括以下內容：
...【技術特征摘要】
1.一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，該船體缺陷檢測系統包括有zed雙目相機、orb-slam框架、點云匹配模塊、缺陷檢測模塊、目標識別模塊和自動缺陷分類系統，其中：
2.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的sac-ia粗匹配算法通過對點云進行隨機采樣一致性初始化，并基于以下優化模型來實現點云的粗匹配：
3.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的icp精細匹配算法用于對粗匹配后的點云進行進一步優化，通過最小化源點云和目標點云之間的均方誤差進行配準，優化過程基于以下公式：
4.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述缺陷檢測模塊通過三維點云的幾何形態進行檢測，檢測過程中設定的距離閾值δ用于識別明顯偏離正常船體表面的點，基于以下公式進行缺陷判斷：
5.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系統，其特征在于，所述的目標識別模塊采用深度學習網絡fasterrcnn，其中：
6.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的船體缺陷檢測系...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張帥，耿建寧，張啟明，姚帥，胡春洋，于海濤，曹順利，王鴻顯，胡杰，逯佳俊，
申請(專利權)人：中船航海科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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