Single-pass inline pipeline 3D reconstruction using depth camera array

A novel inline inspection (ILI) approach using depth cameras array (DCA) is introduced to create high-fidelity, dense 3D pipeline models. A new camera calibration method is introduced to register the color and the depth information of the cameras into a unified pipe model. By incorporating the calibration outcomes into a robust camera motion estimation approach, dense and complete 3D pipe surface reconstruction is achieved by using only the inline image data collected by a self-powered ILI rover in a single pass through a straight pipeline. The outcomes of the laboratory experiments demonstrate one-millimeter geometrical accuracy and 0.1-pixel photometric accuracy. In the reconstructed model of a longer pipeline, the proposed method generates the dense 3D surface reconstruction model at the millimeter level accuracy with less than 0.5% distance error. The achieved performance highlights its potential as a useful tool for efficient in-line, non-destructive evaluation of pipeline assets

Robot Localization in Tunnel-like Environments.

Los entornos confinados como tuberías, túneles o minas constituyen infraestructuras clave para el desarrollo de las economías de los diferentes países. La existencia de estas infraestructuras conlleva la necesidad de llevar a cabo una serie de tareas de mantenimiento mediante inspecciones regulares para asegurar la integridad estructural de las mismas. Así mismo, existen otras tareas que se tienen que realizar en estos entornos como pueden ser misiones de rescate en caso de accidentes e incluso las propias tareas derivadas de la construcción de los mismos. La duras condiciones de este tipo de entornos, ausencia de luz, polvo, presencia de fluidos e incluso de sustancias tóxicas, hace que la ejecución de las mismas suponga un trabajo tedioso e incluso peligroso para las personas. Todo esto, unido a los continuos avances en las tecnologías robóticas, hacen que los robots sean los dispositivos más adecuados para la realización de estas tareas.Para que un robot pueda desempeñar su cometido de manera autónoma, es fundamental que pueda localizarse de manera precisa, no sólo para poder decidir las acciones a llevar a cabo sino también para poder ubicar de manera inequívoca los posibles daños que se puedan detectar durante las labores de inspección. El problema de la localización ha sido ampliamente estudiado en el mundo de la robótica, existiendo multitud de soluciones tanto para interiores como para exteriores mediante el uso de diferentes sensores y tecnologías. Sin embargo, los entornos tipo túnel presentan una serie de características específicas que hacen que la tarea de localización se convierta en todo un reto. La ausencia de iluminación y de características distinguibles tanto visuales como estructurales, hacen que los métodos tradicionales de localización basados en sensores láser y cámaras no funcionen correctamente. Además, al tratarse de entornos confinados, no es posible utilizar sensores típicos de exteriores como es el caso del GPS. La presencia de fluidos e incluso de superficies irregulares hacen poco fiables los métodos basados en odometría utilizando encoders en las ruedas del robot.Por otra parte, estos entornos presentan un comportamiento peculiar en lo que a la propagación de la señal de radiofrecuencia se refiere. Por un lado, a determinadas frecuencias, se comportan como guías de onda extendiendo el alcance de la comunicación, pero por otro, la señal radio sufre fuertes desvanecimientos o fadings. Trabajos previos han demostrado que es posible obtener fadings periódicos bajo una configuración determinada.Partiendo de estos estudios, en esta tesis se aborda el problema de la localización en tuberías y túneles reaprovechando esta naturaleza periódica de la señal radio. Inicialmente, se propone un método de localización para tuberías metálicas basado en técnicas probabilísticas, utilizando el modelo de propagación de la señal como un mapa de radiofrecuencia. Posteriormente, se aborda la localización en túneles siguiendo una estrategia similar de reaprovechar la naturaleza periódica de la señal y se presenta un método de localización discreta. Yendo un paso más allá, y con el objetivo de mejorar la localización a lo largo del túnel incluyendo otras fuentes de información, se desarrolla un método inspirado en el paradigma del graph-SLAM donde se incorporan los resultados obtenidos de la detección de características discretas proporcionadas por el propio túnel.Para ello, se implementa un sistema de detección que proporciona la posición absoluta de características relevantes de la señal periódica radio. Del mismo modo, se desarrolla un método de detección de características estructurales del túnel (galerías) que devuelve la posición conocida de las mismas. Todos estos resultados se incorporan al grafo como fuentes de información.Los métodos de localización desarrollados a lo largo de la tesis han sido validados con datos recolectados durante experimentos llevados a cabo con plataformas robóticas en escenarios reales: la tubería de Santa Ana en Castillonroy y el túnel ferroviario de Somport.<br /

Ultrasonic thickness structural health monitoring of steel pipe for internal corrosion

The naphthenic acid corrosion that can occur in oil refinery process plants at high temperature (400ÃÂðC) due to the corrosive nature of certain crude oils during the refining process can be difficult to predict. Therefore, the development of online ultrasonic thickness (UT) structural health monitoring (SHM) technology for high temperature internal pitting corrosion of steel pipe is of interest. A sensor produced by the sol-gel ceramic fabrication process has the potential to be deployed to monitor such pitting corrosion, and to help investigate the mechanisms causing such corrosion. This thick-film transducer is first characterized using an electric circuit model. The propagating elastic waves generated by the transducer are then experimentally characterized using the dynamic photoelastic visualization method and images of the wave-field are compared with semi-analytical modeling results. Next, the classic elastic wave scattering theory for an embedded spherical cavity is reviewed, results are compared with a newer scattering theory from the seismology community, that has been applied to a hemispherical pit geometry. This hemispherical pit theory is extended so as to describe ultrasonic Non-Destructive Evaluation (NDE) applications, for pitting corrosion, with the derivation of a far-field scattering amplitude term. Data from this new scattering theory is compared with experimental results by applying principals from the Thompson-Gray measurement model. The initial model validation provides the basis for a possible new hemispherical pit geometric reference standard for ultrasonic NDE corrosion applications. Next, UT SHM measurement accuracy, precision, and reliability are described with a new weighted censored relative likelihood methodology to consider the propagation of asymmetric uncertainty in quantifying thickness measurement error. This new statistical method is experimentally demonstrated and applied to thickness measurement data obtained in pulse-echo and pitch-catch configurations for various time-of-flight thickness calculation methods. Finally, the plastic behavior of a corroded steel pipe is modeled with analytical and finite element methods to generate prognosis information

Effiziente Schätzung dichter Bewegungsvektorfelder unter Berücksichtigung der Epipolargeometrie zwischen unterschiedlichen Ansichten einer Szene

In der vorliegenden Arbeit wird ein effizientes Verfahren zur Schätzung dichter Bewegungsvektorfelder zwischen unterschiedlichen Ansichten einer Szene vorgestellt. Das Verfahren kombiniert geometrische Bedingungen zwischen zwei Ansichten einer statischen Szene mit einem Modell zur Beschreibung der Bewegung in der Bildebene. Die anschließende Schätzung erfolgt mit Hilfe einer Maximum-a-Posteriori-Methode und liefert zuverlässige Ergebnisse, was anhand realer Bildsequenzen demonstriert wird