管道作为一种重要的基础设施,常用于大批量、远距离输送,在人们的日常生产生活中发挥着不可替代的作用。然而,形式多变、种类繁多的管道问题会随着管道使用时间的增加不断出现,如果不能发现并解决这些问题就会埋下隐患。及时对管道的运行状态进行检测就成为管道正常使用的关键。获取管道信息、分析处理对于管道运维显得格外重要,并具有巨大的经济和社会价值。本文从管道缺陷检测的目的出发,围绕圆柱形管道的配准问题及曲面重建展开论述。主要研究内容包括:对管道缺陷检测及三维重建算法的国内外现状进行分析调研,指出将三维重建应用到管道检测的意义;对三维重建算法进行深入的分析研究,指出现有配准算法存在的缺陷,分析对规则几何模型具有几何稳定性的协方差采样方法,研究适应密度变化的泊松曲面重建方法;结合管道的几何特点,设计管道三维配准的算法,主要包括粗配准估计,粗配准优化及精确配准三个过程,在配准过程中提出基于协方差的对应点估计方法;对管道缺陷检测进行分析研究,提出点云数据的变尺度近邻搜索算法,解决细节保留与近邻搜索可靠性的矛盾;利用轮式移动机器人平台,搭载CCTV系统及激光测距仪进入管道内部进行数据采集,编程实现设计的算法并利用得到的数据进行实验。通过实验验证算法并对实验结果做出分析。通过实验验证,本文提出的三维配准算法可将圆柱形管道的轴向平移配准误差控制在3%左右,周向扭转配准误差控制在3°左右;得到的缺陷有3%左右的位置和尺寸误差。本文设计的算法可以有效的进行管道的三维重建及缺陷检测。