[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺火車導(dǎo)軌輪廓測量中輪廓配準(zhǔn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410588757.7
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104296682A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余學(xué)才;程小龍;張行至;余瑞華
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

1.一種基于機(jī)器視覺火車導(dǎo)軌輪廓測量中輪廓配準(zhǔn)方法，其特征在于，輪廓測量包括以下步驟：S1，采集鋼軌圖像；S2，將采集到的鋼軌圖像傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到鋼軌斷面的單像素曲線；S3，對單像素曲線進(jìn)行標(biāo)定還原，得到實(shí)際輪廓線；S4，進(jìn)行輪廓配準(zhǔn)；?

所述的步驟S4中的輪廓配準(zhǔn)包括以下子步驟：?

S41：以導(dǎo)軌非工作邊的最末端點(diǎn)作為輪廓線的定標(biāo)點(diǎn)，即原點(diǎn)，建立笛卡爾坐標(biāo)系，將導(dǎo)軌的實(shí)際輪廓線和標(biāo)準(zhǔn)輪廓線統(tǒng)一到笛卡爾坐標(biāo)系中，分別取兩條輪廓線的漸近線，并利用兩輪廓線的漸近線取得兩者之間的夾角θ；?

S42：用旋轉(zhuǎn)因子R(θ)對實(shí)際輪廓線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得兩條輪廓線的漸近線相互平行，得到旋轉(zhuǎn)后的實(shí)際輪廓線；?

S43：將旋轉(zhuǎn)后的實(shí)際輪廓線進(jìn)行平移，使該實(shí)際輪廓線端點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)輪廓線的端點(diǎn)重合，完成輪廓線的配準(zhǔn)，此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)輪廓線和配準(zhǔn)后的實(shí)際輪廓線相對位置已經(jīng)確定。?

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪廓配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的步驟S1中采集鋼軌圖像的方法為：通過激光光切法獲取鋼軌斷面輪廓曲線，并采用CCD相機(jī)采集激光圖像，CCD相機(jī)采集的是斷面輪廓的散射光，該輪廓的散射光是二維圖像模型。?

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪廓配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟S3中的標(biāo)定還原是指對于采集到的二維圖像模型，通過計(jì)算來還原實(shí)際的三維空間上圖像的信息，通過幾何模型來重構(gòu)二維圖像和三維實(shí)物之間的對應(yīng)關(guān)系的過程。?

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輪廓配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的步驟S3具體包括以下子步驟：?

S31：通過相機(jī)成像和圖像畸變的變化，設(shè)其隱參數(shù)關(guān)系式為：?

其中，設(shè)P(x,y)表示的是世界坐標(biāo)系，P(u,v)表示的是像方空間坐標(biāo)系，參數(shù)a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l是待定系數(shù)，標(biāo)定的目的就是要通過固定的世界坐標(biāo)系和像方空間坐標(biāo)的關(guān)系來求出隱形的待定參數(shù)，然后在實(shí)際應(yīng)用中通過隱形的參數(shù)和像方坐標(biāo)點(diǎn)來得到對應(yīng)的世界坐標(biāo)系上物方坐標(biāo)點(diǎn)；?

S32：為了消除個(gè)別點(diǎn)對結(jié)果的影響，采用最小二乘法來求取待定參數(shù)：通過求取最小誤差的平方和來求取函數(shù)參數(shù)的最佳匹配，采用20組對應(yīng)的坐標(biāo)來求取隱形參數(shù)；?

S33：采用半自動(dòng)化定標(biāo)的方法，通過預(yù)先設(shè)定定標(biāo)板上的點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，即物方坐標(biāo)，?通過圖像處理的方法來采集像方平面上對應(yīng)的像方坐標(biāo)值，將式(1)分離成矩陣的形式：?

B＝[x₁?x₂....x₂₀?y₁?y₂.....y₂₀]^T??????????????????(3)?

C＝[a?b?c?d?e?f?g?h?i?j?k?l]^T??????????????????(4)?

C＝A^-1B??????????????????????????(5)?

其中，式(2)為物方坐標(biāo)系矩陣，式(3)為對應(yīng)的像方坐標(biāo)點(diǎn)矩陣，式(4)為系數(shù)矩陣，通過式(5)求解出系數(shù)矩陣共12個(gè)參數(shù)；?

S34：在測量系統(tǒng)中，將式(5)進(jìn)行變換成：?

A＝BC^-1???????????????????????????(6)?

測試系數(shù)矩陣C為已知，再通過圖像中點(diǎn)的坐標(biāo)B矩陣來反求出對應(yīng)的物方坐標(biāo)，也就是鋼軌輪廓斷面的實(shí)際輪廓線；?

S35：在圖像標(biāo)定還原的過程中，由于采集的圖像會(huì)出現(xiàn)幾何變形，所以需要對得到的圖像進(jìn)行幾何變換，幾何變換是將圖像中的像素映射到另一個(gè)圖像中，包括水平方向的映射和垂直方向的映射，幾何變換包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：像素坐標(biāo)變換和亮度插值：?

S351：像素坐標(biāo)變換是輸出圖像和輸入圖像之間的映射，圖像平面(x,y)經(jīng)過幾何變換到圖像平面(X,Y)是向所變換的關(guān)系式為：?

這樣，通過變換的系數(shù)a_rk和b_rk就可以確定幾何變換的關(guān)系，幾何變換進(jìn)行圖像處理時(shí)可能會(huì)改變整個(gè)坐標(biāo)系，通過雅克比系數(shù)來確定坐標(biāo)系變換的信息：?

當(dāng)J＝0時(shí)，變換是不可逆的，當(dāng)J＝1，表示在進(jìn)行變換時(shí)圖像面積具有不變性，在測量系統(tǒng)采集圖像時(shí)，最易發(fā)生的圖像幾何變形就是圖像的旋轉(zhuǎn)，在圖像的幾何變換中，旋轉(zhuǎn)R是最常用的一種變換，變換關(guān)系如式(9)：?

所以，只要得到旋轉(zhuǎn)的角度θ，就能通過式(9)將圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換；?

S352：亮度插值的目的是確定經(jīng)過變換后的像素點(diǎn)的灰度值，變換后得到的新的圖像點(diǎn)可能是一個(gè)非整數(shù)的坐標(biāo)，需要對圖像的像素值進(jìn)行處理得到這一點(diǎn)的灰度，它對幾何變換后圖像的質(zhì)量有直接的影響，插值的方法包括最近鄰、線性、雙三次三種。?