[發(fā)明專利]一種包含深度信息的動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510937856.6
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN106940884B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓濤;王洪志;張亨;李俠;李建國;崔朝輝;高建齡
• 申請（專利權(quán)）人: 北京康拓紅外技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/521;G06T7/593
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種包含深度信息的動車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括底部線陣相機(jī)、側(cè)部線陣相機(jī)、結(jié)構(gòu)光3D模塊、車號相機(jī)、車號接收裝置、車輪傳感器構(gòu)成的軌邊設(shè)備以及機(jī)房設(shè)備；

所述底部線陣相機(jī)、側(cè)部線陣相機(jī)與結(jié)構(gòu)光3D模塊位于軌道上同一豎直平面位置；其中，底部線陣相機(jī)至少為3臺，設(shè)置于兩相鄰枕木間的路渣上，分別拍攝動車組底部中部及左右3個區(qū)域的可視圖像信息，并發(fā)送至機(jī)房設(shè)備中的信息采集裝置；底部線陣相機(jī)中至少1臺位于兩條鐵軌之間，兩條鐵軌外側(cè)各設(shè)置至少一臺；側(cè)部線陣相機(jī)至少為2臺，分別安裝軌道兩側(cè)，用來獲取動車組左側(cè)面與右側(cè)面的可視圖像信息，并發(fā)送至機(jī)房設(shè)備中的信息采集裝置；信息采集裝置將接受到的可視圖像信息發(fā)送至顯示設(shè)備中進(jìn)行顯示，還發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；所述車號相機(jī)安裝在軌道一側(cè)相機(jī)上方拍攝動車組的車號圖像，采用車號識別技術(shù)，自動識別動車組車號和端位信息，由信息采集裝置發(fā)送至顯示設(shè)備中進(jìn)行顯示，并發(fā)送至機(jī)房設(shè)備中的信息采集裝置；

所述結(jié)構(gòu)光3D模塊至少為3個，分別用于采集動車組底部與兩側(cè)面的深度信息；其中，至少1個安裝在兩相鄰枕木間的路渣上，軌道兩側(cè)各安裝至少1個；

由此，通過結(jié)構(gòu)光3D模塊連續(xù)獲取列車底部與兩側(cè)面的深度信息，并發(fā)送至機(jī)房設(shè)備中的信息采集裝置，由信息采集裝置發(fā)送至顯示設(shè)備中進(jìn)行顯示，并發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；信息采集裝置還將接收到的可視 圖像信息、車號信息與深度信息發(fā)送至機(jī)房設(shè)備中的圖像處理裝置中，由圖像處理裝置利用機(jī)房設(shè)備中的圖像識別裝置和圖像識別技術(shù)，對將可視 圖像信息與深度信息合成4維坐標(biāo)，進(jìn)行拼接后即可實現(xiàn)整個車體的三維深度成像，并發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲，且發(fā)送至顯示設(shè)備中進(jìn)行顯示；進(jìn)而實現(xiàn)故障自動檢測和異常分級報警；同時圖像處理裝置還根據(jù)車號信息實現(xiàn)車號與動車組自動索引，建立動車組部件圖像與車號的對應(yīng)關(guān)系，并將車號信息及對應(yīng)的故障檢測結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；

所述車輪傳感器實現(xiàn)接車、測速、計軸計輛、拍攝圖像定位；

上述結(jié)構(gòu)光3D模塊包括外殼、連接支架、攝像機(jī)與線性激光器；其中，連接支架采用L型結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)攝像機(jī)與線性激光器間的連接；連接支架一側(cè)邊固定安裝激光器支架，線性激光器安裝在激光器支架上；連接支架另一側(cè)邊通過轉(zhuǎn)軸軸接攝像機(jī)支架，攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)支架上；上述攝像機(jī)的鏡頭軸線與線性激光器的投影光軸共面A，且攝像機(jī)支架可轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實現(xiàn)攝像機(jī)鏡頭軸線與線性激光器的投影光軸間夾角的調(diào)節(jié)；上述激光器支架固定安裝在外殼內(nèi)，通過外殼實現(xiàn)攝像機(jī)與線性激光器的封裝；且在線性激光器的鏡頭朝向一側(cè)，位于線性激光器鏡頭對應(yīng)位置處開有開口，并通過透明玻璃密封；在攝像機(jī)鏡頭對應(yīng)位置處開有開口，同樣通過透明玻璃密封；上述結(jié)構(gòu)光3D模塊，可采用不同波段的激光器，且可采用攝像機(jī)及濾光片組合的方式；

通過上述結(jié)構(gòu)光3D模塊，由下述方法即可實現(xiàn)對車體底面與兩側(cè)的深度信息的獲取，具體如下：

步驟1：通過線性激光器向車體表面投影結(jié)構(gòu)光；

步驟2：根據(jù)車體的大小，以及攝像機(jī)需求的拍攝范圍和拍攝精度，調(diào)節(jié)攝像機(jī)的鏡頭與線性激光器的投影光軸間的夾角，使攝像機(jī)可獲取結(jié)構(gòu)光與車體表面相交的激光線；若車體表面無高低變化，則激光線為一條直線；反之，若車體表面存在高低變化，則激光線為曲線；

步驟3：標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)和結(jié)構(gòu)光平面；

設(shè)線結(jié)構(gòu)光平面上任意一點(diǎn)P在攝像機(jī)的投影平面x_uO_uy_u上的投影點(diǎn)為p，點(diǎn)p在圖像坐標(biāo)系O_u(x_u，y_u)下的齊次坐標(biāo)為點(diǎn)p在攝像機(jī)坐標(biāo)系O_c(x_c，y_c、z_c)下的齊次坐標(biāo)為P_c＝(x_c,y_c,z_c,1)^T，點(diǎn)p在世界坐標(biāo)系O_w(x_w，y_w，z_w)下的齊次坐標(biāo)為P_w＝(x_w,y_w,z_w,1)^T；

由此，根據(jù)攝像機(jī)成像模型可得：

式(1)中，ρ為比例系數(shù)，A為攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，R，t分別為世界坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣與平移矢量，M為攝像機(jī)投影矩陣；

P點(diǎn)同時還滿足所在結(jié)構(gòu)光平面的平面方程，設(shè)結(jié)構(gòu)光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系O_c(x_c，y_c、z_c)下滿足方程：

ax_c+by_c+cz_c+d＝0 (2)

式(2)中a，b，c，d分別表示結(jié)構(gòu)光平面的平面方程的四個系數(shù)；

聯(lián)立式(1)、式(2)可得：

在世界坐標(biāo)系O_w(x_w，y_w，z_w)中，由攝像機(jī)成像模型確定射線O_cp的方程，由式(2)確定結(jié)構(gòu)光平面的平面方程，由此，由O_cp和結(jié)構(gòu)光平面的交點(diǎn)可以唯一確定點(diǎn)P在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；

步驟4：調(diào)整線性激光器的亮度與攝像機(jī)的曝光時間，避免激光線成像過曝，使得激光線能在測量范圍內(nèi)清晰成像；由此在二值化圖像時，攝像機(jī)能夠穩(wěn)定的提取出激光線輪廓；

步驟5：通過攝像機(jī)拍攝激光線，獲取包含激光線的圖像；

步驟6：對步驟5獲取的圖像進(jìn)行二值化，提取激光線輪廓；

步驟7：由于激光線具有一定寬度，通過圖像處理定位激光線輪廓的中心線位置，并得到激光線的中心線上各點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)；

步驟8：將步驟7中激光線的中心線上各點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)帶入步驟3中式，計算得到激光線的中心線上各點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)(x′，y′，z′),其中z′為深度信息。