[發明專利]一種基于連續幀圖像拼接的軌道長弦測量方法

在審

• 申請號: 201611155320.X
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106600592A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 王一軍;韋森;朱齊果;黃小雨
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術領域

本發明涉及一種基于連續幀圖像拼接的軌道長弦測量方法。

背景技術

隨著我國高速鐵路的快速發展，列車運行速度越來越快，這對軌道平順性的要求也不斷提高。然而，受到鐵路修建、地理環境以及列車運行等因素的影響，軌道的平順性并不能一直保持在預期的要求范圍內，這會嚴重影響列車的安全運行，因此，需對軌道平順性進行檢測，及時發現故障進行處理，保證列車的安全運行。

因此，確保軌道有良好的平順性是十分必要的，軌向的測量是軌道平順性檢測的一個重要指標。目前軌向測量的方法主要有常規法和弦測法，常規法測量中需要人為的拉一根長弦進行測量，這樣效率低且工作量大；弦測法目前應用最為廣泛的，通過軌檢儀測得一短弦的軌向不平順，再將所得值轉換成長弦的軌向不平順，即“以小推大”。這種測量方法在長弦的測量中，若短弦存在誤差，則在長弦的推算中這個誤差就會一直積累，在20m或更長的弦測量中，其誤差積累效果變得很明顯，測量偏差較大，不能滿足檢測要求。因此，一種高效、自動、智能的軌向平順性檢測方法成為必要。

發明內容

鑒于上述軌檢儀在長弦測量上存在的問題，本文提出了一種基于連續幀圖像拼接的軌道長弦測量方法，利用數字圖像處理和數字攝影測量技術分析相機拍攝的軌道圖片，很好的解決目前長弦測量的誤差累積問題，提高了長弦測量精度，高效、自動、智能的完成檢測任務。

本發明的技術方案主要通過如下步驟實現：

一種基于連續幀圖像拼接的軌道長弦測量方法，包括以下步驟：

步驟1，采集連續多幀拍攝的軌道近景影像，根據圖像拼接的精度和序列圖像的重疊度的關系，取圖像合適重疊度值，使圖像拼接對軌向的誤差影像最小，然后根據重疊度求出兩幅圖像之間的間隔，進而從原序列圖像中抽取出用于拼接的新的序列圖像；

步驟2，對所提取的新的序列圖像進行消除拍攝設備鏡頭畸變影響的矯正處理；

步驟3，對步驟2得到的矯正后的圖像再進行幾何矯正處理，以將傾斜視角圖像轉變為俯視角度圖像；

步驟4，將步驟3得到的俯視角度圖像進行圖像拼接，形成一幅鐵路軌道長圖；

步驟5，對步驟4所得到的鐵路軌道圖像使用邊緣檢測的方法，提取軌道圖像的邊緣圖像；

步驟6，對步驟5得到的邊緣圖像進行濾波處理，降低圖像中的噪聲干擾，消除橫向之間連接的邊緣，剔除像素個數小于設定閾值的邊緣線段，擬合出軌道內邊緣；

步驟7，利用步驟6所得到的軌道內邊緣圖像結合坐標解算，得到任意弦長的鐵路軌道軌向測量。

所述的方法，所述的步驟1中，連續多幀拍攝的軌道近景影像，是通過在軌道上設置相應攝像設備，并沿軌道移動進行動態拍攝所得到的。

所述的方法，所述的步驟1中，根據圖像拼接的精度和序列圖像的重疊度的關系，取圖像合適重疊度值的步驟包括：

根據圖像拼接的精度a和序列圖像的重疊度c的關系a＝f(c)，整個的拼接共有條接縫，其中L_a表示要拼接圖像的總長度，L_c為重疊區域長度，L為一幅圖像的長度；取每條接縫取處的誤差為X_i(i＝1,2,…,m)在(-a,a)內服從均勻分布，拼接圖像的整體誤差通過計算整體誤差的期望值E(Y)的最小值，確定最佳圖像重疊度值，其中a取0.2mm。

所述的方法，所述的步驟1中，根據重疊度求出兩幅圖像之間的間隔，是通過以下公式計算：

其中c為重疊度，L₀為用于拼接的兩幅圖像之間的間隔，L為拍攝到的軌道圖像的長度。

所述的方法，所述的步驟1中，從原序列圖像中抽取出用于拼接的新的序列圖像的步驟包括：

根據重疊度求出兩幅圖像之間的間隔L₀＝L-cL，每隔張圖像抽取一張作為新的圖像序列，其中N為原圖像序列總張數，c為重疊度，L為拍攝到的軌道圖像的長度，L_a表示要拼接圖像的總長度。

所述的方法，所述的步驟2中，進行消除拍攝設備鏡頭畸變影響的矯正處理包括以下步驟：

鏡頭徑向畸變表達式為：

其中(Δx,Δy)為徑向畸變差，(x，y)為畸變圖像中的點坐標，(x₀,y₀)為畸變中心坐標，k₁，k₂，k₃為畸變系數，r為畸變半徑，