[發明專利]基于相機和可控頻閃光源的限界檢測測距方法及系統

有效

• 申請號: 201710158503.5
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106970024B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 魯寨軍;梁習鋒;李鵬;劉應龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/84;H04N5/232;H04N5/235;H04N5/247
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發明公開了一種基于相機和可控頻閃光源的限界檢測測距方法及系統，在列車行駛狀態下，調節CMOS相機幀頻和頻閃光源的閃光頻率，使可控頻閃光源在CMOS相機曝光周期同一幀內進行多次頻閃，使小于CMOS相機視場三分之一的被測物在CMOS相機同一幀圖像中周期成像；對周期成像圖像進行傅里葉變換，在幅度譜曲線中的特定頻率處幅值達到最大，該最大值所對應的頻率為頻閃周期內被測物重復成像之間的像素數量，將頻閃周期內被測物重復成像之間的像素數量與相機每個像素長度相乘，得重復圖像之間的間距；根據相機成像原理計算得到被測物距離，該測距方法測量精度和準確性高、適合于鐵路高速在線檢測。

技術領域

本發明涉及鐵路限界檢測技術領域，具體涉及一種基于CMOS面陣相機和可控頻閃光源的限界檢測測距方法及系統。

背景技術

鐵路限界檢測一直備受鐵路相關部門高度重視，對鐵路運輸安全與運輸效率的提高起著至關重要的作用。目前限界檢測的測試手段主要包括接觸式限界檢測與非接觸式限界檢測。

限界檢測的早期，國內外限界檢測測距系統普遍采用接觸式，主要有機械觸手式的和檢測架樣式的。這兩種方法都是通過在檢測車上面安裝一個框架，運行中，通過記錄框架與周圍物體接觸實現限界檢測，檢測速度很低，嚴重影響鐵路正常運營。

非接觸式限界檢測最簡單的測試方法是利用電磁測距來測量距離，用經緯儀來測量角度。而這種檢測方法需要現場采集較高密度測點，耗費人力時間。

激光測距是基于光學的非接觸式檢測技術中應用最為廣泛的測量方法之一，可分為脈沖測距、連續波相位差測距和干涉法激光測距。雷達和超聲測距技術與激光脈沖式測距在原理上比較相似，是利用超聲波或電磁波在空氣中的傳播速度為已知，測量該波在發射后遇到目標物反射回來的時間，計算得到相對距離。這些方法的核心是對返回光強度的識別，限界檢測過程中，相機數據相對跳變大、靈敏度太低，不能達到測距的準確性和精度的要求。

常用的機器視覺測距主要是由多幅圖像(一般兩幅)獲取物體三維幾何信息的方法，在計算機視覺系統中，用雙攝像機，從不同角度同時獲取周圍景物的兩幅數字圖像，由計算機重建周圍景物的三維形狀與位置。基于同名點匹配的通用立體視覺檢測技術算法復雜、匹配困難、幀率有限和數據計算量巨大，在低速、檢測對象固定的情況下可以得到較好結果，但難以滿足高速和環境多變的要求。三角測距限界檢測方法具有較高檢測精度和較密的周向采樣點及較高的縱向采樣頻率的優點，但是限界檢測速度較快，縱向和橫向測點較多，數據量較大，液晶板各單元的開關速度無法滿足要求，導致難以實現高速在線檢測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種適合于鐵路高速在線檢測、測量精度高和準確性好的基于相機和可控頻閃光源的限界檢測測距方法及系統。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種基于相機和可控頻閃光源的限界檢測測距方法，包括以下步驟：

S1：在列車行駛狀態下，調節CMOS面陣相機幀頻和可控頻閃光源的閃光頻率，使可控頻閃光源在CMOS面陣相機曝光周期同一幀內進行多次頻閃，并將該幀時長對應的列車運動視為勻速，進而使小于CMOS面陣相機視場三分之一的被測物在CMOS面陣相機同一幀圖像中周期成像；

S2：基于被測物在光源照射下亮度較大且周期成像，對周期成像圖像進行傅里葉變換，在幅度譜曲線中的特定頻率處幅值達到最大，該最大值點所對應的頻率即為頻閃周期內被測物重復成像之間的像素數量，將頻閃周期內被測物重復成像之間的像素數量與CMOS面陣相機像素長度相乘，即得一幀圖像中同一物體重復圖像之間的間距d；

S3：根據相機成像原理計算得到被測物距離，計算公式如下：