[發明專利]一種道砟顆粒三維廓形的檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201710338543.8
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107169981A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 王平;王源;林渝軻;鐘瑞;劉浩;熊震威;張華;劉淦中;肖杰靈;徐井芒
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/60;G06T7/64
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 畢翔宇

本發明提供了一種道砟顆粒三維廓形的檢測方法及裝置，包括：獲取道砟顆粒在多個旋轉角度下的多張二維圖像；根據二維圖像中道砟顆粒的色彩明度特征，提取每一張二維圖像中道砟顆粒的二維廓形邊界圖像；根據預設角度采樣點以及預設三維廓形邊界半徑，構建用于描述道砟顆粒的三維廓形表面點的球坐標系；根據球坐標系中任意一個點在多個旋轉角度下投射到二維平面上的二維投影點與二維廓形邊界圖像的位置關系以及設定調整次數，對預設三維廓形邊界半徑進行調整處理，確定道砟顆粒的三維廓形邊界半徑；每一個經緯度以及與每一組經緯度匹配的三維廓形邊界半徑組成三維廓形；其獲取二維圖片的測量方式簡單，應用設備成本極低，用戶操作簡單。

技術領域

本發明涉及圖形處理領域，具體而言，涉及一種道砟顆粒三維廓形的檢測方法及裝置。

背景技術

道床即鐵路軌枕下面，路基面上鋪設的石碴(道碴)墊層，主要由道砟顆粒構成，其主要作用是支撐軌枕，將軌枕上部的巨大壓力均勻地傳遞給路基面，并固定軌枕的位置，阻止軌枕縱向或橫向移動，大大減少路基變形的同時還緩和了機車車輛輪對鋼軌的沖擊，便于排水。

道砟顆粒是構成散體道床的碎石顆粒，散體道床承受軌枕荷載，并將荷載分散傳遞至下部結構。對道砟顆粒的三維廓形研究具有重要意義，具體體現在如下兩個方面：一方面做道床評估，級配優化；另一方面用作散粒體力學仿真的輸入。

道砟顆粒的不同規律和不同形狀對應的道床性能是不同的，在研究道砟顆粒的規律和形狀對道床性能的影響時，相關技術提供了一種道砟顆粒的三維檢測廓形檢測方法，其采用多相機系統或者相機結合激光掃描系統獲取道砟顆粒的高精度三維圖像，然后對該三維圖像進行處理，得到三維廓形數據，接著通過數學簡化的方法對獲取的三維廓形數據進行簡化計算，得到簡單多面體以供研究使用。

實際中，道砟顆粒的檢測精度不需要太高，而在上述檢測方法中，首先獲取高精度的三維圖像，并將高精度的三維圖像對應的三維廓形數據轉化為粗糙模型，存在精度浪費問題，并且，高清相機與激光掃描相結合或者多相機的道砟顆粒圖像測量結構獲取三維圖像同時又對三維圖像進行處理得到三維廓形數據的方式還存在算法復雜、成本較高、操作復雜的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種道砟顆粒三維廓形的檢測方法及裝置，通過獲取多個旋轉角度下的二維圖像，測量方式簡單，應用設備成本低，并且根據二維圖像重構道砟顆粒的三維廓形的方法簡單且易于操作。

第一方面，本發明實施例提供了一種道砟顆粒三維廓形的檢測方法，包括：

獲取待檢測的道砟顆粒在多個旋轉角度下的多張二維圖像；

根據二維圖像中道砟顆粒的色彩明度特征，提取每一張二維圖像中道砟顆粒的二維廓形邊界圖像；

根據預設角度采樣點以及道砟顆粒的預設三維廓形邊界半徑，構建用于描述道砟顆粒的三維廓形表面點的球坐標系；球坐標系的坐標參數分別表示道砟顆粒的經度、緯度和三維廓形邊界半徑，這三個坐標參數對應的一個點表示道砟顆粒的三維廓形表面點；

根據球坐標系中任意一個點在多個旋轉角度下投射到二維平面上的二維投影點與二維廓形邊界圖像的位置關系以及設定調整次數，對預設三維廓形邊界半徑進行調整處理，確定道砟顆粒的三維廓形邊界半徑；

根據每一個預設角度采樣點對應的經緯度以及與每一組經緯度匹配的三維廓形邊界半徑，確定道砟顆粒的三維廓形。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，根據二維圖像中道砟顆粒的色彩明度特征，提取每一張二維圖像中道砟顆粒的二維廓形邊界圖像，包括：

從每一張二維圖像中提取滿足設定色彩明度閾值的像素點，利用明度矩陣存儲提取的像素點；

對明度矩陣進行二值化處理，得到明度二值矩陣；明度二值矩陣用于表征道砟顆粒和背景色；