[發明專利]一種機車輪對磨耗參數檢測的攝像機標定方法

在審

• 申請號: 201711374802.9
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108109178A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 吳開華;肖幟
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種機車輪對磨耗參數檢測的攝像機標定方法，本發明的攝像機標定方法包括以下步驟：根據機車輪對磨耗參數檢測方法建立攝像機標定模型、由攝像機標定算法得到標定板特征點的理論圖像坐標、固定安裝與圖像采集、圖像特征點實際坐標求取、攝像機位置參數計算、保存標定參數。該方法為針對機車輪對磨耗檢測，并要求攝像機在特定位置對目標進行拍攝的情況提出的攝像機標定方法，該方法可操作性良好，精度高，標定過程耗時少，針對該方法的標定板圖像特征點提取算法更簡化了攝像機標定的實際操作，符合機車輪對磨耗檢測的攝像機標定要求。

技術領域

本發明屬于檢測技術領域，涉及一種用于參數檢測的攝像機標定方法，具體用于軌道交通中機車輪對磨耗參數檢測的攝像機標定方法。

背景技術

輪對是機車與鐵軌直接接觸的重要部件，機車在行駛過程中，輪對輪緣和踏面部位不斷與鐵軌發生摩擦，會使這兩個部位不斷磨損，導致機車運行不平穩，甚至引發安全事故。因此，及時檢測輪對輪緣，踏面的磨損情況，對于機車的行車安全是十分必要的措施。在輪對磨耗檢測方面，我國由于起步較晚，大多停留在人工檢測，主要靠卡尺的測量記錄數據，人工測量數據量大，效率低并且在檢測中不可避免的帶入人工測量誤差，導致結果的不可靠和不穩定。

目前國內外用到的攝像機標定方法為利用三維立體靶標的攝像機標定、自標定技術和張正友標定方法。前者如直接線性變換方法、利用透視變換矩陣的攝像機標定方法、Tsai兩步標定方法，這些標定方法的標定結果取決于攝像機的初始給定值，如果給定不恰當，很難通過優化程序得到正確的標定結果，而且優化程序非常費時，無法實時得到標定結果，且這些方法對設備的復雜度要求很高，很難適用于工業現場多變的環境；自標定技術不用標定板，需要在靜態的場景中移動攝像機來拍攝場景中的物體，不符合輪對檢測中攝像機固定的要求；而介于這兩者之間的張正友標定方法，需要移動標定板或者攝像機來拍攝幾幅靶標圖像，同樣不符合攝像機固定的要求。

發明內容

本發明針對輪對磨耗檢測的方法特點，建立特定的攝像機標定模型，設計攝像機標定算法，求取攝像機拍攝標定板時候的空間位置參數，空間位置參數包括攝像機的仰角、偏角以及CCD中心相對于標定板中心的物距，準確得到這些參數是后續求取輪對磨耗參數的重要保證。

本發明采用的是基于攝像機圖像采集技術的非接觸檢測方法，通過分析攝像機拍攝機車在特定時刻運行到特定位置的輪對圖像，得到輪對的輪緣、踏面的磨耗參數信息，這就要求保證攝像機在固定的位置，以固定的角度對輪對以一定的物距進行拍攝，而且輪對檢測對精度要求很高，因此輪對磨耗檢測中攝像機標定起著至關重要的作用。

本發明的攝像機標定方法包括以下步驟：根據機車輪對磨耗參數檢測方法建立攝像機標定模型、由攝像機標定算法得到標定板特征點的理論圖像坐標、固定安裝與圖像采集、圖像特征點實際坐標求取、攝像機位置參數計算、保存標定參數。

各步驟的具體內容是：

(1)根據機車輪對磨耗參數檢測方法建立攝像機標定模型的步驟為：

①標定板的設計。

在攝像機標定過程中需要設計一個標定板來作為標定參照物。標定板的正面設計圖案由若干個大小不等的矩形框組成，都以中心十字叉為幾何中心，矩形框角邊以及邊線中心都設有十字叉，并且矩形邊框與十字叉等寬。攝像機的視場能覆蓋矩形框，標定板中心十字叉的空間位置設計為攝像機光軸與輪對的交點，即視場中心。在現場標定中，標定板垂直固定于軌道面上。

②標定板與CCD的位置關系。

標定板設于軌道上方，標定板中心十字叉中心到軌道上平面(即標定板底部)距離為m1；攝像機設于軌道下方，攝像機CCD中心到軌道上平面的距離為m2，到標定板所在的平面距離為m3，到軌道內側面的距離為m4。