[發明專利]基于雙目視覺的剛性接觸網的磨耗分析方法

在審

• 申請號: 202011010912.9
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112164044A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 蔡昌俊;魏秀琨;王海;江思陽;何江海;賈利民;高勁;尹賢賢;劉蘭;閆雅斌;魏德華;孟鴻飛;李賽;楊子明;滕延芹;潘潼;翟小婕;所達;管青鸞
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;廣州地鐵集團有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/80;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于雙目視覺的剛性接觸網的磨耗分析方法，其特征在于，包括：

通過兩個相機采集列車頂部與隧道頂部的剛性接觸網的接觸線圖像；

對所述兩個相機采集到的接觸線圖像對進行校正，利用立體匹配算法獲取校正后的圖像對的視差圖；

根據雙目視覺立體成像原理將所述視差圖轉換為深度圖，提取所述深度圖中的接觸線部分，對所述接觸線部分進行三維重建可視化，得到所述剛性接觸網的磨耗特征。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通過兩個相機采集列車頂部與隧道頂部的剛性接觸網的接觸線圖像之前，包括：

根據雙目視覺理論體系搭建雙目視覺系統，該雙目視覺系統包含兩個相機、設備固定系統、數據傳輸系統以及處理主機，對所述相機的內參數、外參數和畸變參數進行標定，相機的參數描述了像素坐標系到相機坐標系之間的變換關系，相機的外參數描述了相機坐標系與世界坐標系之間的變換關系，相機的畸變參數用來修正相機結構誤差導致的圖像筒形或者魚眼的影響，所述兩個相機安裝在軌道列車車頂的左右兩側，采用前向平行方式固定。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的對所述兩個相機采集到的接觸線圖像對進行校正，包括：

利用所述相機的內參數、外參數和畸變參數對接觸線圖像對進行校正，設左相機、右相機的外參數分別為R_l、T_l和R_r、T_r，其中，R_l、T_l和R_r、T_r分別代表左相機、右相機與同一世界坐標系之間變換的旋轉和平移矩陣，給定世界坐標系中一點P，其在左右相機坐標系下的坐標分別為P_l和P_r，P_l、P_r和世界坐標系有如公式(1)所示的關系。

對于左右相機坐標系下的坐標，有如式(2)所示的關系。

P_l＝R^T(P_r-T) (2)

利用(1)和(2)這兩個關系式就可以求解出如式(3)所示的簡單關系式。

求解以上方程組得到左右相機之間的旋轉平移關系R和T，之后通過立體校正中的Bouguet算法，以左右圖像中的每一幅重投影次數最小化，同時使得觀測面積最大化為目標，將左相機、右相機采集的接觸線圖像校正成共面且行對準。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的立體匹配算法包括SGM半全局匹配算法。

5.根據權利要求1或2或3或者4所述的方法，其特征在于，所述的根據雙目視覺立體成像原理將所述視差圖轉換為深度圖，包括：

對于世界坐標系中一點P，其在左右相機坐標系下的坐標分別為P_l和P_r，在左右相機成像面上的水平位置分別為x_l和x_r，視差就是某點在左右相機成像面上橫坐標之差，即d＝x_l-x_r，利用相似三角形的原理，得出下式：

其中T代表左右相機的基礎距離，Z代表點P和系統基準線之間的距離，；

在已知某點在左右相機坐標系下的坐標及相機之間的基準距離后，根據所述式(4)計算出點P距離系統基準線的距離，根據所有點距離系統基準線的距離得到深度圖。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的提取所述深度圖中的接觸線部分，對所述接觸線部分進行三維重建可視化，得到所述剛性接觸網的磨耗特征及分布，包括：

對原始視差圖中的空缺值即匹配失敗的點進行插值處理，利用空缺值周圍3×3區域內不為0的值的中值來進行填充；

在所述深度圖中以接觸線底面為零平面，將深度物理坐標轉換為像素坐標；

對所述深度圖進行濾波去噪，對局部突變的地方進行插值平滑，

在MATLAB中利用mesh函數繪制出接觸線表面的三維重建圖，并將三維重建圖與原圖的接觸網圖像進行對比。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述的得到所述剛性接觸網的磨耗特征及分布，包括：

在沿著接觸線截面方向的x坐標方向等距設置14個采樣點，分別提取y方向的14條磨耗曲線，利用這14條磨耗曲線來分別描述不同類型的接觸線病害，根據標準結構圖以及三維重構圖中的像素和毫米的單位比例關系，或者從結果圖中選取某個較為完好的截面，作為無磨耗參考基準，進一步得出在采樣曲線上每一個位置的磨耗量，并進行不同病害的定義：

磨耗比

對于某個截面而言，磨耗比的公式如下式所示：

Δw＝(h_c-h_r)/h_c (5)

其中，h_c代表完好條件下的接觸線高度，h_r代表三維重建圖中剩余的接觸線高度，對于一條長度為L的磨耗曲線而言，其平均磨耗比為

偏磨

偏磨代表接觸線在和受電弓碳滑板接觸的過程中左右受力不均，導致左右磨耗程度不同，利用14條采樣磨耗曲線，對于某個截面而言，左邊七條曲線的磨耗比與右邊七條曲線的磨耗比之差大于一定的閾值時，則代表有偏磨的情況發生，其公式如下式所示：

其中，P_w代表存在偏磨的判定閾值，Δw_i，Δw_j分別表示對于某個截面，左側和右側某點的磨耗值；

溝槽

通過計算磨耗曲線的斜率來判斷是否出現溝槽，如下式所示。

其中，G_w代表存在溝槽的判定閾值，w(y_i+1)，w(y_i)表示y方向上兩點的磨耗值。