[發明專利]一種基于視覺測量的軌道變形監測方法

有效

• 申請號: 202110849918.3
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113610786B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 雷柏平;劉巖;杜俊峰;馬子杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/73;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，建立軌道坐標系：

擬定能夠表征軌道位置和扭曲程度的特征點信息，根據軌道設計圖紙確定特征點在軌道坐標系上的物理坐標，對各個特征點的物理坐標添加順序標簽；

步驟二，內參數標定：

在安裝測量相機前對測量相機進行內參數標定，獲得測量相機的內參數矩陣及鏡頭的畸變系數；

步驟三，特征標記：

對測量相機首次采集到的軌道圖像進行特征點提取，手動建立特征點像素坐標與其物理坐標之間的對應關系，標記出各個特征點所在的像素坐標并同該位置對應的順序標簽一起存儲在計算機中；

步驟四，圖像處理：

利用測量相機繼續采集待測路段的軌道圖像，利用圖像處理方法處理該軌道圖像的原始圖像以得到僅包括軌道特征區域的軌道特征圖像；

步驟五，特征點定位：

提取所述軌道特征圖像的特征點的像素坐標，并利用步驟二標定到的畸變系數對該特征點的像素坐標進行去畸變校正以提高特征點定位的精度；

步驟六，特征匹配：

將步驟五測得的所述特征點的像素坐標同步驟三標記到的特征點的像素坐標進行匹配，結合步驟三存儲的順序標簽建立步驟五測得的各個特征點的2D像素坐標同其在軌道坐標系上的3D實際物理坐標之間的一一對應關系；

步驟七，軌道空間狀態檢測：

利用步驟二標定得到的相機內參數矩陣結合步驟六確定的坐標對應關系，利用視覺測量算法得到測量路段軌道的空間狀態信息；

步驟八，軌道變形監測：

將得到的測量路段軌道的空間狀態信息與根據初始圖像解算得到的空間狀態信息相比較得到軌道的空間偏移量信息，從而實現軌道的變形程度監控。

2.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟一中，所述的表征軌道位置和扭曲程度的特征點定義方式為：將軌道和軌排結構中位線的交點位置作為特征點所在的位置。

3.根據權利要求2所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟一中，以在軌道表面額外粘貼標志片的方式輔助提供特征點信息，在特征點確定完畢后通過添加順序標簽的方式以區分不同的特征點。

4.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟二中，所述的測量相機包括單目相機，測量相機的數目為一個或多個。

5.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟四中，所述的圖像處理方法包括利用圖像增強、圖像分割提取出軌道所在的特征區域，以及通過連通域分析和形態學處理進一步剔除環境噪聲的影響。

6.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟五中，提取所述軌道特征圖像的特征點的像素坐標具體為：利用中軸變換法獲得軌道的骨架結構，將骨架結構中軌道與軌枕的交點作為特征點并提取該特征點所在的像素坐標。

7.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟六中，所述的特征匹配法為最近鄰匹配法，以步驟三存儲在計算機中的各特征點對應的像素坐標為中心，在一定大小的定位框內檢測步驟五提取到的特征點的像素坐標，如果在定位框內有且只有一個特征點被檢測到，則將該點作為有效特征點并賦予對應的順序標簽；如果在檢測框內沒有特征點被檢測到或有多個特征點被檢測到則判定為匹配失??；間隔一定時間段后重復步驟四到步驟六，若連續匹配失敗5次以上則判定該軌道路段存在雜物遮擋的異常情況，將匹配失敗的區域標出后，需要進行現場檢查和排除。

8.根據權利要求1所述的一種基于視覺測量的軌道變形監測方法，其特征在于：

步驟七中，將所述的測量路段軌道的整體待檢路段分為多個子路段，每個檢測單元為特征點包絡得到的軌道路段，該包絡范圍的軌道路段視為剛體，其中，各子路段所在區域內所包含的特征點數目不少于6個；可以對測量路段軌道進行分段檢測，也可將各段測得的變形信息統計表述為整段測量路段軌道的變形信息。