[發明專利]基于多目視覺的軌道交通車輛車頂三維建模系統與方法

在審

• 申請號: 202310394438.1
• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116524117A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 朱俊霖;漆琛;吳澤宇;呂晨;李洪;張偉業;葉鑫;邢成雷;陳征;邢宗義
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/80;G06T5/00;G06T1/00;G06T3/40
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于多目視覺的軌道交通車輛車頂三維建模系統與方法，該系統包括車號識別模塊、圖像采集模塊、圖像預處理模塊、關鍵部位三維重建模塊、信息保存與顯示模塊、數據庫模塊；方法包括：圖像采集模塊通過多目相機采集車頂多視角圖像，車號模塊通過車號圖像識別出車號；對采集到的圖像進行預處理，利用針孔模型對每個攝像機進行標定，中值濾波去噪，提高關鍵部件對比度；通過立體匹配尋找圖像間的對應像素點，增強圖像場景紋理特征，使立體匹配更準確；合并采集到的三維點云數據，獲得該場景的稠密三維點云數據，建立三維模型。本發明提高了三維模型顯示的準確性與穩定性。

技術領域

本發明專利涉及多目視覺三維建模領域，具體涉及一種基于多目視覺的軌道交通車輛車頂三維建模系統與方法。

背景技術

21世紀以來，軌道交通日趨壯大，鐵路運營里程逐年增長，年客運量不斷攀升，高鐵事業近些年發展尤其迅速，2014年的數據統計表明有8億多人次選擇高鐵作為出行工具年底，中國高速鐵路運營里程達到1.9萬公里，居世界第一位。城市軌道交通事業也在不斷發展，各大城市都在建設軌道交通事業。軌道交通事業的高速進步，主要歸功于機車能夠持續保持高速運行，極大縮短旅客交通時間。

電力機車在運行過程中，需要通過受電弓滑板與接觸網的接觸，從電網中取電。這種接觸式供電的方式必然會導致受電弓滑板的電氣磨耗與滑動磨耗。若放任磨耗而不采取行動，則會造成拉網甚至卡網，更有甚者成為嚴重鐵路交通事故的直接原因，若接觸網發生斷裂，也會引發受電弓斷弓等問題。機車車頂也存在很多不安全因素，有時是由于工作人員的失誤將工具等遺落在車頂上，有時會由于鳥類或其他事物的影響造成車頂異物的存在。這些異物可能會在列車開始運行時或運行過程中由于慣性撞擊受電弓或瓷瓶等車頂設備，造成設備的損壞，也可能會纏繞到電纜或傳動線等設備上，造成設備無法運行。

在三維重建方法中,激光掃描法主要是利用激光測距原理獲取目標場景的深度信息，通過使用激光雷達(LIDAR)等激光掃描設備對目標物體表面進行掃描，從而獲得目標場景的三維點云。激光掃描法雖然具有操作簡單、掃描精度高的優點，但是無法直接獲取目標的紋理信息，并且激光掃描設備一般價格昂貴，應用成本較高。飛行時間法通過記錄激光脈沖從發射器發射到經過物體反射回到接收器所用的時間來測距，主要應用于TOF相機上，用于獲取目標場景的深度圖像,從深度圖像恢復出三維點云。雖然飛行時間法具有檢測距離遠、抗干擾能力較強的優點，但是該方法存在設備功耗大、成本較高以及所用相機分辨率較低等問題。結構光法主要通過向目標場景投影編碼圖案，由圖案的變形程度來恢復目標表面的三維信息。結構光法在近距離范圍內精度較高，但是易受強環境光干擾，并且隨著檢測距離增加，精度快速降低。

隨著CCD光學成像技術的快速提高，成像器件的分辨率、靈敏度以及光譜響應范圍等性能參數得到極大改善，基于立體視覺的被動式三維重建便成為了一個重要的研究方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種精確、高效的基于多目視覺的軌道交通車輛車頂三維建模系統與方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于多目視覺的軌道交通車輛車頂三維建模系統，包括車號識別模塊、圖像采集模塊、圖像預處理模塊、關鍵部位三維重建模塊、信息保存與顯示模塊、數據庫模塊，其中：

所述車號識別模塊包括車輪傳感器、PLC、車號識別主機，圖像采集模塊包括光電傳感器、工業相機、圖像采集系統；車輪傳感器觸發PLC控制車號識別主機檢測車號信息，同時光電傳感器向PLC發出電平信號，通過PLC控制車頂多個工業相機實現硬觸發，圖像采集系統采集車頂原始圖像；車號信息和車頂原始圖像存儲至數據庫模塊；

圖像預處理模塊，對車頂原始圖像進行預處理，采用針孔模型對每個攝像機進行標定，利用中值濾波對圖像進行去噪，對圖像場景紋理進行特征增強，再通過立體匹配找尋圖像間的對應像素點；