转向架轮对参数的结构光视觉测量方法与实现

为实现转向架轮对半径参数的精确检测,提出了一种基于结构光视觉传感器的非接触式检测方法。该方法首先采集轮对的线结构光条纹图像,采用中值滤波和最大间类方差法对图像进行去噪和阈值分割后,运用细化及Hough变换算法提取结构光条纹中心直线,最后结合视觉传感器标定参数计算出轮对特征点坐标及尺寸参数。通过轮对轮缘半径检测试验,验证了该方法的误差小于0.05mm,具有较好的检测精度,满足实际现场检测的要求。     

轨道检测系统钢轨图像标定误差试验研究

GJ-6型轨道检测系统采用线结构光视觉测量组件动态采集钢轨图像,实时测量钢轨横向位移、钢轨垂向位移、钢轨磨耗等重要轨道几何参数。钢轨图像线结构光视觉测量组件采用针板靶标进行标定。本文基于线结构光视觉测量原理,从几何光学角度建立靶标深度方向一维相机投影模型,在此基础上设计钢轨图像标定试验,研究钢轨图像针板靶标标定误差的成因及大小。试验结果表明:针板靶标靶面倾斜及成像像素点偏移导致钢轨图像标定产生误差;随着针板靶标靶面倾斜及成像像素点偏移增大,钢轨图像标定误差不断增大。     

隧道净空全断面测量中多视觉传感器全局标定方法

隧道净空全断面视觉检测系统空间测量尺度大、视觉传感器分布广、不同视觉传感器无公共视角。采用合适方法对其进行高精度全局标定,是实现隧道净空全断面高精度测量的关键。本文将二维平面靶标与一维靶标相结合,对视觉测量系统进行全局标定:采用二维平面靶标对单个摄像机内部参数进行离线标定;借助一维靶标上距离已知的共线特征点作为约束条件,求解相邻摄像机外部参数,通过相邻摄像机外部参数两两换算,逐个求取单个摄像机坐标系与全局坐标系外部参数,同理求得激光平面方程系数。综合所有摄像机内外部参数、激光平面方程系数,建立隧道净空全断面视觉测量模型。对研制的隧道净空全断面动态测量系统进行标定和动态测量试验,结果表明该标定方法切实可行。     

钢轨磨耗测量中的光平面标定

针对高速铁路钢轨磨耗测量中如何得到光平面和摄像机之间的映射关系问题,提出一种基于标定板的光平面参数标定法。该方法采用2个CCD摄像机和2个扇形激光光源构成钢轨轮廓获取系统,分别布置在左右钢轨内侧。与以往的磨耗测量系统比较,该方法使用的设备较少,降低了检测成本,也减少了图像处理、分析等工作。通过定标,可直接得到光平面系数,进而推导出与摄像机的几何关系。试验结果表明,该方法获得的光平面精度较高,从而保证了光平面与摄像机之间映射关系的精度,满足磨耗测量的要求。     

钢轨廓形测量系统平面靶标标定方法研究

采用基于激光线结构光的平面靶标几何标定方法设计钢轨廓形测量试验。摄像机分别拍摄多个不同位置的平面标定靶,并在激光器打开和关闭状态下获取2幅靶标图像,基于2幅图像中激光线与靶标虚拟线之间的交点,确定激光平面的位置,获得激光器与摄像机之间的矩阵关系。将平面靶标标定结果与钉柱法标定结果进行试验比对,结果表明,平面靶标标定方法测量精度高,标定体制作简单,具有良好的实用性,为钢轨廓形测量研究提供了试验基础。     

线激光辅助单目视觉测量铁路侵限异物尺寸

异物入侵铁路线路严重危害行车安全,为及时发现异物并测量其尺寸,提出一种利用相机、异物和线激光空间几何关系计算图像中目标点世界坐标实现异物尺寸检测的方法。相机标定能够得到相机光心与目标点连线的直线方程,线激光投影中的点同时存在于线激光扫描平面和相机光心与该点的连线上。由于钢轨的约束,利用相机标定可以计算钢轨上线激光投影目标点的世界坐标,结合线激光光源坐标标定光平面方程。光平面方程和相机光心与该点连线方程的公共解为目标点的世界坐标。旋转线激光光源,求解异物多个断面关键目标点世界坐标,从而计算异物的三维尺寸。建立测量方法的数学模型并进行现场试验验证,结果表明,该测量方法能够较为准确地测量异物尺寸。     

铁路货车钩舌自动检测系统

为实现对钩舌的厚度、外涨、锁面磨耗量、销孔直径和锁面座入量的自动检测,提高货车钩舌的检测精度和效率,研究开发铁路货车钩舌自动检测系统.该系统主要由机械、控制和软件3个系统组成.采用基于视觉检测的线结构光传感器,并与运动机构相结合建立系统模型,并对系统模型参数进行标定.通过系统模型将机构的运动量和线结构光传感器扫描得到的检测数据转换为检测坐标系下的钩舌点云数据.采用范围过滤、均值滤波等算法对检测数据进行降噪处理,并通过特征提取算法计算检测值.实地试验性应用结果表明:该系统能够对所有型号货车钩舌的5个检测项目进行检测,达到了货车钩舌的检测要求.     

光流法在地铁车辆测速中的应用研究

地铁车辆速度是列控系统的一项重要参数，传统的地铁车辆测速方法存在一定的缺陷。文章利用图像处理中的光流法研究地铁车辆测速新方法，提出了满足地铁车辆测速实时性和精度要求的快速光流计算方法。引入图像金字塔，通过由粗到精、逐层细化的步骤求解大位移运动光流，解决了LK光流法无法计算大位移运动的缺陷；提出了将GPU用于光流计算，实现图像特征点检测计算并行化，显著提升光流计算速度；设计了线路仿真软件进行测速仿真试验。结果表明，基于图像金字塔的光流改进算法提高了大位移情况下光流估计精度，基于GPU的光流并行计算有效提高了光流计算速度，满足地铁车辆测速系统的实时性要求。通过搭建支撑平台，并进行实际线路试验，进一步验证了光流测速方法的可行性。     

基于机器视觉技术的列车脱轨试验研究

提出一种基于机器视觉技术的列车脱轨运动检测方法。该方法采用高速摄像机记录脱轨防护器以及脱轨轮对运动情况,利用摄像机标定技术建立图像平面与三维空间的对应关系,完成对列车运动轨迹以及纵向运动参数的测量。该测量方法解决了破坏性试验中测试系统安装的难点,突破传统测试方法,所需设备较少,试验现场适应性强。     

基于光平面的轨距测量方法

轨距不平顺是危及列车安全的主要原因之一。提出了一种基于光平面的轨距测量方法。该方法采用2个CCD摄像机和2个激光器构成测量系统。对测量系统进行了定标,得到光平面系数和摄像机的几何关系,推导出利用光平面方程重构轨距测量点的世界坐标的计算方法。试验结果表明,该方法能快速地得到轨距参数,具有计算量小、精度高、重复性好的特点,满足了轨距参数的动态检测要求。     

基于移动双目视觉的铁路建筑物限界快速自动检测方法

采用高速、高分辨率CCD相机以优于10-6s时间同步精度获取铁路建筑物限界的移动双目立体图像.提出了基于移动双目视觉测量模型,通过自检校多传感器系统标定和DGPS/IMU集成处理计算各双目图像严密的内、外方位元素,构建立体图像中各要素的空间相对关系.提出基于自动拟合计算的线路中心线空间位置的建筑物限界计算模型,与车辆限界相结合计算建筑物限界参数.设计并开发了一个基于双目视觉的铁路建筑物限界自动检测试验系统,进行铁路建筑物限界自动检测试验,对其精度进行分析和讨论,结果表明可达到标准规定的技术指标.     

基于机器视觉的轨距检测系统设计

一种基于机器视觉的轨距检测系统是通过硬件触发和软件多线程并行处理流程实现4台摄像机的同步图像采集处理、视觉计算、结果记录和通信。设计和推导了检测系统定标方法和轨距点获取的定标方法。试验测量结果表明:该检测系统适用于轨距参数的精确测量,精度可到达0.2 mm,重复性好,可有效地实现轨距参数的高精度动态测量。     

基于计算机视觉的接触轨检测车振动补偿方法及应用

以轨道为参考建立世界坐标系,以车体为参考建立摄像机坐标系。考虑摄像机镜头畸变,建立摄像机非线性模型,采用基于最小二乘法的共面标定方法标定摄像机,求解摄像机参数矩阵。根据车体振动特性,推导基于计算机视觉技术的车体振动偏移补偿计算方法,并将该补偿方法成功运用于接触轨检测车。通过广州地铁四号线区间运行数据,验证了该补偿方法能够有效提高系统检测精度。     

基于点集配准的非接触式地铁限界检测系统标定方法研究

地铁限界是保证地铁车辆安全运行的重要数据,目前使用较多的接触式地铁限界检测存在效率低、无法准确获知超限尺寸的缺点,本文基于激光扫描测距原理开发了一种断面检测密度高、误差小的非接触式地铁限界检测系统。针对非接触式检测系统标定困难影响测量精度的问题,提出了应用机器视觉领域的点集配准迭代最近点(Iterative Closest Point)算法进行系统标定,将2个180°二维激光扫描传感器采集到的数据点拼接成一个完整的基于轨道基准坐标系的测量断面。北京地铁8号线、15号线的现场实验证明,经过该方法标定的限界检测系统可准确获知超限位置和超限尺寸,推行速度为6km/h时采样断面间距密度为0.02m,多次反复测量时系统精度可达±4mm。     

论流量影响线法参数误差对计算流量的影响

使用单参数分析法、通过VB编程计算,解决流量影响线法各参数测量精度要求的问题,得到"标定洪水高程"、糙率系数和雨量系列的误差对计算流量精度影响较大,其他参数影响较小的结论。如果将前三者测量误差控制在5%以内,其他参数控制在10%以内,可以保证流量影响线法的精度。该结论可供桥涵水文勘测参考,有利于提高流量影响线法的计算精度,并提高经济效益。     

基于结构光视觉传感的轮对踏面擦伤快速检测

研究一种基于结构光视觉传感的铁路车辆轮对踏面擦伤快速检测方法.通过控制轮对转动速度,并以结构光扫描轮对踏面及应用CCD(Charge Coupled Device)视觉传感器实时采集轮对踏面外形特征信息,经过图像数字滤波、基准校正、边缘识别和空间坐标变换等算法,建立踏面擦伤数字矩阵.在此基础上,进行踏面擦伤特征信号的分析和提取,实现轮对踏面擦伤最大深度及形状的非接触快速准确检测.本文给出了试验结果,并分析了踏面数字矩阵的建立过程和视觉传感器标定对擦伤测量的影响.试验证明本文方法实用、可靠,可有效提高轮对踏面擦伤测量精度和效率.     

轮对参数在线自动检测方法与系统的研究

介绍了一种针对运行列车基于激光三角法原理的轮对参数在线自动检测系统,论述了其测量原理和工作方法。该方法是将线激光器和摄像机分布在钢轨的内外两侧,线激光器投射到车轮的踏面上,外时钟同步触发摄像机,获取车轮截面轮廓图像,采用基于平面靶标的方法实现CCD摄像机的标定,通过坐标变换,求解算出轮对的各个参数。实测表明,该系统可完成运行列车轮对参数的自动测量。     

光测轨检系统的高精度摄像机标定

将靶标设定为一个辅助平面,建立辅助平面坐标系进行2步标定:第1步求取靶标面与像平面的对应透视关系;第2步求取空间坐标系与辅助平面坐标系的透视关系。研究结果表明:相对于传统标定法,该方法同时考虑径向畸变和切向畸变,提高了目标点定位精度;建立隐式数学模型而非直接标定摄像机内外参数,简化了标定。且将畸变量包含与隐式方程中不用实际求出畸变量,所以不要求靶标与摄像机成特殊位置;两步均用最小二乘法快速求解线性方程,简便快速;采用对特征圆标号的高精度标定模板,特征圆心可以精准提取,标定图像有较高的鲁棒性。     

基于线结构激光的侧轨受电弓磨耗视觉测量系统开发

针对重庆3号单轨车侧轨受电弓滑板磨耗测量问题,提出了一种基于线结构激光的侧轨受电弓磨耗视觉测量的方法。通过相机标定、对受电弓磨耗图像处理后计算出受电弓最大磨耗值。样机测量结果表明,受电弓滑板磨耗测量系统稳定可靠。     

密度聚类与PCA的点云数据处理技术在高铁轨道检测中的应用

为解决轨道手工检测效率低、准确度不高的问题,克服二维线激光与轨向不垂直而影响检测精度的不足,利用三维结构光点云技术对高铁轨道表面状态进行检测。数据处理是三维结构光检测的重要环节,综合运用密度聚类与PCA算法对点云进行快速处理。首先采用三维栅格算法对点云进行采样,减少点云数据量;其次利用密度聚类将点云分成不同的簇类以去除噪声点和离群点,提取出目标点云;最后通过PCA算法计算点云的3个主成分向量,求解变换矩阵变换点云,实现点云初始配准。精确配准后,与标准模型点云对比,即可得出检测结果。现场试验结果表明,该方法运行速度快,配准精度较高,有效提高了检测的效率和精度。