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专利名称：基于动态模板的钢轨磨耗测量方法
技术领域：
本发明涉及轨道交通技木，尤其涉及一种基于动态模板的钢轨磨耗測量方法。
背景技术：
钢轨的磨耗一般主要发生在轨头部位，是决定钢轨使用寿命的主要因素。磨耗一方面加速了机车车轮的磨损，増大了轨距，并增加与机车车轮踏面的接触面积，使运行阻力増大，另ー方面产生了严重的噪声。当磨损超过一定限度时，轨头断面与车轮踏面就会失去匹配，将严重影响高速鉄路行车平稳性，对行车安全造成极大的危害。特别是对于高速鉄路而言，当列车速度很高吋，即使很小的磨损也可能造成列车脱轨。目前我国在磨耗检测方面研究最多的是基于机器视觉的非接触检测方法。该方法大多利用坐标变换将图像坐标映射到物方坐标进行图像校正，最后再与标准模板进行匹配，如采用ICP匹配算法，从而获取钢轨头部的磨耗值。不仅计算量大，模板匹配或特征点 匹配困难，而且数据处理速度慢，误差大等缺点，使測量结果不能有效为钢轨的维护提供可靠的依据。至于现场磨耗检测，则主要依赖机械式接触測量。该法测量速度慢，工作面的选取对测量结果影响很大。使用一段时间后固定和活动侧头磨损，会使測量结果存在一定的误差。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于动态模板的钢轨磨耗測量方法，以克服现有方法模板匹配或特征点匹配困难的问题。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，一种基于动态模板的钢轨磨耗測量方法，包括以下步骤I)在两根钢轨内侧上方分别安装CXD摄像机和扇形激光光源；2)标定每个CXD摄像机及光平面參数；3)根据钢轨轮廓空间计算模型获取图像中钢轨轮廓每个像素点的空间坐标；4)提取轨腰及轨头下端特征点坐标；5)基于特征点生成钢轨轮廓标准模板；6)对比钢轨测量轮廓和标准模板得到磨耗值。步骤I)中每侧钢轨各设置ー个CXD摄像机和ー个扇形激光光源，均位于钢轨内侧上方，且扇形激光光源发出的光平面与钢轨的纵向垂直。步骤2)中标定每个CXD摄像机參数的具体过程如下将摄像机固定在ー个平面上，拍摄三张以上位于不同位置的棋盘格标定板图像，通过标定板上的点与图像点进行匹配，计算出它们之间的映射矩阵
权利要求
1.一种基于动态模板的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，包括以下步骤 1)在两根钢轨内侧上方分别安装CCD摄像机和扇形激光光源； 2)标定每个CCD摄像机及光平面參数； 3)根据钢轨轮廓空间计算模型获取图像中钢轨轮廓每个像素点的空间坐标； 4)提取轨腰及轨头下端特征点坐标； 5)基于特征点生成钢轨轮廓标准模板； 6)对比钢轨测量轮廓和标准模板得到磨耗值。
2.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤I)中每侧钢轨各设置一个CCD摄像机和ー个扇形激光光源，均位于钢轨内侧上方，且扇形激光光源发出的光平面与钢轨的纵向垂直。
3.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤2)中标定每个CCD摄像机參数的具体过程如下， 将摄像机固定在ー个平面上，拍摄三张以上位于不同位置的棋盘格标定板图像，通过标定板上的点与图像点进行匹配，计算出它们之间的映射矩阵
4.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤2)中标定光平面參数的具体过程如下 定标时增加辅助摄像机C2,与摄像机C1形成双目定标系统，共冋拍摄位于标定板上的光带图像，此时将世界坐标系原点建立在摄像机C1的光心处，通过分别对C:、C2定标，确定其内部參数ApA2及外部參数BpB2，它们的投影矩阵分别为M1=A1B1=A1, M2=A2B2=A2 [R12, T12]，CCD摄取光带形成RGB图像之后，对其进行提取分量、灰度化、差影运算、ニ值化、细化等图像处理，以抽取光条中轴上各点的像素坐标，投影具有以下形式
5.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤3)中根据钢轨轮廓空间计算模型获取图像中钢轨轮廓每个像素点的空间坐标的具体过程如下 将世界坐标系建立在摄像机坐标系上，令两者完全重合，则两者之间不存在旋转与平移关系，此时，
6.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤4)中提取轨腰及轨头下端特征点坐标的具体过程如下， (I)轨腰特征点提取 在三维重建后的轨腰圆弧中任取一点Xi (xwi, ywi, Zwi)，以半径R作空间球面，记空间球面方程为XtQX=O, 其中X为球面上点的坐标，X= [xw, yw，zw，1]T，Q为4X4的对称矩阵
7.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤5)中基于特征点生成钢轨轮廓标准模板，其具体过程如下 当轨腰圆弧段特征点和轨头下端点确定之后，在钢轨轮廓上任取不与X。和Xb共线的一点) ，取矢量
8.如权利要求I所述的钢轨磨耗測量方法，其特征在于，步骤6)中对比钢轨测量轮廓和标准模板得到磨耗值，其具体过程如下 将拍摄到的測量图像进行处理得到钢轨轮廓的測量光带，计算得到建立位于摄像机光心处世界坐标系下的钢轨轮廓空间三维坐标；建立新的世界坐标，令其原点位于钢轨底部的中心，X"轴与钢轨底边重合，y"轴与钢轨断面中心线重合，ζ"垂直于x"y"平面，将钢轨轮廓上的空间坐标映射到坐标系o〃X〃y〃z〃下，计算出磨耗值。
全文摘要
本发明提出一种基于动态模板的钢轨磨耗测量方法，该方法的步骤包括在两根钢轨内侧上方分别安装CCD摄像机和扇形激光光源；标定每个CCD摄像机及光平面参数；根据钢轨轮廓空间计算模型获取图像中钢轨轮廓每个像素点的空间坐标；提取轨腰及轨头下端特征点坐标；基于特征点生成钢轨轮廓标准模板；对比钢轨测量轮廓和标准模板得到磨耗值。该方法只需确定测量钢轨两个特征点即能根据标准钢轨轮廓的几何关系建立测量坐标系，且能快速、精确的得到标准模板，不需要将测量轮廓和基准设计轮廓进行对齐分析，打破了传统的基于静态模板匹配难的问题，极大的提高了磨耗测量的精确性；降低了图像分析处理的运算量并具有良好的稳定性。
文档编号G01B21/20GK102749061SQ20121026188
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者刘新厂, 安小雪, 李立明, 柴晓冬, 蒋啟榛, 许晓伟, 郑树彬 申请人:上海工程技术大学