一種高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相機標定設備及標定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵路檢測技術領域，涉及一種高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相機標定設備及標 定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，交通網(wǎng)絡日漸發(fā)達。高速鐵路作為交通網(wǎng)絡的重要 組成部分，也取得了異常迅猛的發(fā)展，這使得如何保障高速鐵路的安全成為一個非常重要 的課題?，F(xiàn)階段，高速鐵路檢測技術還不夠發(fā)達，傳統(tǒng)的靜態(tài)檢測方法已不能滿足現(xiàn)代快速 鐵路養(yǎng)護維修的標準要求。因此，迫切需要一種高精度、高效率的動態(tài)檢測系統(tǒng)來完成高鐵 軌道的檢測，以保障高速鐵路的安全。
[0003] 如今計算機技術不斷快速發(fā)展，攝影測量技術在工程中得到了廣泛的應用。雙目 立體攝影測量作為一種區(qū)別于傳統(tǒng)的非接觸式測量方法，其具有準確、快速以及實時等特 點。因此將雙目立體攝影測量技術應用于高鐵軌道檢測領域，對實現(xiàn)高鐵軌道的動態(tài)檢測 有著非常廣闊的前景。本發(fā)明提到的線陣相機標定就是雙目立體攝影測量的基礎，只有將 相機標定精確之后才能用它精確測量CPIII，進而進行后面的數(shù)據(jù)處理工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在圖像測量過程以及機器視覺應用中，為確定空間物體表面某點的三維幾何位置 與其在圖像中對應點之間的相互關系，必須建立相機成像的幾何模型，相機的標定就是求 解這些幾何模型參數(shù)，以達到精確測量的目的。本發(fā)明提供一種對高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相 機標定設備及標定方法，為了實現(xiàn)該任務，本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0005] 一種高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，線陣相機安裝于軌檢車上，在軌檢車的 一側(cè)設置有標定板，標定板上設置有標定帶；標定板可沿靠近或遠離軌檢車的方向運動，標 定板的頂部設置有激光測距儀，軌檢車上設置有定位標記。
[0006] 進一步地，所述的標定板為T形板，標定板的底部裝配在一個導軌上，導軌安裝于 一對平行設置的標定架中；所述的標定架呈U形結(jié)構(gòu)，兩個標定架之間通過懸臂梁連接； 在每個標定架頂部對稱設置有與導軌平行的安裝板，每個標定架的兩側(cè)均設置有一個三腳 架，三腳架頂部支撐在安裝板底部；在標定板上設置有用于調(diào)整三腳架的微調(diào)機構(gòu)。
[0007] 進一步地，所述的線陣相機設置兩個，分別為第一線陣相機和第二線陣相機，其中 第一線陣相機位于第二線陣相機的正上方，定位標記位于第一線陣相機和第二線陣相機之 間的位置，定位標記為十字定位標記。
[0008] 進一步地，所述的標定帶上沿其長度方向間隔設置相互平行的黑色條紋標記和白 色條紋標記。
[0009] 一種高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相機標定方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一，將軌檢車行駛至平坦空曠的位置，將標定架設置于靠近軌檢車上第一線 陣相機和第二線陣相機的一側(cè)，調(diào)整第一線陣相機和第二線陣相機的鏡頭朝向，使兩個線 陣相機的光軸交匯于一點，將兩個線陣相機與計算機連接；
[0011] 步驟二，安裝導軌和標定板，通過四個三腳架將標定架支撐起來，打開激光測距 儀，利用水平儀和微調(diào)機構(gòu)調(diào)整三腳架，使激光測距儀打出的光點與軌檢車上的定位標記 重合；通過調(diào)整使標定板的傾斜程度不超過1度，并保證在標定板在導軌上的移動范圍內(nèi)， 計算機中采集的兩個線陣相機的圖像中始終包含能看到完整的或部分的標定帶圖像；
[0012] 步驟三，以軌檢車上十字定位標記的中心為原點，建立靶面坐標系，其中以原點朝 向軌檢車的方向為X軸，原點朝向地面的方向為Y軸；
[0013] 步驟四，在標定板于導軌上的移動范圍內(nèi)，選取多個位置，每一個位置處均按照以 下步驟獲取該位置對應的圖像信息；
[0014] 步驟S40,測量標定帶到車體外側(cè)，即X軸方向的距離；
[0015] 步驟S41，測量激光測距儀打到軌檢車上的光點到十字定位標記中心在Y軸方向 上的距離，記為C;
[0016] 步驟S42,給標定帶上的黑色條紋標記按照由上至下、編號順序由小到大的方式進 行編號；
[0017] 步驟S43,兩個線陣相機均采集標定帶圖像，在兩幅圖像中找出公共的黑色條紋標 記，并在標定板上將對應的這些黑色條紋標記記為處理標記；
[0018] 步驟S44,測量激光測距儀的激光發(fā)射點到標定板上處理標記上邊沿的距離，將該 距離記為B;
[0019] 步驟S45,在該位置上至少采集6組圖像，每一組圖像中包含公共的黑色條紋標記 和白色條紋標記的總數(shù)要達到13個以上；
[0020] 步驟五，在每一個位置篩選出一組清晰度最高的圖像，計算該組圖像對應的處理 標記的中心像素在靶面坐標系中的坐標值\和Y^，和第一線陣相機、第二線陣相機采集的 圖像中處理標記的中心像素在該圖像的像素坐標系中的坐標值 &1和a2，具體步驟如下：
[0021] 步驟S50,坐標值X。即為步驟S40中測得的距離；
[0022] 步驟S51，坐標值Y。為
【主權項】
1. 一種高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，其特征在于，線陣相機安裝于軌檢車（12) 上，在軌檢車（12)的一側(cè)設置有標定板（3)，標定板（3)上設置有標定帶（13);標定板（3) 可沿靠近或遠離軌檢車（12)的方向運動，標定板（3)的頂部設置有激光測距儀巧），軌檢車 (12)上設置有定位標記（10)。
2. 如權利要求1所述的高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，其特征在于，所述的標定 板（3)為T形板，標定板（3)的底部裝配在一個導軌（2)上，導軌（2)安裝于一對平行設置 的標定架（1)中；所述的標定架（1)呈U形結(jié)構(gòu)，兩個標定架（1)之間通過懸臂梁做連 接；在每個標定架（1)頂部對稱設置有與導軌（2)平行的安裝板（7)，每個標定架（1)的兩 側(cè)均設置有一個=腳架（4)，=腳架（4)頂部支撐在安裝板（7)底部；在標定板（3)上還設 置有用于調(diào)整S腳架（4)的微調(diào)機構(gòu)化）。
3. 如權利要求2所述的高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，其特征在于，所述的線陣 相機設置兩個，分別為第一線陣相機（9)和第二線陣相機（11)，其中第一線陣相機（9)位于 第二線陣相機（11)的正上方，定位標記（10)位于第一線陣相機（9)和第二線陣相機（11) 之間的位置，定位標記（10)為十字定位標記（10)。
4. 如權利要求1所述的所述的高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，其特征在于，所述 的標定帶（13)上沿其長度方向間隔設置相互平行的黑色條紋標記和白色條紋標記。
5. -種高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相機標定方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟一，將軌檢車行駛至平坦空曠的位置，將標定架設置于靠近軌檢車上第一線陣相 機和第二線陣相機的一側(cè)，調(diào)整第一線陣相機和第二線陣相機的鏡頭朝向，使兩個線陣相 機的光軸交匯于一點，將兩個線陣相機與計算機連接； 步驟二，安裝導軌和標定板，通過四個S腳架將標定架支撐起來，打開激光測距儀，利 用水平儀和微調(diào)機構(gòu)調(diào)整=腳架，使激光測距儀打出的光點與軌檢車上的定位標記重合； 通過調(diào)整使標定板的傾斜程度不超過1度，并保證在標定板在導軌上的移動范圍內(nèi)，計算 機中采集的兩個線陣相機的圖像中始終包含能看到完整的或部分的標定帶圖像； 步驟軌檢車上十字定位標記的中屯、為原點，建立祀面坐標系，其中W原點朝向軌 檢車的方向為X軸，原點朝向地面的方向為Y軸； 步驟四，在標定板于導軌上的移動范圍內(nèi)，選取多個位置，每一個位置處均按照W下步 驟獲取該位置對應的圖像信息； 步驟S40,測量標定帶到車體外側(cè)，即X軸方向的距離； 步驟S41，測量激光測距儀打到軌檢車上的光點到十字定位標記中屯、在Y軸方向上的 距離，記為C; 步驟S42,給標定帶上的黑色條紋標記按照由上至下、編號順序由小到大的方式進行編 號； 步驟S43,兩個線陣相機均采集標定帶圖像，在兩幅圖像中找出公共的黑色條紋標記， 并在標定板上將對應的該些黑色條紋標記記為處理標記； 步驟S44,測量激光測距儀的激光發(fā)射點到標定板上處理標記上邊沿的距離，將該距離 記為B; 步驟S45,在該位置上至少采集6組圖像，每一組圖像中包含公共的黑色條紋標記和白 色條紋標記的總數(shù)要達到13個W上； 步驟五，在每一個位置篩選出一組清晰度最高的圖像，計算該組圖像對應的處理標記 的中屯、像素在祀面坐標系中的坐標值X。和Y。，和第一線陣相機、第二線陣相機采集的圖像 中處理標記的中屯、像素在該圖像的像素坐標系中的坐標值ai和3 2; 步驟六，參數(shù)的擬合 步驟S60,將步驟五中每一個位置拍攝的每一個公共的黑色條紋標記對應的X。、Y。、ai和a,記為一組數(shù)據(jù)，獲取每一個位置的每一組數(shù)據(jù)，若某一組數(shù)據(jù)中的a1或a2為零，則刪 除該組數(shù)據(jù)，然后將所有數(shù)據(jù)拷貝到txt文件中； 步驟S61，在軟件Istopt中設定變量名稱X〇、Y〇、ai和a2,添加X〇、Y。的值，其中X〇、Y〇的 值即為步驟S50、S51中的值，將步驟S60的txt文件中的數(shù)據(jù)添加到軟件中； 步驟S62,選擇麥夸特法進行迭代計算，收斂判斷指標為1. 00E-10,設置最大迭代數(shù)為 1000、實時輸出控制數(shù)為20 ;選擇標準（LM) +通用全局優(yōu)化法模式，設置重復數(shù)為30,控制 迭代數(shù)為20,收斂判斷迭代數(shù)為15,分別為X。和Y。進行擬合，相關系數(shù)要達到0. 99999W 上，得到相應的擬合參數(shù)； 步驟S62,根據(jù)擬合參數(shù)，確定兩個線陣相機的輸入與輸出的對應關系，完成線陣相機 標定過程。
6.如權利要求5所述的高鐵檢測系統(tǒng)的線陣相機標定方法，其特征在于，步驟五的具 體過程如下： 步驟S50,坐標值X。即為步驟S40中測得的距離； 步驟S51，坐標值Y。為公+C十^十W|+fA)(/-l)其中di為每一個黑色條紋標記的寬 2一， 度，d2為每一個白色條紋標記的寬度，i為黑色條紋標記的編號； 步驟S52,利用HALC0N軟件在第一線陣相機、第二線陣相機采集的圖像中獲取處理標 記的中屯、像素的像素坐標值，將未拍攝到的或拍攝不完全的處理標記的中屯、像素的坐標值 記為0。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高鐵檢車系統(tǒng)的線陣相機標定設備，線陣相機安裝于軌檢車上，在軌檢車的一側(cè)設置有標定板，標定板上設置有標定帶；標定板可沿靠近或遠離軌檢車的方向運動，標定板的頂部設置有激光測距儀，軌檢車上設置有定位標記。另外本發(fā)明還提供了一種利用上述設備進行線陣相機的標定方法。本發(fā)明的標定設備結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡單，成本低；本發(fā)明的標定方法操作簡單，能夠快速準確的進行相機標定；本發(fā)明的標定后,測量精度能達到1mm，保證了測量結(jié)果的精度要求。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104851088
【申請?zhí)枴緾N201510205081
【發(fā)明人】韓毅, 王文宇, 許耀華, 楊燕雨, 劉海洋
【申請人】長安大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月27日