基于机器视觉的钢轨轮廓测量方法研究.pdf

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1、2014年第33卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)27基于机器视觉的钢轨轮廓测量方法研究徐晋卿，陈唐龙，占栋，于龙，冯超(西南交通大学，四川成都610031)摘要：钢轨轮廓检测是轨道几何参数检测的重点和难点。采用二维平面靶标对激光摄像传感器进行标定，建立世界坐标系和图像坐标系的标定模型。通过棋盘格进行实验标定，获取300组数据，采用非线性最小二乘法来标定模型参数。结果表明：采用非线性最小二乘法能够将棋盘格水平和垂直的测量误差控制在0．3mm

2、左右，该方法能够很好地运用到钢轨轮廓测量中。关键词：机器视觉；钢轨；轮廓；标定中图分类号：TP391．4文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)04--0027-04Study0fmeasurementmethodforrailprofile'DaSenl0nmaCn1l●nevi●si●onXUJin—qing，CHENTang·long，ZHANDong，YULong，FENGChao(SouthwestJiaoTongUniversity，Chengdu610031，China)Ab

3、stract：Railprofiledetectionisakeyanddifficultissueforrailgeometryparametersdetection．LasercamerasensoriScalibratedby2Dplanardronetobuildcalibrationmodelofworldcoordinatesystemandimagecoordinatesystem．Experimentalcalibrationiscarriedoutbycheckerboard，300g

4、roupsofdatasareobtained，andnon—linearleastsquaremethodiSusedtocalibratemodelparameters．Theresultsshowthatthemeasurementerrorofthehorizontalandvertiealofcheekerboardcanbecontrolledaround0．3mmbynon—linearleast—squaremethod．itcallbewellappliedforrailprofile

5、measurement．Keywords：machinevision；rail；profile；calibration0引言1测量原理铁路钢轨是支撑列车运行的重要基础设施，高速1．1摄像机传感器测量模型铁路轨道在投入运营前，都需对钢轨进行高精度检测。同摄像机传感器测量模型如图1所示。时铁路运行的速度高、载重量大、运行环境复杂，对钢轨质摄像机的图像坐标系为0，和分别为图像量提出更加严格的要求。钢轨良好的状态对确保列车安全坐标系的水平和垂直方向，0为摄像机光心，过点0作直线行驶、改善钢轨及机车车辆相互作用和

6、影响以及延长钢轨OZ垂直于图像坐标系平面，00为摄像机焦距，OZ为摄像机部件和机车车辆使用寿命等都有重要的作用。因此，采用光轴，建立摄像机坐标系oxyz；同理，建立世界坐标系合理的检测方式，确保钢轨状态良好，有重要的意义J。0ⅢYwzⅢ。钢轨轮廓测量是轨道检测的重要内容，目前非接触式1．2建立图像坐标系和世界坐标系的关系测量在国内得到广泛的应用。本文运用基于计算机视觉本文钢轨轮廓测量是采用光切面法，需要首先建立图的钢轨轮廓测量方法，开发了非接触式钢轨轮廓检测系像坐标系和摄像机坐标系的关系J，如式(1)所

7、示统。采用面阵相机、激光器等模块化硬件设计和图像处理软件将轮廓从图像坐标转换到世界坐标，满足实时检测的要求。该系统具有较强的容错性、适应性及可移植性J，目前已在杭州地铁二号线进行前期调试，获得良好的评其中，，卢分别为摄像机像元在轴、轴的比例因价。子，(，。)为摄像机主点，(Ot，，‰，)为摄像机内部收稿日期：2013-09—15基金项目：国家“863”计划资助项目(2011AAllAll02)28传感器与微系统第33卷／，．．．．。。．。．．．●、＼yZ、、●●●●●●●●／为偏心畸变系数。rLIl／，

8、．．．。．．．。=．．．．．1．3R参数求解方法OOf若●_J要建立图像坐标系和世界坐标系之间的关系，就需O卢O口2口508要求取参数(a，a，⋯，a。，k一，s。)，则本文采用非线性最‰小，，，二．．．．乘。．=．．法．．．．求．解，于是建立式(8)、式(9)％％一／、、●●●●●●，，．．．．．．．．．．．．．_，／．。．．．．．．．．．．fxi。1E+Ⅱ2y+。3一(Ⅱ7+。8y”+1)F，，_一／y1，(8)L，=n4“+n5Y+r