[发明专利]自动测量跨座式单轨交通轨道梁晃动幅度的方法

权利要求书

1.一种自动测量跨座式单轨交通轨道梁晃动幅度的方法，其特征在于该方法按以下步骤顺序进行：

(1)、测量前的准备工作：

(1-1)、在跨座式单轨交通轨道梁上各置一辆激励车和图像数据采集车，使图像数据采集车位于激励车之后；

(1-2)、标定摄像机并调整摄像机镜头距离跨座式单轨交通轨道梁上表面的垂直距离：已知测量精度A为0.1mm～0.2mm，启动计算机，打开摄像机，将标定模板平放在该跨座式单轨交通轨道梁上表面上，使摄像机镜头正对标定模板，调整摄像机焦距，使标定模板上的网格清晰显示在计算机屏幕上，在标定模板上任意取两点，人工读取该两点间的距离，并利用标定软件在计算机上读出对应位图中该两点间的像素点坐标差值，用像素点坐标差值除以上述人工读取的距离，得到标定模板上实际单位长度对应计算机中位图图像上的像素个数，反复调整摄像机镜头与该跨座式单轨交通轨道梁上表面的垂直距离和摄像机焦距并计算，使标定模板上每1mm的长度对应计算机中位图图像上1/A个像素，固定摄像机镜头与该跨座式单轨交通轨道梁上表面的垂直距离和镜头焦距，摄像机镜头与该跨座式单轨交通轨道梁上表面的垂直距离为100～400mm；

(2)、程序初始化；

(3)、将激励车与图像数据采集车开到测量位置并停车，激励车停在被测量跨座式单轨交通轨道梁上，图像数据采集车停在与被测量跨座式单轨交通轨道梁相邻的跨座式单轨交通轨道梁上，使图像数据采集车上的摄像机镜头正对被测量跨座式单轨交通轨道梁和与该跨座式单轨交通轨道梁相邻的跨座式单轨交通轨道梁端头的两个指形板，且两指形板各有1至2个指处于摄像机镜头的视场内；激励车与摄像机镜头之间的水平间距应为0.5～1m；

(4)、输入被测量跨座式单轨交通轨道梁的梁号：

(5)、启动激励车并驶过被测量跨座式单轨交通轨道梁，同步采集和存储各幅图像：摄像机在激励车启动同时开始以20～100帧/秒的帧率逐帧采集序列图像，并输入计算机，由计算机对该序列图像中的每一幅图像按采集图像的时间先后顺序编序列号并存储；

(6)、激励车驶离该被测量跨座式单轨交通轨道梁后停车，摄像机同步停止采集序列图像；

(7)、将已采集到的序列图像进行处理，并计算被测量跨座式单轨交通轨道梁的晃动幅度：

(7-1)、显示已采集到的序列图像中的第1幅图像，用计算机在第1幅图像上建立直角坐标系：根据该幅图像上的所有像素点坐标值均为正值建立直角坐标系，以激励车在被测量跨座式单轨交通轨道梁上行驶方向为X轴，以垂直于被测量跨座式单轨交通轨道梁的方向为Y轴，该直角坐标系的坐标原点在第1幅图像的右下角，该直角坐标系一旦建立，该序列图像中包括第1幅图像在内的各幅图像的像素点位置计算均以该直角坐标系为准，不另建直角坐标系；

(7-2)、用计算机鼠标在第1幅图像上截取制作特征模板的图像块为1～2个，当在第1幅图像上截取制作特征模板的图像块为1个时，该图像块位于被测量跨座式单轨交通轨道梁端头的指形板上，使该指形板中的一指上有长10～20mm的弧形边缘位于该图像块内，且该边缘对应计算机位图上像素点个数为(10～20)×1/A；当在第1幅图像上截取制作特征模板的图像块为2个时，这两个图像块分别位于被测量跨座式单轨交通轨道梁端头和与该跨座式单轨交通轨道梁相邻的跨座式单轨交通轨道梁端头的指形板上，使这两指形板中各有一指上长为10～20mm的弧形边缘在对应的图像块内，且每一边缘对应计算机位图上像素个数为(10～20)×1/A；

(7-3)、对截取制作特征模板的图像块用微分法提取图像边缘或边缘检测算子提取图像边缘的方法制作特征模板并存储；

(7-4)、计算截取处特征模板的重心在直角坐标系中对应的坐标值或坐标差值X_k、Y_k，k为特征模板的个数，k＝1～2：当特征模板为1个时，计算重心坐标值的公式为：X₁＝∑X′/n′，Y₁＝∑Y′/n′，其中，∑X′为特征模板中各点的横轴X坐标之和，∑Y′为特征模板中各点的纵轴Y坐标之和，n′为特征模板中像素点的数量；当特征模板为2个时，计算特征模板的重心坐标差值的公式为：X₂＝∑X″/n″-∑X_/n_，Y₂＝∑Y″/n″-∑Y_/n_其中，∑X″、∑X_各为特征模板中各点的横轴X坐标之和，∑Y″、∑Y_各为特征模板中各点的纵轴Y坐标之和，n″、n_各为特征模板中像素点的数量；并将计算得到的坐标值或坐标差值作为最大、最小坐标值或坐标差值：X_1max＝X₁，X_1min＝X₁，Y_1max＝Y₁，Y_1min＝Y₁或X_2max＝X₂，X_2min＝X₂，Y_2max＝Y₂，Y_2min＝Y₂；

(7-5)、自动确定已采集到的第1幅到最后一幅图像的搜索区域：将第1幅图像上截取制作特征模板的图像块扩大：当图像块为方形时，按纵、横轴四个方向分别各增加(3～5)×1/A和(1～3)×1/A个像素，确定出搜索区域；当图像块为圆形时，其半径增加(3～5)×1/A个像素，确定出搜索区域，对第2幅图像到最后一幅图像的搜索区域的方位、大小与第1幅图像搜索区域的方位、大小相同；

(7-6)、对已采集并存储的第1幅图像到最后一幅图像依次进行处理：把每一幅图像的搜索区域分别用制作特征模板所采用的微分法提取图像边缘或边缘检测算子提取图像边缘的方法进行处理，得到每幅图像搜索区域对应的目标搜索区域；

(7-7)、对第1幅图像到最后一幅图像：采用相关函数的模板匹配方法依次在处理后的目标搜索区域内用特征模板逐点进行搜索匹配，相关度值的数学表达式：

R(i,j)=Σm=1MΣn=1N[Si,j(m,n)×T(m,n)]Σm=1MΣn=1N[Si,j(m,n)]2Σm=1MΣn=1N[T(m,n)]2,]]>S^i，j为在目标搜索区域内搜索时，特征模板所对应的子图，i、j为S^i，j的左上角像点在坐标系中的坐标，i、j的取值范围为目标搜索区域坐标的范围，T(m，n)为特征模板，M、N为模板T的行、列的像素个数，计算出的相关度值R(i，j)，计算特征模板在对应目标搜索区域上的最大相关度值及当相关度值最大时，特征模板重心在坐标系中对应的坐标值或坐标差值；

(7-8)、判断第1幅图像到最后一幅图像是否搜索匹配成功：当每一幅图像的最大相关度值均为0.9～1时，搜索匹配成功，继续下一步；当最大相关度值大于等于0而小于0.9时，搜索匹配失败，转到(7-2)继续执行，直到搜索匹配成功，执行下一步；

(7-9)、对第1幅图像到最后一幅图像：确定匹配处特征模板的重心在直角坐标系中的坐标值或坐标差值X_k^p、Y_k^p，p为图像序列数，p＝1，2，3…最后一幅图像数，k代表特征模板个数，当k＝1时，X₁^p、Y₁^p为坐标值；当k＝2时，X₂^p、Y₂^p为坐标差值；

(7-10)、对第1幅图像到最后一幅图像，分别将X_k^p、Y_k^p和X_1min、X_1max、Y_1min、Y_1max或X_2min、X_2max、Y_2min、Y_2max进行比较，保留特征模板重心坐标在坐标系中的最大、最小坐标值或最大、最小坐标差值：当Xkp>X1max]]>或X_2max，则X_1max或X2max=Xkp;]]>当Xkp≤X1max]]>或X_2max，则X_1max或X_2max＝X_1max或X_2max；当Xkp<X1min]]>或X_2min，则X_1min或X2min=Xkp;]]>Xkp≥X1min]]>或X_2min，则X_1min或X_2min＝X_1min或X_2min；当Ykp>Y1max]]>或Y_2max，则Y_1max或Y2max=Ykp;]]>当Ykp≤Y1max]]>或Y_2max，则Y_1max或Y_2max＝Y_1max或Y_2max；当Ykp<Y1min]]>或Y_2min，则Y_1min或Y2min=Ykp;]]>当Ykp≥Y1min]]>或Y_2min，则Y_1min或Y_2min＝Y_1min或Y_2min；

(7-11)、判断是否已处理完采集到的所有图像：当没处理完所有图像时，读取下一幅图像，并转到第(7-6)步继续执行，直到处理完全部图像；当所有图像处理完时，则执行下一步；

(7-12)、分别计算直角坐标系中横轴X和纵轴Y上的特征模板重心的最大偏移量：X_shift＝X_1max-X_1min，Y_shift＝Y_1max-Y_1min或X_shift＝X_2max-X_2min，Y_shift＝Y_2max-Y_2min；

(7-13)、根据标定参数和最大偏移量换算出被测量跨座式单轨交通轨道梁晃动幅度值：X_length＝X_shift/(1/A)，Y_length＝Y_shift/(1/A)：

(8)、保存处理结果，打印报表；

(9)、等待人工指令是否需要继续测量下一跨座式单轨交通轨道梁：当需要测量下一跨座式单轨交通轨道梁晃动幅度时，则转到第3步继续执行；当不需要测量下一跨座式单轨交通轨道梁晃动幅度时则进行下一步；

(10)、退出程序，结束测量。