[发明专利]一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法。

背景技术

铁路的状况与安全性密切相关，特别是对于高速列车更加重要。钢轨的定期检测对于合理计划和保持低的维护成本是非常重要。在钢轨磨损和变形早期进行测量有助于制定更好的维护时间表。近年来，随着我国铁路大提速、客货运量和行车密度的大幅度增长，钢轨磨耗日益严重。为了满足铁路运输的高速发展，快速、高精度地测量钢轨磨耗值是国内外铁道部门一直在深入研究的一个重要课题。

根据检测方式的不同，现有钢轨磨耗测量装置大致可以分为接触式和非接触式测量装置。其中接触式测量装置的测量精度高，但操作复杂，测量效率低，不适合在线测量。非接触式测量装置适合动态测量。目前具有代表性的产品有美国ImageMap公司的Laserail 3000轨道测量系统和综合检测车、意大利的Roger2000综合检测车、日本East-i综合检测车等。但现有检测方式存在设备成本高、结构复杂、计算结果繁杂等问题。

公开号为CN101144714A、发明名称为“一种钢轨磨耗综合参数车载动态测量装置及方法”的中国专利申请中，公开了一种光栅结构光视觉传感器测量钢轨垂直磨耗、侧边磨耗及波浪磨耗的装置及方法。该发明所述装置及方法，在无需提高图像采集硬件性能的情况下，即可提高采集密度，从而满足波浪磨耗在线动态测量要求。但该方法需要提取轨头和轨腰处全部光条中心，因此计算速度较慢，同时由于轨腰处部分光条在测量中会受固定钢轨的螺栓的遮挡，因此这些光平面无法测量钢轨磨耗值。因此找到一种可以解决多光条钢轨磨耗测量中存在的速度慢，光平面容易受到遮挡等问题的钢轨磨耗测量方法是非常迫切和必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，能快捷地确定出钢轨的磨耗值。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，包括：

光栅结构光视觉传感器投射两个以上相互平行且垂直于钢轨轴向的光平面，在光栅结构光视觉传感器的图像中任意选取一个光平面投射到钢轨轨腰及轨头的光条的图像，提取钢轨轨腰处光条中心点的图像坐标，根据光栅结构光视觉传感器的数学模型计算所选取的光条中心点在光平面坐标系下的坐标数据，并拟合得到轨腰的大圆及小圆的圆心坐标；

计算所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵；在标准钢轨截面轮廓坐标系下确定钢轨的垂直磨耗及水平磨耗的约束点，使钢轨的垂直磨耗值及水平磨耗值均在约束点之间的连线上；

根据所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

在所选取的钢轨轨腰及轨头的光条所在的图像平面中，分别确定垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为所测钢轨的磨耗值。

优选地，在光栅结构光视觉传感器的图像中，其余光平面所投射处的钢轨的磨耗值的确定包括：

选取其余光平面中的一个，利用前述光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及当前所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

分别确定垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与当前所选取钢轨轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为当前所测钢轨的磨耗值。

优选地，每个光平面所在的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的转换矩阵通过标定的方式事先确定的；