[发明专利]一种基于连续帧图像拼接的轨道长弦测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于连续帧图像拼接的轨道长弦测量方法。

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，列车运行速度越来越快，这对轨道平顺性的要求也不断提高。然而，受到铁路修建、地理环境以及列车运行等因素的影响，轨道的平顺性并不能一直保持在预期的要求范围内，这会严重影响列车的安全运行，因此，需对轨道平顺性进行检测，及时发现故障进行处理，保证列车的安全运行。

因此，确保轨道有良好的平顺性是十分必要的，轨向的测量是轨道平顺性检测的一个重要指标。目前轨向测量的方法主要有常规法和弦测法，常规法测量中需要人为的拉一根长弦进行测量，这样效率低且工作量大；弦测法目前应用最为广泛的，通过轨检仪测得一短弦的轨向不平顺，再将所得值转换成长弦的轨向不平顺，即“以小推大”。这种测量方法在长弦的测量中，若短弦存在误差，则在长弦的推算中这个误差就会一直积累，在20m或更长的弦测量中，其误差积累效果变得很明显，测量偏差较大，不能满足检测要求。因此，一种高效、自动、智能的轨向平顺性检测方法成为必要。

发明内容

鉴于上述轨检仪在长弦测量上存在的问题，本文提出了一种基于连续帧图像拼接的轨道长弦测量方法，利用数字图像处理和数字摄影测量技术分析相机拍摄的轨道图片，很好的解决目前长弦测量的误差累积问题，提高了长弦测量精度，高效、自动、智能的完成检测任务。

本发明的技术方案主要通过如下步骤实现：

一种基于连续帧图像拼接的轨道长弦测量方法，包括以下步骤：

步骤1，采集连续多帧拍摄的轨道近景影像，根据图像拼接的精度和序列图像的重叠度的关系，取图像合适重叠度值，使图像拼接对轨向的误差影像最小，然后根据重叠度求出两幅图像之间的间隔，进而从原序列图像中抽取出用于拼接的新的序列图像；

步骤2，对所提取的新的序列图像进行消除拍摄设备镜头畸变影响的矫正处理；

步骤3，对步骤2得到的矫正后的图像再进行几何矫正处理，以将倾斜视角图像转变为俯视角度图像；

步骤4，将步骤3得到的俯视角度图像进行图像拼接，形成一幅铁路轨道长图；

步骤5，对步骤4所得到的铁路轨道图像使用边缘检测的方法，提取轨道图像的边缘图像；

步骤6，对步骤5得到的边缘图像进行滤波处理，降低图像中的噪声干扰，消除横向之间连接的边缘，剔除像素个数小于设定阈值的边缘线段，拟合出轨道内边缘；

步骤7，利用步骤6所得到的轨道内边缘图像结合坐标解算，得到任意弦长的铁路轨道轨向测量。

所述的方法，所述的步骤1中，连续多帧拍摄的轨道近景影像，是通过在轨道上设置相应摄像设备，并沿轨道移动进行动态拍摄所得到的。

所述的方法，所述的步骤1中，根据图像拼接的精度和序列图像的重叠度的关系，取图像合适重叠度值的步骤包括：

根据图像拼接的精度a和序列图像的重叠度c的关系a＝f(c)，整个的拼接共有条接缝，其中L_a表示要拼接图像的总长度，L_c为重叠区域长度，L为一幅图像的长度；取每条接缝取处的误差为X_i(i＝1,2,…,m)在(-a,a)内服从均匀分布，拼接图像的整体误差通过计算整体误差的期望值E(Y)的最小值，确定最佳图像重叠度值，其中a取0.2mm。

所述的方法，所述的步骤1中，根据重叠度求出两幅图像之间的间隔，是通过以下公式计算：

其中c为重叠度，L₀为用于拼接的两幅图像之间的间隔，L为拍摄到的轨道图像的长度。

所述的方法，所述的步骤1中，从原序列图像中抽取出用于拼接的新的序列图像的步骤包括：

根据重叠度求出两幅图像之间的间隔L₀＝L-cL，每隔张图像抽取一张作为新的图像序列，其中N为原图像序列总张数，c为重叠度，L为拍摄到的轨道图像的长度，L_a表示要拼接图像的总长度。

所述的方法，所述的步骤2中，进行消除拍摄设备镜头畸变影响的矫正处理包括以下步骤：

镜头径向畸变表达式为：

其中(Δx,Δy)为径向畸变差，(x，y)为畸变图像中的点坐标，(x₀,y₀)为畸变中心坐标，k₁，k₂，k₃为畸变系数，r为畸变半径，