[发明专利]一种基于立体视觉的弓网运行状况在线检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于立体视觉的弓网运行状况在线检测方法，其特征在于：实现步骤如下：

步骤a、设计一套弓网运行状况在线检测系统，包括一套立体视觉的传感器结构体，以及惯性导航系统、与里程计结合的触发装置和处理用高性能服务器，整套检测系统可以实现对于弓网运行状况在线检测；

步骤b、将传感器结构体安置于车顶并和车身内部的服务器和以及惯性导航系统联通，使得系统可以实现根据里程触发下进行最高达到200hz的高速图像同步采集，并在采集的同时进行在线处理获得检测结果；

步骤c、结合全站仪在车顶通过大型高精度靶标进行在线标定，获取立体视觉传感器的标定结果；

步骤d、通过跟踪和检测相结合的图像处理算法，实时的处理采集到的高频图像，对列车运行的弓网状态进行在线监控；

所述步骤d中通过跟踪和检测相结合的图像处理算法，实时的处理采集到的高频图像的实现步骤如下：

（d1）通过检测方法检测出首帧图像中的接触点的位置，检测方法通过快速提取矢量对图像预处理后进行一维模板匹配，可以在精确得到结果的同时有效的应对列车运行时面临的多种复杂背景；

（d2）通过基于相关滤波的核跟踪方法根据首帧图像中的接触点位置对后续图像中接触点位置进行跟踪，选取fhog特征作为跟踪目标的特征描述，增加跟踪的稳定性和快速性；

（d3）对检测和跟踪方法中得到的接触点的位置进行局部角点优化，获得具备亚像素精度的接触点定位结果，并通过判断结果的置信度来将跟踪和检测方法有机的结合起来；

（d4）将图像定位的接触点通过立体匹配重建处三维轨迹，并通过三维轨迹进行接触点位置和受电弓偏移量分析。

2.根据权利要求1所述的基于立体视觉的弓网运行状况在线检测方法，其特征在于：步骤a中设计弓网运行状况在线检测系统的实现步骤如下：

（a1）系统中的立体视觉传感器结构体设计，使用了最高可达500帧频的高速相机，使用corXpress接口进行高速数据传输，内部设置了温度监控和通风换热装置，同时增加了稳定性和密封性考虑，在接口处增加了密封条，保证了整个壳体可以适应车身运行时的振动，保证内部环境相对于外界环境的稳定性；

（a2）系统配有惯性导航系统，可以获得列车运行中的gps以及倾斜度信息，进行受电弓偏移量进一步的分析；

（a3）系统通过里程计进行触发，同时触发高速图像传感器和惯性导航传感器，保证了系统按照里程对于信息的在线采集，也可以用于后期进行汇总。

3.根据权利要求1所述的基于立体视觉的弓网运行状况在线检测方法，其特征在于：步骤c中结合全站仪在车顶通过大型高精度靶标进行在线标定的实现步骤如下：

（c1）在车顶，通过全站仪完成车顶坐标系，弓网坐标系以及相机坐标系的坐标系转换标定，将靶标举于受电弓升弓位置进行立体视觉传感器的单目和多目标定；

（c2）靶标标定时，特征点提取通过像素分布查找，找到目标点邻域附近内的像素级特征点位置，通过对灰度分布泰勒展开，找到实际的一维灰度分布极值点，从而完成亚像素级角点定位；

（c3）通过非线性优化求解实际相机内部参数，通过提取到的特征点求解出的单应矩阵进行优化，并进一步通过张正友方法分解出摄像机内部参数，实现对立体视觉传感器的标定。

4.一种基于立体视觉的弓网运行状况在线检测系统，其特征在于：包括一套立体视觉的传感器结构体，以及惯性导航系统、与里程计结合的触发装置和处理用高性能服务器，整套检测系统可以实现对于弓网运行状况在线检测；将传感器结构体安置于车顶并和车身内部的服务器和以及惯性导航系统联通，使得系统可以实现根据里程触发下进行最高达到200hz的高速图像同步采集，并在采集的同时进行在线处理获得检测结果；结合全站仪在车顶通过大型高精度靶标进行在线标定，获取立体视觉传感器的标定结果；通过跟踪和检测相结合的图像处理算法，实时的处理采集到的高频图像，对列车运行的弓网状态进行在线监控；

所述通过跟踪和检测相结合的图像处理算法，实时的处理采集到的高频图像的实现步骤如下：

（1）通过检测方法检测出首帧图像中的接触点的位置，检测方法通过快速提取矢量对图像预处理后进行一维模板匹配，可以在精确得到结果的同时有效的应对列车运行时面临的多种复杂背景；

（2）通过基于相关滤波的核跟踪方法根据首帧图像中的接触点位置对后续图像中接触点位置进行跟踪，选取fhog特征作为跟踪目标的特征描述，增加跟踪的稳定性和快速性；

（3）对检测和跟踪方法中得到的接触点的位置进行局部角点优化，获得具备亚像素精度的接触点定位结果，并通过判断结果的置信度来将跟踪和检测方法有机的结合起来；

（4）将图像定位的接触点通过立体匹配重建处三维轨迹，并通过三维轨迹进行接触点位置和受电弓偏移量分析。