[发明专利]一种基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统及方法

说明书

本发明涉及路基沉降测量技术领域，具体为一种基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统及方法，其目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统及方法；其包括第一摄像机、第一激光器，所述第一摄像机的侧面上安装有第一倾角仪，所述第二可调支架的上表面上安装有第二摄像机和第二激光器，所述第二摄像机的侧面上安装有第二倾角仪，座体的左侧板上设置有第一特征点靶面，所述座体的右侧板上设置有第二特征点靶面，其有益效果在于：根据实际运营情况设计了区别于传统特征点的特征点靶面的位姿测量系统，并结合特定的4特征点靶面提出了一种已知矩形特征点边长的位姿求解方法，能够精确求解靶面与相机之间的相对位姿。

技术领域

本发明涉及路基沉降测量技术领域，具体为一种基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统及方法。

背景技术

路基作为轨道交通工程中的关键部位，是轨道结构、列车载荷的基础承载体系，若存在结构变形不仅会造成轨道发生形变，进而还会造成列车振动严重，甚至出现安全事故问题。因此，为了保证列车安全运营要采取有效措施精确控制铁路无砟轨道线下工程的工后沉降变形问题。传统的监测方法有观测桩法、沉降板法、沉降水杯法和传感器监测法等，这些方法虽然安装方便，但需要人工逐点测量，不能自动监测且成本较高。因此针对铁路路基沉降变形的长期、自动和高精度监测的问题，首先提出了基于激光的摄像机接力测量形变的方法。这是一种新型的、非接触式的即刻式沉降测量方法。利用点激光的准直特性及图像检测技术获取清晰且高质量的激光光斑图像，并通过精确定位光斑图像的中心来反映相对于基准点的路基沉降变形。然而当监测系统长期运营后，由于振动等因素导致相机和靶标发生相对偏转产生测量误差，因此现场需要对靶标和相机进行实时标定。

靶标和相机之间的相对位姿关系有六个自由度，绕X、Y、Z3个轴的旋转和沿3个轴的平移，在路基沉降的检测中垂直方向上的位移变化即为沉降值，所以沿X、Y轴平移不会影响垂直位移，由于相机和靶标安装在统一固定的检测平台上，因此相机与靶标的运动是同步的，不会发生相对的垂直位移变化，因此靶标和相机只有3自由度的相对运动且偏转角度微小，即绕X、Y、Z3个轴的旋转。在现有技术中，提出了基于传递像机的不稳定测量平台向静态基准转换的方法，该方法使摄像测量在不稳定平台上也能高精度进行动态测量，但由于体积太大不能安装在路基沉降监测系统中。还有采用倾角传感器提供多个角度约束，设计了一种单目视觉与倾角传感器组合的测量系统，虽然提高了系统测量精度和稳定性，但在监测成本高，不适用于路基沉降大范围的监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统及方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于特征点位置校正的靶标位姿测量系统，包括座体1，其特征在于：所述座体1的底板101上安装有第一可调支架2和第二可调支架7，所述第一可调支架2与第二可调支架7分别位于底板101 的左侧和右侧，所述第一可调支架2的上表面上安装有第一摄像机3 和第一激光器5，所述第一摄像机3的侧面上安装有第一倾角仪4，所述第二可调支架7的上表面上安装有第二摄像机8和第二激光器 10，所述第二摄像机8的侧面上安装有第二倾角仪9，所述座体1的左侧板102上设置有第一特征点靶面6，所述座体1的右侧板103上设置有第二特征点靶面11，所述第一特征点靶面6、第一摄像机3和第二激光器10位于同一条直线上，即第一摄像机3和第二激光器10 对准第一特征点靶面6，所述第二特征点靶面11、第二摄像机8和第一激光器5位于同一条直线上，即第二摄像机8和第一激光器5对准第二特征点靶面11，所述座体1的后侧板104上安装有嵌入式系统 12，所述第一摄像机3、第一倾角仪4、第二摄像机8和第二倾角仪 9与嵌入式系统12通过电性连接。

所述第一可调支架2和第二可调支架7是一种精密的位移平台，可以模拟实际情况下摄像机与靶面的偏转，它主要是实现6个自由度的变化，即绕X、Y、Z3个轴的旋转和沿X、Y、Z3个轴的平移都可通过位移平台实现。