[发明专利]一种基于视觉测量的轨道变形监测方法

权利要求书

1.一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，建立轨道坐标系：

拟定能够表征轨道位置和扭曲程度的特征点信息，根据轨道设计图纸确定特征点在轨道坐标系上的物理坐标，对各个特征点的物理坐标添加顺序标签；

步骤二，内参数标定：

在安装测量相机前对测量相机进行内参数标定，获得测量相机的内参数矩阵及镜头的畸变系数；

步骤三，特征标记：

对测量相机首次采集到的轨道图像进行特征点提取，手动建立特征点像素坐标与其物理坐标之间的对应关系，标记出各个特征点所在的像素坐标并同该位置对应的顺序标签一起存储在计算机中；

步骤四，图像处理：

利用测量相机继续采集待测路段的轨道图像，利用图像处理方法处理该轨道图像的原始图像以得到仅包括轨道特征区域的轨道特征图像；

步骤五，特征点定位：

提取所述轨道特征图像的特征点的像素坐标，并利用步骤二标定到的畸变系数对该特征点的像素坐标进行去畸变校正以提高特征点定位的精度；

步骤六，特征匹配：

将步骤五测得的所述特征点的像素坐标同步骤三标记到的特征点的像素坐标进行匹配，结合步骤三存储的顺序标签建立步骤五测得的各个特征点的2D像素坐标同其在轨道坐标系上的3D实际物理坐标之间的一一对应关系；

步骤七，轨道空间状态检测：

利用步骤二标定得到的相机内参数矩阵结合步骤六确定的坐标对应关系，利用视觉测量算法得到测量路段轨道的空间状态信息；

步骤八，轨道变形监测：

将得到的测量路段轨道的空间状态信息与根据初始图像解算得到的空间状态信息相比较得到轨道的空间偏移量信息，从而实现轨道的变形程度监控。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤一中，所述的表征轨道位置和扭曲程度的特征点定义方式为：将轨道和轨排结构中位线的交点位置作为特征点所在的位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤一中，以在轨道表面额外粘贴标志片的方式辅助提供特征点信息，在特征点确定完毕后通过添加顺序标签的方式以区分不同的特征点。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤二中，所述的测量相机包括单目相机，测量相机的数目为一个或多个。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤四中，所述的图像处理方法包括利用图像增强、图像分割提取出轨道所在的特征区域，以及通过连通域分析和形态学处理进一步剔除环境噪声的影响。

6.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤五中，提取所述轨道特征图像的特征点的像素坐标具体为：利用中轴变换法获得轨道的骨架结构，将骨架结构中轨道与轨枕的交点作为特征点并提取该特征点所在的像素坐标。

7.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤六中，所述的特征匹配法为最近邻匹配法，以步骤三存储在计算机中的各特征点对应的像素坐标为中心，在一定大小的定位框内检测步骤五提取到的特征点的像素坐标，如果在定位框内有且只有一个特征点被检测到，则将该点作为有效特征点并赋予对应的顺序标签；如果在检测框内没有特征点被检测到或有多个特征点被检测到则判定为匹配失败；间隔一定时间段后重复步骤四到步骤六，若连续匹配失败5次以上则判定该轨道路段存在杂物遮挡的异常情况，将匹配失败的区域标出后，需要进行现场检查和排除。

8.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的轨道变形监测方法，其特征在于：

步骤七中，将所述的测量路段轨道的整体待检路段分为多个子路段，每个检测单元为特征点包络得到的轨道路段，该包络范围的轨道路段视为刚体，其中，各子路段所在区域内所包含的特征点数目不少于6个；可以对测量路段轨道进行分段检测，也可将各段测得的变形信息统计表述为整段测量路段轨道的变形信息。