[发明专利]非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法及系统

权利要求书

1.一种非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，包括：

获取轮轨外侧结构光照射断面区域图像序列；

针对获取的轮轨外侧结构光照射断面区域图像序列，基于立体视觉测量原理，根据标定参数重建轮轨断面廓形点云序列；

基于重建的轮轨断面廓形点云序列，分区拟合平面，结合多帧信息计算并分解特定平面法向量的角度，得到角度参数；

基于重建的轮轨断面廓形点云序列，结合帧间及几何约束拟合车轮圆，确定轮轨区域关键点和钢轨参考平面，计算轮轨位移参数。

2.根据权利要求1所述的非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，获取轮轨外侧结构光照射断面区域图像序列包括：在采集轮轨结构光图像前，利用标准棋盘格标定板对相机和结构光传感器进行标定；列车通过时触发采集，获取相机视场内的轮轨外侧结构光照射区域图像序列。

3.根据权利要求2所述的非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，根据利用标准棋盘格标定板对相机和结构光传感器进行标定的参数重建轮轨断面廓形点云序列。

4.根据权利要求1所述的非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，计算角度参数包括：

定义坐标系，其中，坐标系的x轴方向垂直于钢轨延伸方向向外，y轴方向平行于钢轨延伸方向，z轴垂直于地面且向上；

基于t时刻的实测点云数据S_t，分区拟合沿z轴方向自上而下的三个平面，分别计算相邻两个平面间的法向量夹角，结合前帧信息，计算得到修正后的夹角；

绕z轴旋转角度为摇头角；绕y轴旋转角度为侧滚角；其中，分别分解修正后的两个法向量夹角，得到各自的摇头角和侧滚角；

根据分解得到的摇头角和侧滚角，计算t时刻摇头角和侧滚角。

5.根据权利要求4所述的非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，计算轮轨位移参数包括：

定义坐标系，其中，坐标系的x轴方向垂直于钢轨延伸方向向外，y轴方向平行于钢轨延伸方向，z轴垂直于地面且向上；

基于t时刻的实测点云数据S_t，分区拟合沿z轴方向自上而下的三个平面，根据三个平面的法向量，计算平面P的方程；

利用角点检测算法，寻找车轮区域特征点，结合多帧运动及几何约束拟合特征点所在的空间圆；其中，所述几何约束为：车轮圆心在z轴方向上存在有限的运动范围；车轮圆半径存在几何先验信息，定义拟合圆，寻找拟合圆上距离平面P最近的点，视为车轮区域关键点；

z轴方向的位移为沉浮量；x轴方向的位移为横移量；其中，计算车轮区域关键点在z轴方向与平面P的欧氏距离得到沉浮量，计算车轮区域关键点在x轴方向与平面P的欧式距离得到横移量。

6.根据权利要求5所述的非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量方法，其特征在于，修正两个法向量夹角α_t和β_t的方程为：

其中和依次为三个平面的拟合误差，表示当前帧的夹角可信度，表示前t-1帧可信度均值，表示前t-1帧夹角均值；

计算t时刻的摇头角λ_t和侧滚角μ_t为：

其中和均为权重系数；

计算平面P的方程为：

其中，分别为三个平面的法向量，(x_i,y_i,z_i)为第i个交点的空间坐标。

7.一种非接触式轮轨动态姿态参数在线视觉测量系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取轮轨外侧结构光照射断面区域图像序列；

构建模块，用于针对获取的轮轨外侧结构光照射断面区域图像序列，基于立体视觉测量原理，根据标定参数重建轮轨断面廓形点云序列；

第一计算模块，用于基于重建的轮轨断面廓形点云序列，分区拟合平面，结合多帧信息计算并分解特定平面法向量的角度，得到角度参数；

第二计算模块，用于基于重建的轮轨断面廓形点云序列，结合帧间及几何约束拟合车轮圆，确定轮轨区域关键点和钢轨参考平面，计算轮轨位移参数。