[发明专利]一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定装置及使用方法

摘要

本发明公开了一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定装置及使用方法，本发明通过调整摄像机固定台来调整摄像机的位置和角度参数，从而保证摄像机以一个特定的空间位置拍摄标定板，并采用数字图像处理对采集到的标定板图像进行分析处理，该装置综合应用了数字图像采集、处理技术，并采用摄像机标定算法得到摄像机参数。本发明解决了摄像机在轨道边进行摄像机标定的问题，标定板与摄像机在标定过程中没有接触，相互影响小，标定装置易于维护；标定装置可调，并能够实时在线图像采集和处理分析。 1

主权项

1.一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定装置，其特征在于：包括摄像机标定实验箱、摄像机固定台、CCD摄像机、标定板、标定板固定架、轨道、计算机和接近开关；所述的摄像机标定实验箱为四周封闭的箱体，底部固定于地面上，顶部设有通过接近开关触发打开的箱盖，CCD摄像机通过箱体顶部透光区域采集图像；摄像机固定台固定于箱体内，CCD摄像机固定于摄像机固定台上，摄像机固定台为一可调节高度，仰角和偏角的装置，同时可调节在实验箱内的位置；CCD摄像机通过通讯接口与计算机连接；标定板固定架固定于铁轨上，标定板垂直固定于标定板固定架上。

2.根据权利要求1所述的一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定装置的使用方法，其特征在于，该方法具体如下：

标定箱盖接收到由接近开关传递给计算机的开启信号并打开；摄像机接收计算机传递过来的信号，开始对标定板进行图像采集，在视频采集界面上标记摄像机标定算法得到的理论特征点，调整摄像机固定台在实验箱内的位置和空间角度，使摄像机采集到的标定板图像上的实际特征点和视频采集界面上标记的理论特征点重合，保存摄像机采集到的标定板图像；固定摄像机固定台；对保存的标定板图像进行数字图像处理，得到标定板上标定点的实际图像坐标值，再通过计算机中摄像机标定算法处理得到摄像机的仰角、偏角和物距参数；最后保存并显示此参数。

3.根据权利要求2所述的一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定装置的使用方法，其特征在于：所述的在视频采集界面上标记摄像机标定算法得到的理论特征点，具体包括以下步骤：

①空间点坐标与视场平面坐标的转换；

根据摄像机标定模型，已知条件为标定板中心距CCD中心的垂直高度、标定板所在的平面与CCD中心之间的水平距离、CCD与轨道之间的水平距离，以及标定板各标定点之间的距离；

由已知条件得到CCD中心距标定板中心的物距U，空间角度在水平面上的分量，即偏角∠α，在垂直平面上的分量，即仰角∠β；

标定板上的某一特征点坐标为(x₀，y₀)，世界坐标系Xw轴投影到视场平面上时，其投影与视场平面x轴重合，因此在Xw轴上得点在视场平面上的投影点在x轴上；利用三角变换，得到特征点在视场平面上投影的l以及该投影与视场平面横坐标轴的夹角θ，即可求得该特征点在视场平面的坐标(x，y)；

②视场平面坐标与像平面的转换

假定镜头焦距为f，像距为v，放大率为β；特征点物距为u，根据透镜成像公式将视场平面坐标(x，y)转换为摄像机像平面坐标(x_c，y_c)；

③像平面坐标与计算机图像坐标的转换

像平面坐标是以物理尺寸为单位的，根据CCD像素单元尺寸大小d以及像平面几何中心的图像坐标(u₀，v₀)，将像平面坐标转换为计算机图像坐标(u，v)；

根据上述步骤①、②、③，若已知摄像机到标定板平面的物距以及摄像机的空间角度，则通过上述方法得到标定板平面上的特征点在CCD中的理论图像坐标；将由理论的摄像机仰角、偏角和物距经摄像机标定算法得到的标定点上的各个特征点的图像坐标标记在视频采集界面上。