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1、2014年第33卷第4期傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)27基于機(jī)器視覺的鋼軌輪廓測量方法研究徐晉卿，陳唐龍，占棟，于龍，馮超(西南交通大學(xué)，四川成都610031)摘要：鋼軌輪廓檢測是軌道幾何參數(shù)檢測的重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用二維平面靶標(biāo)對激光攝像傳感器進(jìn)行標(biāo)定，建立世界坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系的標(biāo)定模型。通過棋盤格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，獲取300組數(shù)據(jù)，采用非線性最小二乘法來標(biāo)定模型參數(shù)。結(jié)果表明：采用非線性最小二乘法能夠?qū)⑵灞P格水平和垂直的測量誤差控制在0．3mm
2、左右，該方法能夠很好地運(yùn)用到鋼軌輪廓測量中。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；鋼軌；輪廓；標(biāo)定中圖分類號：TP391．4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-9787(2014)04--0027-04Study0fmeasurementmethodforrailprofile'DaSenl0nmaCn1l●nevi●si●onXUJin—qing，CHENTang·long，ZHANDong，YULong，F(xiàn)ENGChao(SouthwestJiaoTongUniversity，Chengdu610031，China)Ab
3、stract：Railprofiledetectionisakeyanddifficultissueforrailgeometryparametersdetection．LasercamerasensoriScalibratedby2Dplanardronetobuildcalibrationmodelofworldcoordinatesystemandimagecoordinatesystem．Experimentalcalibrationiscarriedoutbycheckerboard，300g
4、roupsofdatasareobtained，andnon—linearleastsquaremethodiSusedtocalibratemodelparameters．Theresultsshowthatthemeasurementerrorofthehorizontalandvertiealofcheekerboardcanbecontrolledaround0．3mmbynon—linearleast—squaremethod．itcallbewellappliedforrailprofile
5、measurement．Keywords：machinevision；rail；profile；calibration0引言1測量原理鐵路鋼軌是支撐列車運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，高速1．1攝像機(jī)傳感器測量模型鐵路軌道在投入運(yùn)營前，都需對鋼軌進(jìn)行高精度檢測。同攝像機(jī)傳感器測量模型如圖1所示。時(shí)鐵路運(yùn)行的速度高、載重量大、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，對鋼軌質(zhì)攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系為0，和分別為圖像量提出更加嚴(yán)格的要求。鋼軌良好的狀態(tài)對確保列車安全坐標(biāo)系的水平和垂直方向，0為攝像機(jī)光心，過點(diǎn)0作直線行駛、改善鋼軌及機(jī)車車輛相互作用和
6、影響以及延長鋼軌OZ垂直于圖像坐標(biāo)系平面，00為攝像機(jī)焦距，OZ為攝像機(jī)部件和機(jī)車車輛使用壽命等都有重要的作用。因此，采用光軸，建立攝像機(jī)坐標(biāo)系oxyz；同理，建立世界坐標(biāo)系合理的檢測方式，確保鋼軌狀態(tài)良好，有重要的意義J。0ⅢYwzⅢ。鋼軌輪廓測量是軌道檢測的重要內(nèi)容，目前非接觸式1．2建立圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的關(guān)系測量在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。本文運(yùn)用基于計(jì)算機(jī)視覺本文鋼軌輪廓測量是采用光切面法，需要首先建立圖的鋼軌輪廓測量方法，開發(fā)了非接觸式鋼軌輪廓檢測系像坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系的關(guān)系J，如式(1)所
7、示統(tǒng)。采用面陣相機(jī)、激光器等模塊化硬件設(shè)計(jì)和圖像處理軟件將輪廓從圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)，滿足實(shí)時(shí)檢測的要求。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性、適應(yīng)性及可移植性J，目前已在杭州地鐵二號線進(jìn)行前期調(diào)試，獲得良好的評其中，，盧分別為攝像機(jī)像元在軸、軸的比例因價(jià)。子，(，。)為攝像機(jī)主點(diǎn)，(Ot，，‰，)為攝像機(jī)內(nèi)部收稿日期：2013-09—15基金項(xiàng)目：國家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011AAllAll02)28傳感器與微系統(tǒng)第33卷／，．．．．。。．。．．．●、＼yZ、、●●●●●●●●／為偏心畸變系數(shù)。rLIl／，
8、．．．。．．．。=．．．．．1．3R參數(shù)求解方法OOf若●_J要建立圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系，就需O盧O口2口508要求取參數(shù)(a，a，?，a。，k一，s。)，則本文采用非線性最‰小，，，二．．．．乘。．=．．法．．．．求．解，于是建立式(8)、式(9)％％一／、、●●●●●●，，．．．．．．．．．．．．．_，／．。．．．．．．．．．．fxi。1E+Ⅱ2y+。3一(Ⅱ7+。8y”+1)F，，_一／y1，(8)L，=n4“+n5Y+r
