本發(fā)明涉及以采用光學(xué)方法為特征的計量設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種車載鋼軌軌距測量系統(tǒng)及測量方法。
背景技術(shù)：
：在自然因素和列車載荷反復(fù)作用的影響下，軌道不僅容易產(chǎn)生彈性變形，而且經(jīng)常發(fā)生永久變形，形成軌道不平順。軌道不平順可以引起列車各種振動，使輪軌作用力發(fā)生變化，是軌道方面影響列車運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性的控制因素，是軌道結(jié)構(gòu)部件損傷和失效的重要原因。隨著高速鐵路運(yùn)營速度的提升和運(yùn)營規(guī)模的擴(kuò)大，加強(qiáng)軌道動態(tài)檢測，及時掌握軌道狀態(tài)信息，正確指導(dǎo)線路養(yǎng)護(hù)維修，確保軌道交通的運(yùn)輸安全，已成為軌道交通工作中的一項重要基礎(chǔ)工作。軌道軌距作為最基本的軌道幾何參數(shù)之一，一直是軌道檢測的重要內(nèi)容。軌距檢測的關(guān)鍵是如何快速正確的選取軌距特征點以準(zhǔn)確計算軌距值。由于軌道兩端軌距測量點難以選定，當(dāng)前軌距檢測方法大多采用激光三角原理，首先分別采集單端軌道工作邊輪廓，通過對左右軌道傳感器坐標(biāo)與基準(zhǔn)坐標(biāo)標(biāo)定實現(xiàn)軌道工作邊輪廓的圖像融合，最終確定軌距測量點并實現(xiàn)軌距計算。此類方法首先運(yùn)算較為復(fù)雜，每完成一次軌距計算，都需要分別對軌道兩端傳感器與空間坐標(biāo)標(biāo)定、激光輪廓曲線的提取、平滑濾波、軌頭圓弧匹配、軌距計算點提取等空間變換和圖像處理過程，計算量較大。與此同時，動態(tài)檢測過程中，振動噪聲的加劇與噪聲類型的變化使得兩傳感器坐標(biāo)與空間坐標(biāo)標(biāo)定和激光光帶中心的定位算法的魯棒性有待驗證。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種車載鋼軌軌距測量系統(tǒng)及測量方法，所述方法通過幾何變換將兩側(cè)軌距特征點橫移量的測量變?yōu)檐壯す夤獍咧行狞c垂向位移的測量，提高了軌距特征點橫移量值的分辨率，同時降低了振動對軌距特征點的輪軌相對位移檢測的干擾。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種車載鋼軌軌距測量系統(tǒng)，其特征在于：包括第一至第二相機(jī)、第一至第二激光源、第一至第二倒T型固定架和計算機(jī)，所述第一相機(jī)與第一激光源通過第一倒T型固定架固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架上，第一相機(jī)用于以一定的俯角拍攝左側(cè)鋼軌的側(cè)面圖像信息，所述第二相機(jī)與第二激光源通過第二倒T型固定架固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架上，第二相機(jī)用于以一定的俯角拍攝右側(cè)鋼軌的側(cè)面圖像信息；第一至第二相機(jī)分別與所述計算機(jī)電連接，計算機(jī)用于根據(jù)第一相機(jī)和第二相機(jī)采集的圖像提取激光光斑中心點的垂向位置信息，并與激光光斑中心點初始時刻的位置做對比，分別計算兩個時刻左右兩側(cè)激光光斑中心點的垂向移動距離，根據(jù)激光光斑中心點垂向移動距離與輪軌相對橫移的幾何關(guān)系得出輪軌相對橫向移動距離，即輪軌工作邊軌距計算點橫向移動距離，由兩側(cè)輪軌相對橫移量變化的差值，得到軌距變化量，從而求得軌道軌距，由慣性基準(zhǔn)測量單元對所測軌距進(jìn)行調(diào)整，得到垂直于軌道鋪設(shè)方向的動態(tài)軌距。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述第一至第二倒T型固定架包括垂直桿和水平桿，所述垂直桿的上端與所述轉(zhuǎn)向架固定連接，所述垂直桿的下端與所述水平桿固定連接，所述垂直桿垂直于水平面，水平桿與鋼軌平行，所述相機(jī)和激光源固定在所述水平桿上。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述第一至第二相機(jī)的鏡頭和第一至第二激光源的發(fā)射頭軸線所在的平面與鋼軌走向保持垂直，且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面內(nèi)。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述第一相機(jī)和第二相機(jī)采集的圖像信息包括鋼軌軌頭外側(cè)面底線和激光光斑。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述計算機(jī)內(nèi)設(shè)置同步圖像采集卡，所述第一相機(jī)和第二相機(jī)采集的圖像通過所述同步采集卡同步傳輸給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理。本發(fā)明還公開了一種鋼軌軌距測量方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：將第一相機(jī)和第一激光源通過第一倒T型固定架固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架的左側(cè)，將第二相機(jī)和第二激光源通過第二倒T型固定架固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架的右側(cè)，所述相機(jī)用于拍攝相應(yīng)的所述激光源在鋼軌側(cè)面形成的激光光斑以及鋼軌軌頭外側(cè)面底線位置圖像，所述相機(jī)的鏡頭和所述激光源的發(fā)射頭的軸線所在平面與鋼軌走向保持垂直且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面內(nèi)；標(biāo)定靜止時刻左右兩側(cè)激光光斑中心所在對應(yīng)的軌道軌距，并通過計算機(jī)同步獲取第一相機(jī)和第二相機(jī)采集的圖像信息；在機(jī)車運(yùn)動的過程中，計算機(jī)對獲取的圖像信息進(jìn)行分析和處理，實時得到左右側(cè)鋼軌外側(cè)軌頭底線與激光光斑位置信息；將左右側(cè)鋼軌軌頭外底線與激光光斑中心點圖像垂向距離轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H空間距離，對比初始時刻圖像信息，得到兩時刻激光光斑中心點垂向位移，由激光光斑中心點垂向位移與橫向位移的幾何關(guān)系，得到兩側(cè)鋼軌相對于輪對的橫向位移變化即軌距檢測點與輪對的橫向位移，根據(jù)輪對相對于兩側(cè)軌距檢測點位移變化的差值即為軌距變化量；由慣性基準(zhǔn)測量單元采集轉(zhuǎn)向架空間扭轉(zhuǎn)角度信息；根據(jù)基準(zhǔn)軌距、軌距變化量和轉(zhuǎn)向架空間扭轉(zhuǎn)角度信息，進(jìn)行計算得到垂直于軌道鋪設(shè)方向的動態(tài)軌距。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的在機(jī)車運(yùn)動的過程中，計算機(jī)對獲取的圖像信息進(jìn)行分析和處理，實時得到左右側(cè)鋼軌外側(cè)軌頭底線與激光光斑位置信息的方法如下：1)對第一相機(jī)和第二相機(jī)采集的圖像進(jìn)行灰度和濾波處理；2)通過邊緣檢測器提取左右鋼軌軌頭外側(cè)面底線，以激光光斑中亮度最大像素點為種子，采用區(qū)域生長方法和灰度重心法提取激光光斑中心點，分別計算兩側(cè)激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的垂向圖像距離；3)根據(jù)標(biāo)定的圖片單像素表示的實際距離，將上述步驟2)得到兩側(cè)激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的圖像距離轉(zhuǎn)換為垂向?qū)嶋H距離；4)利用基準(zhǔn)軌道軌距、軌距變化量和空間扭轉(zhuǎn)角度信息得到垂直于軌道鋪設(shè)方向的標(biāo)準(zhǔn)軌距。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：取垂直于鋼軌側(cè)面為X軸方向，水平面垂線方向為Y軸方向，鋼軌走向為Z軸方向；第一相機(jī)與第二相機(jī)的鏡頭和第一激光源與第二激光源的發(fā)射頭軸線位于XY平面內(nèi)始終與Z軸保持垂直，且兩個激光源的焦點在垂直Z軸的同一XY平面內(nèi)；所述第一倒T型固定架和第二倒T型固定架的垂直桿平行于Y軸方向，水平桿平行于Z軸方向；在列車最大橫擺范圍內(nèi)分別調(diào)整左右兩側(cè)的激光源的發(fā)射頭軸線使其與XZ平面夾角為θ與β，使激光光斑始終在軌腰范圍內(nèi)移動，同時調(diào)整兩側(cè)相機(jī)鏡頭軸線與XZ平面的夾角為θ1與β1，使激光光斑始終在其圖像中部移動；列車運(yùn)行過程中，所述激光發(fā)射器的水平傾角θ與β和所述相機(jī)的水平傾角θ1與β1固定。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：邊緣檢測器提取左右鋼軌軌頭外側(cè)面底線，以激光光斑中亮度最大像素點為種子，采用區(qū)域生長方法和灰度重心法提取激光光斑中心點，分別計算兩側(cè)激光光斑中心點到鋼軌軌頭底線的垂向圖像距離；設(shè)相機(jī)鏡頭軸心與地面保持θ1夾角，激光發(fā)射器中軸線與地面成θ角，初始時刻固定支架與鋼軌水平距離是l1，檢測時刻固定支架向右移動距離l，此時固定支架與鋼軌水平距離是l2，激光光斑中心點水平位移nn1是實際的輪軌相對橫移，定義初始圖片上的橫向位移s是n點到圖片底部的距離，而輪軌發(fā)生相對位移時另一張圖片上的橫向位移s1是m點到圖片底部的距離，則nn1測量值為nn1＝n1n11*k＝(s1-s)/sin(θ1-θ)*cosθ*k其中，n1m1是nm的實際長度在圖片上所映射的距離；n1n11是nn1的實際長度在圖片上所映射的距離；k是實際距離與圖上距離之比。進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：根據(jù)軌距定義為軌內(nèi)距與輪軌游離量之和即L軌＝L內(nèi)+A1+A2列車運(yùn)行過程中，目標(biāo)測量間距A1與目標(biāo)測量間距A2處于不斷變化中，其變化量分別為ΔA1和ΔA2，ΔA1和ΔA2之和即為軌距變化量，設(shè)車體向右橫移為正，軌距變化量Δ＝ΔA1+ΔA2，將通過第一相機(jī)與第二相機(jī)得到兩側(cè)輪軌相對橫向位移之差作為軌距變化量，則軌距可動態(tài)表示為L軌＝L內(nèi)+A1+A2+Δ。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述方法通過幾何變換將兩側(cè)軌距特征點橫移量的測量，變?yōu)檐壯す夤獍咧行狞c垂向位移的測量，提高了軌距特征點橫移量值的分辨率，同時降低了振動對軌距特征點的輪軌相對位移檢測的干擾，測量精度高。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例所述測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中軌距的定義圖；圖3是本發(fā)明實施例中軌道軌距檢測原理圖；圖4是本發(fā)明實施例中單側(cè)輪軌相對運(yùn)動示意圖；圖5是本發(fā)明實施例中激光點圖像檢測的流程圖；圖6是本發(fā)明實施例中基于激光源的輪軌圖像；圖7是圖6經(jīng)過亮度均衡后的圖像；圖8是本發(fā)明實施例中激光點粗略定位算法流程圖；圖9是圖7經(jīng)閉操作后輪軌圖像；圖10是本發(fā)明實施例中激光點粗略定位結(jié)果圖；圖11是本發(fā)明實施例中激光點精確定位結(jié)果圖；圖12是本發(fā)明實施例中所述檢測系統(tǒng)的相對橫移坐標(biāo)示意圖；圖13是本發(fā)明實施例中所述軌距測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理界面圖；其中：1、第一相機(jī)2、第二相機(jī)3、第一激光源4、第二激光源5、第一倒T型固定架6、第二倒T型固定架7、機(jī)車轉(zhuǎn)向架8、鋼軌9、車輪10、激光光斑。具體實施方式下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制?？傮w的，如圖1所示，本發(fā)明公開了一種車載鋼軌軌距測量系統(tǒng)，包括第一至第二相機(jī)1，2、第一至第二激光源3，4、第一至第二倒T型固定架5，6和計算機(jī)(圖中未示出)。所述第一相機(jī)1與第一激光源3通過第一倒T型固定架5固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架7上，第一相機(jī)1用于以一定的俯角拍攝左側(cè)鋼軌8的側(cè)面圖像信息，所述第二相機(jī)2與第二激光源4通過第二倒T型固定架6固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架7上，第二相機(jī)2用于以一定的俯角拍攝右側(cè)鋼軌8的側(cè)面圖像信息；所述第一相機(jī)1和第二相機(jī)2采集的圖像信息包括鋼軌軌頭外側(cè)面底線和激光光斑。進(jìn)一步的，所述第一至第二倒T型固定架5，6包括垂直桿和水平桿，所述垂直桿的上端與所述轉(zhuǎn)向架7固定連接，所述垂直桿的下端與所述水平桿固定連接，所述垂直桿垂直于水平面，水平桿與鋼軌8平行，所述相機(jī)和激光源固定在所述水平桿上。所述第一至第二相機(jī)1,2的鏡頭和第一至第二激光源3,4的發(fā)射頭軸線所在的平面與鋼軌8走向保持垂直，且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌8走向的同一平面內(nèi)。所述計算機(jī)內(nèi)設(shè)置同步圖像采集卡，所述第一相機(jī)1和第二相機(jī)2采集的圖像通過所述同步采集卡同步傳輸給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理。計算機(jī)用于根據(jù)第一相機(jī)1和第二相機(jī)2采集的圖像提取激光光斑中心點的垂向位置信息，并與激光光斑中心點初始時刻的位置做對比，分別計算兩個時刻左右兩側(cè)激光光斑中心點的垂向移動距離，根據(jù)激光光斑中心點垂向移動距離與輪軌相對橫移的幾何關(guān)系得出輪軌相對橫向移動距離，即輪軌工作邊軌距計算點橫向移動距離，由兩側(cè)輪軌相對橫移量變化的差值，得到軌距變化量，從而求得軌道軌距，由慣性基準(zhǔn)測量單元對所測軌距進(jìn)行調(diào)整，得到垂直于軌道鋪設(shè)方向的動態(tài)軌距?？傮w的，本發(fā)明還公開了一種鋼軌軌距測量方法，所述方法包括如下步驟：S101：將第一相機(jī)1和第一激光源3通過第一倒T型固定架5固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架7的左側(cè)，將第二相機(jī)2和第二激光源4通過第二倒T型固定架6固定在機(jī)車轉(zhuǎn)向架7的右側(cè)，所述相機(jī)用于拍攝相應(yīng)的所述激光源在鋼軌8側(cè)面形成的激光光斑以及鋼軌軌頭外側(cè)面底線位置圖像，所述相機(jī)的鏡頭和所述激光源的發(fā)射頭的軸線所在平面與鋼軌8走向保持垂直且兩個所述激光源的焦點在垂直于鋼軌8走向的同一平面內(nèi)；S102：標(biāo)定靜止時刻左右兩側(cè)激光光斑中心所在對應(yīng)的軌道軌距，并通過計算機(jī)同步獲取第一相機(jī)1和第二相機(jī)2采集的圖像信息；S103：在機(jī)車運(yùn)動的過程中，計算機(jī)對獲取的圖像信息進(jìn)行分析和處理，實時得到左右側(cè)鋼軌外側(cè)軌頭底線與激光光斑位置信息；S104：將左右側(cè)鋼軌軌頭外底線與激光光斑中心點圖像垂向距離轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H空間距離，對比初始時刻圖像信息，得到兩時刻激光光斑中心點垂向位移，由激光光斑中心點垂向位移與橫向位移的幾何關(guān)系，得到兩側(cè)鋼軌相對于輪對的橫向位移變化即軌距檢測點與輪對的橫向位移，根據(jù)輪對相對于兩側(cè)軌距檢測點位移變化的差值即為軌距變化量；S105：由慣性基準(zhǔn)測量單元采集轉(zhuǎn)向架空間扭轉(zhuǎn)角度信息；S106：根據(jù)基準(zhǔn)軌距、軌距變化量和轉(zhuǎn)向架空間扭轉(zhuǎn)角度信息，進(jìn)行計算得到垂直于軌道鋪設(shè)方向的動態(tài)軌距。軌距測量原理：軌道軌距定義為鋼軌踏面下16mm范圍內(nèi)兩股鋼軌工作邊之間的最小距離。目前，我國運(yùn)營鐵路和城市軌道交通的標(biāo)準(zhǔn)軌距為1435mm。如圖2所示，根據(jù)軌距定義為軌內(nèi)距與輪軌游離量之和即L軌＝L內(nèi)+A1+A2(1)列車運(yùn)行過程中，目標(biāo)測量間距A1與目標(biāo)測量間距A2處于不斷變化中，其變化量之和即為軌距變化量(設(shè)車體向右橫移為正)Δ＝ΔA1+ΔA2(2)從而將軌道軌距的測量轉(zhuǎn)化為初始軌距兩側(cè)輪軌相對橫移變化量的測量。該檢測系統(tǒng)采用兩組激光源和攝像機(jī)組合測量軌道兩側(cè)輪軌的相對橫向位移，如圖3所示兩組合分別通過剛性支架固定在轉(zhuǎn)向架上(圖3中，較重的曲線為初始時刻時的所述檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，較輕的曲線表示的是車體向右橫移后的結(jié)構(gòu)示意圖)，其相機(jī)鏡頭和激光源發(fā)射頭軸線所在平面始終與鋼軌走向保持垂直且兩個激光源焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面。為了準(zhǔn)確采集目標(biāo)圖像同時保護(hù)設(shè)備不受損害，需使設(shè)備與地面保持一定的高度和角度。根據(jù)列車最大橫擺范圍分別調(diào)整兩側(cè)激光源發(fā)射頭軸線與水平面夾角θ與β，使激光光斑始終在軌腰范圍移動，同時調(diào)整兩側(cè)攝像機(jī)鏡頭水平角θ1與β1使激光光斑始終在其圖像中部移動。列車運(yùn)行過程中，激光發(fā)射器水平傾角θ與β和攝像機(jī)水平傾角θ1與β1固定，由于激光源和攝像機(jī)相對于轉(zhuǎn)向架保持不動，當(dāng)兩側(cè)輪對相對于初始時刻產(chǎn)生橫向位移l與L時，激光源和攝像機(jī)就會相對軌道進(jìn)行移動l與L，同時激光光斑就會在軌道側(cè)面上產(chǎn)生縱向移動(m點→n點)(M點→N點)。光斑的中心點縱移與輪對橫移存在幾何關(guān)系，因此選取激光光斑中心點相較初始時刻在圖片上縱坐標(biāo)位置變化來計算兩側(cè)輪軌的橫向位移值，由于兩個激光源焦點在垂直于鋼軌走向的同一平面，從而此刻兩側(cè)橫向位移的變化量的差值即為相對于初始時刻的軌距變化量Δ，則軌距可動態(tài)表示為L軌＝L內(nèi)+A1+A2+Δ(3)圖像位移變換：系統(tǒng)中機(jī)車轉(zhuǎn)向架相對軌距檢測位置橫向移動與兩側(cè)輪軌相對橫移保持一致，因而兩側(cè)激光光斑中心點垂向移動位移與其垂直于鋼軌走向平面作用邊中軌距特征點的輪軌相對位移數(shù)值相對應(yīng)。為了更直觀的表現(xiàn)轉(zhuǎn)向架的水平移動(以左側(cè)裝置為例)，如圖4所示，將初始時刻與檢測時刻的左側(cè)檢測設(shè)備位置與鋼軌的實際位移表示為圖中軌道相對檢測設(shè)備的水平相對橫移量，從而通過激光光斑中心點的移動建立前后兩個時刻轉(zhuǎn)向架與軌道相對橫向位移關(guān)系模型。設(shè)攝像機(jī)鏡頭軸心與地面保持θ1夾角，激光發(fā)射器中軸線與地面成θ角，初始時刻固定支架與鋼軌水平距離是l1，檢測時刻固定支架向右移動距離l，此時固定支架與鋼軌水平距離是l2，激光光斑中心點水平位移nn1是實際的輪軌相對橫移，定義初始圖片上的橫向位移s是n點到圖片底部的距離，而輪軌發(fā)生相對位移時另一張圖片上的橫向位移s1是m點到圖片底部的距離，nn1測量步驟如下：n1m1＝(s1-s)/sin(θ1-θ)(4)n1n11＝n1m1*cosθ(5)nn1＝n1n11*k＝(s1-s)/sin(θ1-θ)*cosθ*k(6)其中，n1m1是nm的實際長度在圖片上所映射的距離；n1n11是nn1的實際長度在圖片上所映射的距離；k是實際距離與圖上距離之比。然后結(jié)合右側(cè)輪軌橫移數(shù)據(jù)計算得出垂直于軌向同一平面內(nèi)左右檢測設(shè)備相對于軌距檢測點的位移變化量即兩側(cè)輪軌相對位移變化量，進(jìn)而可進(jìn)行軌距的計算。圖像檢測：為了準(zhǔn)確得到兩側(cè)圖像中激光光斑中心點位置，對圖像先進(jìn)行直方圖均衡化處理，增大圖像明暗對比度，然后用了基于閾值分割的激光點粗略定位方法找到了激光光斑中亮度最大像素點，以該像素點為種子，采用區(qū)域生長方法搜尋整片激光區(qū)域的像素位置，最后通過灰度重心法實現(xiàn)了激光光斑中心點精確定位，并得到了良好的檢測結(jié)果。整個激光區(qū)域的中心點坐標(biāo)檢測步驟流程如圖5所示。直方圖均衡化：直方圖均衡化主要是對圖像中像素個數(shù)多的灰度級進(jìn)行擴(kuò)寬，壓縮那些像素個數(shù)少的灰度級，有利于提高原圖像的對比度。輪軌圖像經(jīng)過直方圖均衡化后，其結(jié)果如圖6-7所示，圖像對比度明顯增強(qiáng)了，有利于后續(xù)的激光點提取?；陂撝捣指畹募す恻c粗略定位：基于閾值分割的激光點粗略定位是先粗略的標(biāo)出激光區(qū)域在圖像中的位置，即找到位于激光區(qū)域中一個點。粗略定位的處理過程依次經(jīng)過了閉操作、圖像亮度最大點選取及鄰域判別和亮度最大激光點確定這三個步驟，整個激光點粗略定位的算法流程如圖8所示。閉操作是先膨脹后腐蝕的結(jié)果，數(shù)學(xué)上，A被B的形態(tài)學(xué)閉操作記做A·B：圖9是輪軌圖像經(jīng)閉操作后的結(jié)果，其提高了整個激光區(qū)域像素值的亮度值，去除了區(qū)域中低亮度像素點，更有利于后續(xù)找到這個激光區(qū)域所在的位置。圖像亮度最大點選取及鄰域判別首先是在圖片中找到滿足激光點RGB模型(R>200，B>200，G>200)的點A，由亮度公式：T＝R*0.299+G*0.587+B*0.114(8)計算亮度T0后再搜尋下一個滿足激光點模型的圖像點B，計算亮度T1，比較T0和T1亮度值大小取其最大值，判斷該點5×5鄰域中滿足激光點模型的個數(shù)是否大于16，如果不滿足條件則搜尋下個激光點，否則更新當(dāng)前激光點位置，繼續(xù)搜尋下一個激光點位置，如此反復(fù)直到滿足條件則結(jié)束搜尋。通過這種方式，滿足條件的亮度最大點位置將被找到，激光點粗略定位結(jié)果如圖10所示。其中，檢測出的點的坐標(biāo)是x＝1487,y＝1068，位于原來白色激光區(qū)域的右側(cè)，顯然檢測結(jié)果不是很準(zhǔn)確?；陂撝瞪L的激光點精確定位：激光紅點區(qū)域的粗略定位搜尋到整片激光區(qū)域中亮度最大的像素點。但為了準(zhǔn)確計算車輪橫向偏移的距離，需要知道整個激光區(qū)域中位于中心點的坐標(biāo)。由于激光紅點具有很好的方向性和高亮度，能量高度集中，所以可以通過區(qū)域生長算法尋找激光點光斑區(qū)域位置，再通過灰度重心法求出激光點光斑中心點坐標(biāo)。區(qū)域生長實現(xiàn)的步驟如下：1)將上一節(jié)激光粗略定位結(jié)果的最大亮度點設(shè)為種子像素點(x0,y0)；2)以(x0,y0)為中心，考慮(x0,y0)的8鄰域像素(x,y)，如果(x,y)滿足激光點模型，將(x,y)與(x0,y0)合并在同一區(qū)域，并且將(x,y)壓入堆棧；3)從堆棧中取出一個像素，以它為種子點(x0,y0)返回到步驟2)；4)當(dāng)堆棧為空時，返回到步驟(1)；5)重復(fù)步驟1)-4)直到圖像中的每個點都有歸屬時，生長結(jié)束。輪軌圖像通過區(qū)域生長算法得到了激光點在圖像中映射的所有像素點(xi,yj)，由式(8)計算各個像素點亮度Tij，通過灰度重心法(其中，激光光斑區(qū)域xi表示第i行的坐標(biāo)且x∈(1,m)，yj表示第j列的坐標(biāo)且y∈(1,n)，m,n∈(光斑區(qū)域),Tij表示第i行第j列的像素點灰度值)可得到激光光斑區(qū)域的中心點坐標(biāo)。輪軌圖像在經(jīng)過精確定位后的結(jié)果如圖11所示，檢測所得點的坐標(biāo)為x＝1456,y＝1058居于白色激光區(qū)域的中心，檢測結(jié)果較為精確。實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析:為了測試基于激光源的軌道軌距測量系統(tǒng)的性能，本實驗通過一個長10m的1:3機(jī)車轉(zhuǎn)向架測試平臺模擬車輛運(yùn)動進(jìn)行動態(tài)軌距測量。如圖12所示，在轉(zhuǎn)向架模擬運(yùn)動的過程中，該實驗以初始時刻機(jī)車所在位置為基準(zhǔn)位置且此軌距測量點軌距為初始值進(jìn)行定量左右各5次橫向擺動檢測軌距變化。在Linux系統(tǒng)環(huán)境下搭建一個基于OpenCV的Qt檢測系統(tǒng)軟件，圖像數(shù)據(jù)處理界面如圖13所示，結(jié)合使用軌距尺人工設(shè)定的數(shù)值與軌距檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并改變軌距進(jìn)行多次重復(fù)試驗。本實驗的軌距測量誤差為檢測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之差，由于兩側(cè)檢測數(shù)據(jù)是圖像上的像素值，轉(zhuǎn)為實際距離時需要先計算圖像采集時圖像距離與實際距離的比例關(guān)系。經(jīng)過現(xiàn)場測量左側(cè)圖像1像素對應(yīng)實際距離約為0.092mm，右側(cè)圖像1像素對應(yīng)實際距離約是0.093mm。經(jīng)過軟件測試分析，軌道軌距測量系統(tǒng)檢測誤差如表1所示。表1軌距檢測數(shù)據(jù)分析mm檢測次數(shù)設(shè)定軌距測量均值測量誤差總不確定度(P＝0.95)誤差范圍10474474.400.400.110.29-0.5110477477.430.430.090.34-0.5210480480.510.510.170.34-0.6810483483.470.470.100.37-0.5710486486.380.380.140.24-0.55從誤差結(jié)果分析來看，通過所述測量系統(tǒng)所得軌距測量誤差范圍在±0.7mm之內(nèi)，檢測誤差較小，能精確的檢測出軌道軌距且滿足高速軌道±1mm檢測誤差要求。同時在保證檢測精度前提下，簡易性與適用性較現(xiàn)有技術(shù)有了一定提高。當(dāng)前第1頁1 2 3