轨检车激光摄像式检测技术

• 共线方程是一空间直线方程，是摄影测量学中 最基本的表达式，它描述了全局坐标系与图像 坐标系的关系，即用数学关系式表示了物点、 光点和像点必须在同一直线上。
• • • 单摄像机应用：如果光心和像点已知，就可以确定光心和像点组成的唯一射线 双摄像机应用：解联立方程可得空间物点的坐标 多摄像机应用
轨道检测全局坐标系

xi (ui2 vi2 )

T
检测系统构成
• 高速数字摄像机
– 图像数字化 – 滤波处理 – CameraLink 输出
• 图像采集 • 图像处理 • 参数提取
• 高速采集处理卡
– 采集图像数据 – 编程处理图像
• 计算机主机
– 编程处理图像 – 参数提取，信息存贮
数学形态学简介
• 数学形态学诞生于1964年，现已经构成一种新 型的图像处理方法和理论，并发展成为图像处 理的一个主要领域。 • 应用于图像增强、分割、恢复、边缘检测、纹 理分析、可理分析、特征生成、骨架化、形状 分析、压缩、成分分析及细化等诸多领域。 • 基本思想是利用一个结构单元去探测一个图像， 看是否能够将这一结构单元很好的填放在图像 的内部，同时验证填放结构元素的方法是否正 确。
图像处理技术在轨道检测中的应用
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93年澳大利亚的交流：Ben Heij先生，Electrologic Pty 公司， RAILSCAN轨道测量系统。 95年引进五套轨距轨向：E. H. REEVES & ASSOCIATES, INC. Laserail & LaserWheel Systemes. 96年引进KLD的断面检测设备, KLD Labs, Inc. Optical Rail Inspection & ANalysis (ORIAN) system. 2000年综合车上引进RA的轨检系统, Laserail Rail Profile & Gauge Measurement Systems Imagemap, Laserail, Laserail 3000, UGMS ENSCO, Laser Gage and Rail Profile Measurement Systems MERMEC, Rail Profile measuring system ……
形态学基本概念
• • • • • • • 平移 腐蚀 膨胀 开运算 闭运算 击中击不中运算 细化
形态学腐蚀
A A被B腐蚀
B
形态学膨胀
A A被B膨胀 B
形态学细化
• 结构元素对：B=(E,F)，E、F是两个不相 交的结构元素 • 击中击不中运算差集：利用结构元素对B 对集合S作击中击不中运算，再用S减去 该运算的输出。 • 细化：利用结构对序列B1~Bn对集合S迭 代地产生击中击不中运算差集输出，最 终得到细化的结果。
xc xw r11 y R y T r c w 21 r31 zc zw r12 r22 r32 r13 xw t x y t r23 w y r33 zw t z
计算机视觉系统中图像处理技术 方法 的发展变化
• 计算机视觉技术开始于60年代初（50年代时归 入模式识别），许多重要进展是80年代在取得 的。 • 80年代是图像处理的硬件时代，软件只能做事 后处理。 • 90年代后，软件承担了越来越多的图像处理任 务。 • 当Intel公司和其它公司一起推出PCI总线接口 标准，以及Intel公司相继推出MMX和SSE技术 后，软件方法成为了图像处理的主要手段。
di R 2 di R 2
计算中垂线的偏角
1 0 (i i ) n i 1
n
Imagemap的方法
• 在轨腰部分从左侧上部 的点开始，以最短的距 离在轨腰的右侧寻找对 应的点形成点对，对整 个轨腰的中间部分点对 进行最小二乘拟合计算， 得到钢轨中心线。 • 用曲线匹配方法找圆心， 匹配质量因子判断准确 程度
• T是全局坐标系原点在摄像机坐标系中的坐标 • R是正交变换矩阵，是三个角度的余弦组合 • 6个外部参数：三个角度和三个原点值
• 图像坐标系与摄像机坐标系变换关系
X fxc / zc Y fyc / zc
• 图像物理坐标和图像像素坐标的转换关系
u u0 X / d x s x X v v0 Y / d y s yY
• 已知平面(光平面)方 程
zw 0
坐标变换关系
a1u a2 v a3 x c1u c2 v 1 b1u b2 v b3 y c1u c2 v 1
（最小二乘法）标定方程
xi2 xi yi xi 0 0 0 x 2u i i xi yi ui xi ui xi yi yi2 yi 0 0 0 xi yi ui yi2ui yi u i ui xi yi 1 0 0 0 xi ui yi u i xi vi 0 0 0 xi2 xi yi xi xi2 vi xi yi vi yi vi 0 0 0 xi yi yi2 yi xi yi vi yi2 vi vi 0 0 0 xi yi 1 xi vi yi vi a1 xi yi ui yi2ui a2 a3 xi ui yi u i 2 xi vi xi yi vi b1 b2 xi yi vi yi2 vi xi vi yi vi b3 xi2 (ui2 vi2 ) xi yi (ui2 vi2 ) c1 2 2 2 2 2 xi yi (ui vi ) yi (ui vi ) c2 xi2ui xi yi ui yi (ui2 vi2 )
• • •
摄影测量基本原理 轨道检测中的图像处理方法 轨道参数的提取
摄影成像关系
• 像点是物点和光心的连线与图像平面的交点。 即像点、物点和光心共线。
光心
建立空间坐标系，用数学式描述 成像关系
• • • 全局坐标系 摄像机坐标系 图像坐标系
– 图像像素坐标系 – 图像物理坐标系
全局坐标系与摄像机坐标系变换 关系
• 摄像机的内部参数
共线方程
X r11 xw r12 yw r13 z w t x f r31 xw r32 yw r33 z w t z Y r x r y r z t 21 w 22 w 23 w y f r31 xw r32 yw r33 z w t z
图像处理主要过程
轨道参数提取
• 直接寻找轨距点 • 寻找底角圆弧的 圆心 • 确定钢轨中垂线 的偏转角 • 计算磨耗值
寻找底角圆弧圆心
• 一组点 • 由首位两点解出 圆心 • 其他点的隶属度 • 判据
P 1, P 2 ,, P n
P 1, P n, R
0, 1 k , 1 (d R) 2 i i 2,3,百度文库, n 1.
轨道检测中激光摄像式检测技术
• 基于图像处理的轨道检测技术主要涉及：摄影 测量学、图像处理学、计算机视觉。 • 摄影测量学：通过分析摄影得到的光学图像而 进行的各种几何参数和其它参数的测量。 • 图像处理学：研究实现从一种图像到另一种图 像转换的方法和技术。 • 计算机视觉：使用摄像机获取图像，通过对图 像的实时处理分析进行对目标测量、识别、跟 踪或控制。 • 轨道检测系统是应用摄影测量学的基本原理和 图像处理学的技术方法进行轨道检测的计算机 视觉系统。
RAILSCAN的方法
• 用曲线匹配的方法寻 找内侧和外侧的圆心 • 两圆心连线的中垂线 即为钢轨的中垂线