[发明专利]非接触式钢轨中垂面的测量方法

权利要求书

1.一种非接触式钢轨中垂面的测量方法，其特征在于该方法采用线结构激光器发射激光线扫描钢轨，摄像头采集激光线照射的图像，由微处理器处理得到激光线与钢轨交点的三维空间坐标，根据不同交点的三维空间坐标可以拟合得到两钢轨和钢轨面的坐标方程，并由此得到钢轨中垂面的坐标方程，具体如下：

微处理器(3)控制线结构激光器(1)发射激光线照射钢轨，摄像头(2)将采集到的图像送入微处理器(3)进行处理，由微处理器(3)根据计算机图像坐标系下的二维坐标和世界坐标系下的三维空间坐标之间的转换关系计算出钢轨中垂面的坐标方程；

其中微处理器(3)的控制方法具体如下：

1)打开线结构激光器，使其发射激光线照射钢轨；

2)打开摄像头，拍摄激光线照射处与两钢轨交点的图像；

3)关闭线结构激光器，摄像头拍摄与步骤2)相同位置处的图像；

4)微处理器接收摄像头采集的两幅图像；

5)将两幅图像信号相减，提取激光线照射图像中的激光线；

6)根据计算机图像坐标系下的二维坐标和世界坐标系下的三维空间坐标之间的转换关系，计算得到激光线与钢轨的两个交点的三维空间坐标；

7)转动激光器的发射角度，多次重复过程1)-6)，取得多组激光线与钢轨交点的三维空间坐标；

8)拟合所得多组激光线与钢轨交点的三维空间坐标，得到三维空间坐标中两钢轨和钢轨面的坐标方程；

9)计算得到钢轨中垂面的三维坐标方程。

2.根据权利要求1所述的非接触式钢轨中垂面的测量方法，其特征在于一字线激光器投射出一光平面与待测目标交于线L。如图一所示，P_w是直线L上一点，P_w在世界坐标系O_w-x_wy_wz_w、摄像机坐标系O_c-x_cy_cz_c以及计算机图像平面坐标系Ouv下的对应坐标分别为(X_w，y_w，z_w)、(x_c，y_c，z_c)以及(u，v)。则世界坐标系下的三维空间坐标与计算机图像坐标系下的二维坐标转换关系如下式所示：

suv1=Axcyczc=ARTxwywzw1=αcu00βv0001RTxwywzw1---(1)]]>

其中，s是一个修正因子；R为旋转矩阵，T为平移矢量，R和T决定了摄像机相对于世界坐标系的方向和位置。矩阵A为线性系统的内部参数矩阵，其中u₀和v₀为O_I在计算机图像坐标下的坐标，α和β是横纵坐标轴对应于焦距f的尺度因子或称为有效焦距，c是两坐标轴不垂直因子。