[发明专利]一种基于图像处理技术的铁路轨道二维地图的创建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像处理技术的铁路轨道二维地图的创建方法。

背景技术

随着高速铁路的发展，列车运行的安全稳定性也要求更高，出现了能够精确有效测量轨道各项静态几何参数的设备——轨检仪；另一方面，基于机器视觉的图像处理技术愈发成熟。本发明结合这俩方面现有的技术成果，提出了一种基于图像处理技术的铁路轨道二维地图的创建方法，用于获取轨道的几何参数，能够提高测量的精度。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对目前现有技术，提出一种基于图像处理技术的铁路轨道二维地图的创建方法，用于测量轨道的轨距及任意弦长的轨向参数。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于图像处理技术的铁路轨道二维地图的创建方法，包括以下步骤：

步骤1：对轨道进行连续拍摄，得到一组连续帧的轨道图像；

步骤2：对拍摄的图片通过几何模型进行校正，将梯形失真的轨道还原成平行轨道；

步骤3：对还原后的轨道图像进行特征匹配，找到需要进行测量的目标轨道；

步骤4：通过对已匹配完成的图片进行拼接，得到目标轨道的完整图像；

步骤5：对此幅完整轨道图像进行边缘化处理，得到轨道的内边缘曲线；

步骤6：建立坐标系，创建轨道外形曲线的二维地图。

所述的方法，所述的步骤1中，对轨道进行连续拍摄，是通过在轨检仪上安装相机，在轨检仪行进过程中同时对轨道进行拍摄。

所述的方法，所述的步骤2中，进行校正的几何模型为：

其中，f是所用相机的焦距，在模型中相机拍摄点S到两张图片的垂直距离都为f，a_i、b_i、c_i(i＝1,2,3)为常数，由方位角元素决定，x,y为拍摄的倾斜图片上的A点在坐标系0～xy中的坐标，x₀,y₀,z₀为校正后的水平图片上A点的构象A₀点在坐标系S～x₀y₀z₀中的坐标。所述的方法，所述的步骤3中进行特征匹配的过程为：

首先从相邻两张图片中提取包括边缘点、角点、交叉点在内的特征点，再利用相似性进行配准，得到两幅图片的衔接关系；

如果第一张轨道图片上A点周围的内容与第二张图片上B点周围的内容相似，则根据A、B点将这两张图片进行匹配；判定内容相似的方法是将第一张图片中预设间隔的两行像素的差值作为特征模板，第二张图片相同间隔计算差值，找到与第一张模板差方和的极小值，极小值处即作为相似点；

其中特征点的提取方法采用Forstner算子进行特征提取，计算像素点(i,j)周围灰度差的绝对值为：

对给定的阈值，若上式中的值都大于阈值，则像素点作为特征点。

所述的方法，所述的步骤4中，进行拼接时，图片重叠度为0.4-0.7，即需要进行拼接的两张图片重叠部分面积的占比为40％-70％。

所述的方法，所述的步骤5中，进行边缘化处理，得到轨道的内边缘曲线的步骤为：

1)将拼接后的轨道图片进行高斯滤波，得到一副处理后的平滑图像。其中二维高斯函数的任意一阶导数为噪声滤波器；

2)计算图像梯度的幅度和方向，检测出图像的边缘；

计算方法如下：

幅度

方向

其中M(i,j)为图像的灰度值，M_x(i,j)和M_y(i,j)是其横纵轴的邻域差。

3)将梯度的幅度值与预设的阈值进行比较，排除极大值点，使边缘细化。

所述的方法，所述的步骤6中，建立坐标系的步骤为：

选取图片中某个特殊点设为坐标原点，通过图幅定向确定坐标的x、y轴，使得二维地图具有大地坐标可量测性；其中特殊点是由轨道CPIII点和控制网确定的已知坐标信息的点。

其中图幅定向具体是通过完整轨道图片四个内图廓点来实现的，四个内图廓点的图像坐标从图像上获取，即整幅图像的四个边界点，获得四个图廓点理论大地坐标后，采用仿射变换模型建立大地坐标和影像坐标之间的解析关系模型；

其中仿射变换模型为：