[发明专利]一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置

说明书

本发明提供了一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置，包括：获取道砟颗粒在多个旋转角度下的多张二维图像；根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张二维图像中道砟颗粒的二维廓形边界图像；根据预设角度采样点以及预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的球坐标系；根据球坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；每一个经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径组成三维廓形；其获取二维图片的测量方式简单，应用设备成本极低，用户操作简单。

技术领域

本发明涉及图形处理领域，具体而言，涉及一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置。

背景技术

道床即铁路轨枕下面，路基面上铺设的石碴(道碴)垫层，主要由道砟颗粒构成，其主要作用是支撑轨枕，将轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对钢轨的冲击，便于排水。

道砟颗粒是构成散体道床的碎石颗粒，散体道床承受轨枕荷载，并将荷载分散传递至下部结构。对道砟颗粒的三维廓形研究具有重要意义，具体体现在如下两个方面：一方面做道床评估，级配优化；另一方面用作散粒体力学仿真的输入。

道砟颗粒的不同规律和不同形状对应的道床性能是不同的，在研究道砟颗粒的规律和形状对道床性能的影响时，相关技术提供了一种道砟颗粒的三维检测廓形检测方法，其采用多相机系统或者相机结合激光扫描系统获取道砟颗粒的高精度三维图像，然后对该三维图像进行处理，得到三维廓形数据，接着通过数学简化的方法对获取的三维廓形数据进行简化计算，得到简单多面体以供研究使用。

实际中，道砟颗粒的检测精度不需要太高，而在上述检测方法中，首先获取高精度的三维图像，并将高精度的三维图像对应的三维廓形数据转化为粗糙模型，存在精度浪费问题，并且，高清相机与激光扫描相结合或者多相机的道砟颗粒图像测量结构获取三维图像同时又对三维图像进行处理得到三维廓形数据的方式还存在算法复杂、成本较高、操作复杂的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置，通过获取多个旋转角度下的二维图像，测量方式简单，应用设备成本低，并且根据二维图像重构道砟颗粒的三维廓形的方法简单且易于操作。

第一方面，本发明实施例提供了一种道砟颗粒三维廓形的检测方法，包括：

获取待检测的道砟颗粒在多个旋转角度下的多张二维图像；

根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张二维图像中道砟颗粒的二维廓形边界图像；

根据预设角度采样点以及道砟颗粒的预设三维廓形边界半径，构建用于描述道砟颗粒的三维廓形表面点的球坐标系；球坐标系的坐标参数分别表示道砟颗粒的经度、纬度和三维廓形边界半径，这三个坐标参数对应的一个点表示道砟颗粒的三维廓形表面点；

根据球坐标系中任意一个点在多个旋转角度下投射到二维平面上的二维投影点与二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定道砟颗粒的三维廓形边界半径；

根据每一个预设角度采样点对应的经纬度以及与每一组经纬度匹配的三维廓形边界半径，确定道砟颗粒的三维廓形。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张二维图像中道砟颗粒的二维廓形边界图像，包括：

从每一张二维图像中提取满足设定色彩明度阈值的像素点，利用明度矩阵存储提取的像素点；

对明度矩阵进行二值化处理，得到明度二值矩阵；明度二值矩阵用于表征道砟颗粒和背景色；