[发明专利]一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定方法

说明书

本发明公开了一种机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定方法，本发明的摄像机标定方法包括以下步骤：根据机车轮对磨耗参数检测方法建立摄像机标定模型、由摄像机标定算法得到标定板特征点的理论图像坐标、固定安装与图像采集、图像特征点实际坐标求取、摄像机位置参数计算、保存标定参数。该方法为针对机车轮对磨耗检测，并要求摄像机在特定位置对目标进行拍摄的情况提出的摄像机标定方法，该方法可操作性良好，精度高，标定过程耗时少，针对该方法的标定板图像特征点提取算法更简化了摄像机标定的实际操作，符合机车轮对磨耗检测的摄像机标定要求。

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种用于参数检测的摄像机标定方法，具体用于轨道交通中机车轮对磨耗参数检测的摄像机标定方法。

背景技术

轮对是机车与铁轨直接接触的重要部件，机车在行驶过程中，轮对轮缘和踏面部位不断与铁轨发生摩擦，会使这两个部位不断磨损，导致机车运行不平稳，甚至引发安全事故。因此，及时检测轮对轮缘，踏面的磨损情况，对于机车的行车安全是十分必要的措施。在轮对磨耗检测方面，我国由于起步较晚，大多停留在人工检测，主要靠卡尺的测量记录数据，人工测量数据量大，效率低并且在检测中不可避免的带入人工测量误差，导致结果的不可靠和不稳定。

目前国内外用到的摄像机标定方法为利用三维立体靶标的摄像机标定、自标定技术和张正友标定方法。前者如直接线性变换方法、利用透视变换矩阵的摄像机标定方法、Tsai两步标定方法，这些标定方法的标定结果取决于摄像机的初始给定值，如果给定不恰当，很难通过优化程序得到正确的标定结果，而且优化程序非常费时，无法实时得到标定结果，且这些方法对设备的复杂度要求很高，很难适用于工业现场多变的环境；自标定技术不用标定板，需要在静态的场景中移动摄像机来拍摄场景中的物体，不符合轮对检测中摄像机固定的要求；而介于这两者之间的张正友标定方法，需要移动标定板或者摄像机来拍摄几幅靶标图像，同样不符合摄像机固定的要求。

发明内容

本发明针对轮对磨耗检测的方法特点，建立特定的摄像机标定模型，设计摄像机标定算法，求取摄像机拍摄标定板时候的空间位置参数，空间位置参数包括摄像机的仰角、偏角以及CCD中心相对于标定板中心的物距，准确得到这些参数是后续求取轮对磨耗参数的重要保证。

本发明采用的是基于摄像机图像采集技术的非接触检测方法，通过分析摄像机拍摄机车在特定时刻运行到特定位置的轮对图像，得到轮对的轮缘、踏面的磨耗参数信息，这就要求保证摄像机在固定的位置，以固定的角度对轮对以一定的物距进行拍摄，而且轮对检测对精度要求很高，因此轮对磨耗检测中摄像机标定起着至关重要的作用。

本发明的摄像机标定方法包括以下步骤：根据机车轮对磨耗参数检测方法建立摄像机标定模型、由摄像机标定算法得到标定板特征点的理论图像坐标、固定安装与图像采集、图像特征点实际坐标求取、摄像机位置参数计算、保存标定参数。

各步骤的具体内容是：

(1)根据机车轮对磨耗参数检测方法建立摄像机标定模型的步骤为：

①标定板的设计。

在摄像机标定过程中需要设计一个标定板来作为标定参照物。标定板的正面设计图案由若干个大小不等的矩形框组成，都以中心十字叉为几何中心，矩形框角边以及边线中心都设有十字叉，并且矩形边框与十字叉等宽。摄像机的视场能覆盖矩形框，标定板中心十字叉的空间位置设计为摄像机光轴与轮对的交点，即视场中心。在现场标定中，标定板垂直固定于轨道面上。

②标定板与CCD的位置关系。

标定板设于轨道上方，标定板中心十字叉中心到轨道上平面(即标定板底部)距离为m1；摄像机设于轨道下方，摄像机CCD中心到轨道上平面的距离为m2，到标定板所在的平面距离为m3，到轨道内侧面的距离为m4。