[发明专利]一种单目相机结合激光扫描的钢轨定位方法

说明书

本发明公开一种单目相机结合激光扫描的钢轨定位方法，涉及轨道交通领域，其先利用单目相机全局性强的优点，获取钢轨所在环境的全局特征获取钢轨角点信息，并根据角点信息对钢轨进行编号，而后利用激光扫描高精度、高稳定性的特点对相应编号的钢轨进行边缘特征扫描获取钢轨坐标，并在扫描一定长度后进行均值化处理获取钢轨的三维坐标，从而能够精确的对钢轨进行抓取。本发明采用单目结合激光扫描的方式，将两者的优势进行互补，摒除缺点，既实现了大环境下的特征判定，又实现了局部的边缘特征提取，既保证了钢轨识别的高效性，又实现了钢轨抓取的高精度。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体公开了一种单目相机结合激光扫描的钢轨定位方法。

背景技术

线激光扫描仪通过扫描可以获取线激光方向以及激光发射方向这两个方向的信息。通过编码器触发、或者匀速运动等方式，可获得行进方向的距离信息。以此可获得扫描目标物体的三维信息。线激光扫描仪相比单目具有定位精度高、稳定性好等优点。但在某些情况下，例如在钢轨的抓取过程中，若不对所有钢轨进行扫描，或在抓取钢轨前不对钢轨所在环境进行扫描，难以由局部的特征判定获得所需抓取钢轨的位置。且受限于线激光扫描仪需要其他设备带动等特性，会进一步导致处理速度变慢，而若不对扫描后的物体进行三维重建，扫描结果的可视性效果也相对较差。

考虑到上述问题，可以将单目与激光扫描仪进行互补。相对于激光扫描仪，单目因其原理的局限性造成定位精度较低，但可对所需定位的钢轨进行全局性判定，并且可视化效果好，可以直观看到拍摄的图像和处理后的图像效果，而后再利用激光扫描对所需抓取的钢轨进行精确定位。

发明内容

为了解决利用激光定位进行钢轨抓取时全局性不强、可视效果差的问题，本发明将单目视觉加入到钢轨抓取的视觉定位当中，并提出了一种单目相机结合激光扫描的钢轨定位方法，其特征在于，以钢轨铺设方向为X轴,以在水平面与X轴垂直的方向为Y轴,竖直方向为Z轴，钢轨在存储平台上沿Y轴方向并排放置，包括步骤：

S1：上位机获取单目相机反馈的钢轨铺设平台的拍摄图像；

S2：通过canny算子提取拍摄图像中的边缘图像，并通过SIFT提取边缘图像中的钢轨角点；

S3：根据钢轨角点获取目标钢轨在世界坐标系的初步三维坐标；

S4：根据三维坐标控制激光扫描仪移动至目标钢轨之上，并沿X轴方向移动获得目标钢轨的激光扫描曲线；

S5：根据激光扫描曲线获取目标钢轨两侧的各组边缘数据点；

S6：根据实时边缘数据点获取目标钢轨的最终定位结果；

S7：输出最终定位结果作为目标钢轨的定位结果。

进一步地，所述钢轨并排放置之间存在空隙，单目相机与存储平台的位置关系保持固定。

进一步地，所述步骤S3中初步三维坐标是通过将钢轨角点的像素坐标系下坐标依次转换为相机坐标系下坐标和世界坐标系下的坐标获得的。

进一步地，所述世界坐标系以存储平台上的预设点位作为世界坐标系的原点。

进一步地，所述步骤S1之后还包括步骤：

S11：对拍摄图像灰度化处理，并进行高斯滤波和直方图均衡化。

进一步地，所述步骤S2之后还包括步骤：

S21：根据钢轨角点对钢轨进行编号，并根据编号选取目标钢轨。

进一步地，所述步骤S4之后还包括步骤：

S41：对激光扫描曲线进行移动中位数滤波。

进一步地，所述步骤S5之后还包括步骤：