[发明专利]一种铁路轮对尺寸检测装置及其标定方法

权利要求书

1.一种列车轮对尺寸检测装置，包括设置在防护壳体内的光源和相机，其特征在于：所述防护壳体上对应光源和所述相机设有窗口，所述光源和所述相机通过防松紧固件固定在所述保护壳体内，所述光源和所述相机之间的相对夹角保持不变。

2.一种权利要求1所述的铁路轮对尺寸检测装置的标定方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤a：以平面靶标为成像目标，提取空间靶标点计算出靶标平面和图像平面之间的单应矩阵；

步骤b：启动光源，将激光光条打在平面靶标上，通过空间靶标点确定的单应矩阵将光条标定点映射到三维空间，得出空间中激光光条在相机坐标系下的三维坐标；

步骤c：多次移动平面靶标，得出相机内参的约束方程以及光平面三维坐标点的约束方程，通过约束方程构建目标函数，通过目标函数计算相机内参与光平面参数，通过非线性优化得出光平面参数的最优解。

3.根据权利要求2所述的一种铁路轮对尺寸检测装置的标定方法，其特征在于：在步骤a中，空间靶标点通过透视投影模型、镜头畸变模型、图像噪声叠加模型，获得图像点。

4.根据权利要求3所述的一种铁路轮对尺寸检测装置的标定方法，其特征在于：在步骤a中，通过相机拍摄三维空间内的平面标靶，建立空间靶标点与其对应的图像点之间的透视投影模型，空间靶标点Q＝[x,y,1]^T与其对应的图像点p_u＝[u_u,v_u,1]^T之间的透视投影模型表示为：

其中，其中H_3×3为靶标平面和图像平面之间的单应矩阵，单应矩阵包括相机内参和外参，ρ是常量系数，_K为相机内参矩阵，r₁、r_2t分别相机外参，具体为旋转矩阵的前两列以及平移向量；

设p_u＝[u_u,v_u,1]^T、p_d＝[u_d,v_d,1]^T与p_n＝[u_n,v_n,1]^T分别为图像坐标系下无畸变点、畸变点与实际成像点坐标，镜头畸变模型表示为：

u_d＝u_u+(u_u-u₀)(k₁r²+k₂r⁴)

v_d＝v_u+(v_u-v₀)(k₁r²+k₂r⁴)

其中，k₁,k₂镜头前两阶畸变系数，[x_n,y_n]表示归一化的图像坐标；

设由于图像噪声导致的图像偏差为Δu,Δv，则畸变点p_d到实际成像点p_n的图像噪声叠加模型表示为：

靶标在第i个摆放位置下，第j个点空间靶标点和图像点的齐次坐标分别为Q_j＝[x_j,y_j,1]^T和通过透视投影模型、镜头畸变模型、图像噪声叠加模型计算出p_u(ij)，p_u(ij)为靶标在第i个摆放位置下，第j个点空间靶标点的无畸变点坐标，再将p_u(ij)与Q_j＝[x_j,y_j,1]^T通过透视投影模型求解得到靶标平面和图像平面之间的单应矩阵