基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统技术方案

本发明专利技术公开了基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，所述系统包括：采集单元1、采集单元2、信号触发单元、工控机；其中，信号触发单元接收来自工控机的控制指令，对采集单元1和2的图像采集操作进行控制；采集单元1和2将采集的接触网相关图像传输至工控机中；工控机基于采集的图像对接触网关键零部件进行定位与检测，并结合预设的图像坐标与世界坐标之间的映射关系，对两个采集单元采集的图像画面进行双目立体重建，基于建立的双目立体信息，计算出接触网的几何参数，实现了测量系统设计合理，几何参数检测测量结果准确的技术效果。

Measurement and measurement system of geometric parameters of OCS and struts based on binocular stereo vision

The invention discloses a detection and measurement system of catenary pillar geometric parameters based on binocular vision, the system comprises a collection unit 1, unit 2, signal acquisition unit, computer; the signal triggering unit receives the control commands from the computer, the collection unit 1 and 2 of the image acquisition operation control; acquisition unit 1 and 2 will contact network related images are transmitted to the IPC acquisition; computer image detection and orientation of the key parts of the Catenary Based on combining the mapping relation between the image coordinates and the world coordinates preset between the binocular stereo reconstruction of the image acquisition unit of two based on this information, the binocular stereo, calculate the geometric parameters of the contact network, the measurement system design is reasonable, and accurate measurement results of measuring geometric parameters Operation effect.

【技术实现步骤摘要】
基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统
本专利技术涉及铁路接触网检测领域，具体地，涉及一种基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统。
技术介绍
目前国内的铁路接触网主要是架空式弹性接触网结构，沿铁路线路架设。安装在列车车顶的受电弓通过与接触网之间的滑动摩擦接触而获取电能。由于刮风、下雨等恶劣气象条件，以及工程安装施工不当，经常遇到接触网的腕臂、定位器等发生角度倾斜甚至形变，当列车高速通过时，造成接触线导高、拉出值等几何参数超过规定的安全阈值，从而增加接触网供电系统发生故障的风险。为了保障接触网的安全可靠，保证列车的安全运营，必须对接触网进行一系列的安全检测工作，以便及时发现安全隐患，并指导接触网检测维修，不断改进和提高接触网设备的质量，从而确保铁路运输的正常运行。在接触网的日常检测过程中，接触线导高、拉出值、定位器坡度、腕臂倾角等几何参数的检测与测量显得日益重要。现有的方法分为基于人工的接触式测量方法和基于光电传感器的非接触式测量方法。基于人工的接触式测量方法，检测精度高，但工作量巨大，效率低下，无法实现快速、实时、准确的接触线几何参数检测、测量、计算的目的。基于光电传感器的非接触式测量方法主要分为基于单目视觉的测量方法和基于双目视觉的测量方法。现有技术中的基于单目视觉的方法由于相机成像平面跟被拍摄目标存在固定的倾角，造成图像的扭曲变形，使得检测测量结果存在先天的误差。综上所述，本申请专利技术人在实现本申请专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：在现有技术中，现有的基于单目视觉的检测方法，由于相机成像平面跟被拍摄目标存在固定的倾角，造成图像的扭曲变形，使得检测测量结果存在先天的误差的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，解决了现有的基于单目视觉的检测方法存在先天的误差的技术问题，实现了测量系统设计合理，几何参数检测测量结果准确的技术效果。其中，本申请中的系统采用了基于双目立体视觉的方法，对同一个目标同时在两个不同角度进行图像采集，并结合相应的标定方法，建立世界坐标系跟图像坐标系之间的映射关系，从而实现接触线几何参数的精确检测测量。为解决上述技术问题，本申请提供了基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，所述系统包括：采集单元1、采集单元2、信号触发单元、工控机；其中，信号触发单元接收来自工控机的控制指令，对采集单元1和2的图像采集操作进行控制；采集单元1和2将采集的接触网相关图像传输至工控机中；工控机基于采集的图像对接触网关键零部件进行定位与检测，并结合预设的图像坐标与世界坐标之间的映射关系，对两个采集单元采集的图像画面进行双目立体重建，基于建立的双目立体信息，计算出接触网的几何参数。进一步的，采集单元1与采集单元2左右对称分布于列车车顶两侧。目的是利用两个左右分布的相机对真实世界中的同一个目标进行拍摄，从该目标在左右两个图像中的像素坐标反推计算出目标在世界坐标系中的真实坐标；安装示意图见图3，计算原理参考图4。进一步的，采集单元1和采集单元2分别与列车顶面形成第一夹角和第二夹角，第一夹角和第二夹角均大于等于30度且小于等于60度。不同型号的列车，倾角不一样，通常是30—60度的范围内固定基本都能满足要求，左右两个相机距离列车车顶的夹角可以相同，可以不同；这样设计以便两个相机都能覆盖整个接触线移动的范围。进一步的，工控机基于深度学习方法对接触网关键零部件进行定位，基于定位信息，在接触网关键零部件的局部区域内进行关键特征点检测。进一步的，在检测到关键特征点，并提取关键特征点周围的特征描述子之后，对采集单元1和采集单元2采集到的两个图像中的特征描述子进行特征匹配；利用来自采集单元1和采集单元2的匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建。进一步的，利用来自采集单元1和采集单元2的匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建，具体为：利用匹配的同一个特征点在采集单元1和采集单元2的像素坐标，计算该特征点在世界坐标系中的真实位置坐标。进一步的，所述工控机具体用于：首先，对来自两个采集单元的图像信息分别进行分析处理，利用深度学习方法进行接触网关键零部件的检测定位；然后，在接触网关键零部件的局部区域内进行关键特征点检测；然后，提取关键特征点周围的特征描述子；然后，利用来自两个采集单元匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建；然后，计算世界坐标系内接触线的几何参数，包括：导高、拉出值、定位器坡度以及平腕臂和斜腕臂的夹角、接触线水平间距、接触线垂直间距、支撑杆倾角等各种接触线及其基础设施的几何参数。进一步的，提取关键特征点周围的特征描述子，具体包括：首先，进行关键特征点的局部特征描述：定义一个经过高斯核做过平滑处理的图像块p的二进制比较准则为：其中，p(x)为图像块p在像素点(x,y)处的灰度值，p(y)为图像中像素点y处的像素值，τ(p：x，y)为图像块p当中的像素点x,y两处的像素值比较的结果；选择n个(x,y)像素对，则能够得到BRIEF的n位二进制比特串；一个BRIEF特征点定义为一个包含n次二进制比较的向量：其中，n为经验值，1≤i≤n，i表示二进制比特串的第i位；然后，进行特征向量匹配：假设Vp是第一帧当中某个特征点p的特征向量，Vq是第二帧当中某个特征点q的特征向量，D(Vp，Vq)表示第一帧的特征点p跟第二帧的特征点q之间的欧式距离，即：其中，N代表特征向量p,q的维数；若两个向量之间的距离D(Vp，Vq)小于阈值T，则两个特征点匹配。进一步的，采集单元1、采集单元2均包括：相机和补光灯模块。进一步的，世界坐标系当中的接触线上任意点C距离坐标原点0的位置坐标为：其中，两个采集单元中相机焦平面中心A和B距离坐标原点O的水平距离OA＝L1，OB＝L2，两个采集单元相机的焦距分别为f1和f2，相机成像中心位置分别为z1和z2，相机的像素尺寸为p，两个相机的倾斜角分别为t1和t2，C点在相机图像中的坐标位置分别为x1和x2。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：实现了测量系统设计合理，几何参数检测测量结果准确的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1是本申请中基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统的组成示意图；图2是本申请中接触网几何参数检测测量系统的测量流程示意图；图3是本申请中采集单元的安装示意图；图4是本申请中双目三角交汇法进行三维立体重建的原理示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，解决了现有的基于单目视觉的检测方法存在先天的误差的技术问题，实现了测量系统设计合理，几何参数检测测量结果准确的技术效果。为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，所述系统包括：采集单元1、采集单元2、信号触发单元、工控机；其中，信号触发单元接收来自工控机的控制指令，对采集单元1和2的图像采集操作进行控制；采集单元1和2将采集的接触网相关图像传输至工控机中；工控机基于采集的图像对接触网关键零部件进行定位与检测，并结合预设的图像坐标与世界坐标之间的映射关系，对两个采集单元采集的图像画面进行双目立体重建，基于建立的双目立体信息，计算出接触网的几何参数。

【技术特征摘要】
1.基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，所述系统包括：采集单元1、采集单元2、信号触发单元、工控机；其中，信号触发单元接收来自工控机的控制指令，对采集单元1和2的图像采集操作进行控制；采集单元1和2将采集的接触网相关图像传输至工控机中；工控机基于采集的图像对接触网关键零部件进行定位与检测，并结合预设的图像坐标与世界坐标之间的映射关系，对两个采集单元采集的图像画面进行双目立体重建，基于建立的双目立体信息，计算出接触网的几何参数。2.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，采集单元1与采集单元2左右对称分布于列车车顶两侧。3.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，采集单元1和采集单元2分别与列车顶面形成第一夹角和第二夹角，第一夹角和第二夹角均大于等于30度且小于等于60度。4.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，工控机基于深度学习方法对接触网关键零部件进行定位，基于定位信息，在接触网关键零部件的局部区域内进行关键特征点检测。5.根据权利要求4所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，在检测到关键特征点，并提取关键特征点周围的特征描述子之后，对采集单元1和采集单元2采集到的两个图像中的特征描述子进行特征匹配；利用来自采集单元1和采集单元2的匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建。6.根据权利要求5所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，利用来自采集单元1和采集单元2的匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建，具体为：利用匹配的同一个特征点在采集单元1和采集单元2的像素坐标，计算该特征点在世界坐标系中的真实位置坐标。7.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统，其特征在于，所述工控机具体用于：首先，对来自两个采集单元的图像信息分别进行分析处理，利用深度学习方法进行接触网关键零部件的检测定位；然后，在接触网关键零部件的局部区域内进行关键特征点检测；然后，提取关键特征点周围的特征描述子；然后，利用来自两个采集单元匹配的关键特征点，采用双目三角交汇法进行双目立体重建；然后，计算世界坐标系内接触线的几何参数，包括：导高、拉出值、定位器坡度、接触线基础设施的几何参数，其中，接触线基础设施的几何参数包括但不限于以下参数：平腕臂与斜腕臂的夹角、接触线水平间距、接触线垂直间距、支撑杆倾角。8.根据权利要求7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国海，薛晓利，郑慧娟，蒋孟宜，
申请(专利权)人：成都国铁电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51