一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。

A method and a device for detecting the 3D profile of ballast particles

The present invention provides a method and a device for detecting a ballast particles, which comprises the following steps: acquiring 3D profile of ballast particles in multiple rotation angle under multiple 2D images according to the color characteristics of two-dimensional image; the ballast particles, two dimensional contour boundary image to extract each 2-D image the ballast particles; according to the preset the sampling points and the preset angle 3D profile boundary radius, for the construction of three-dimensional profile description of ballast granules surface points of the spherical coordinate system; according to the location of arbitrary spherical coordinates of a point in a rotary angle is projected onto the 2D projection points on two-dimensional plane and two-dimensional contour edge image and set the number of adjustments the default profile, three-dimensional boundary radius adjustment process, determine the three-dimensional profile of ballast particles shape boundary radius; each longitude and latitude, with each group three The three-dimensional shape of the boundary radius of the three-dimensional shape is obtained. The method of obtaining two-dimensional pictures is simple, the equipment cost is very low, and the operation of the user is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置
本专利技术涉及图形处理领域，具体而言，涉及一种道砟颗粒三维廓形的检测方法及装置。
技术介绍
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，首先获取高精度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，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；根据所述二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张所述二维图像中所述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，构建用于描述所述道砟颗粒的三维廓形表面点的球坐标系；所述球坐标系的坐标参数分别表示所述道砟颗粒的经度、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；根据所述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所述二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对所述预设三维廓形边界半径进行调整处理，确...

【技术特征摘要】
1.一种道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，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；根据所述二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张所述二维图像中所述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，构建用于描述所述道砟颗粒的三维廓形表面点的球坐标系；所述球坐标系的坐标参数分别表示所述道砟颗粒的经度、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；根据所述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所述二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对所述预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定所述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，确定所述道砟颗粒的三维廓形。2.根据权利要求1所述的道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，根据所述二维图像中道砟颗粒的色彩明度特征，提取每一张所述二维图像中所述道砟颗粒的二维廓形边界图像，包括：从每一张所述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所述像素点；对所述明度矩阵进行二值化处理，得到明度二值矩阵；所述明度二值矩阵用于表征所述道砟颗粒和背景色；利用梯度算子确定所述明度二值矩阵中与四周像素点的灰度值相比产生变化的像素点，得到所述道砟颗粒的边界；以所述边界中的预设初始化边界点为中心，对设定窗口中的像素点进行线性拟合处理，确定所述预设初始化边界点的边界方向，根据所述边界方向确定下一个所述边界点的位置，直至得到的所述边界点的位置与所述预设初始化边界点的距离满足设定距离阈值，得到表示所述二维廓形边界的多边形。3.根据权利要求2所述的道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，所述道砟颗粒的预设三维廓形边界半径为预设三维廓形边界范围中上界边界半径和下界边界半径的平均值；根据所述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所述二维廓形边界图像的位置关系以及设定调整次数，对所述预设三维廓形边界半径进行调整处理，确定所述道砟颗粒的三维廓形边界半径，包括：根据所述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所述二维廓形边界图像的位置关系，确定所述球坐标系中任意一个点与所述道砟颗粒的三维廓形的位置关系；当球坐标系中任意一个点在所述道砟颗粒的三维廓形内部时，调整所述预设三维廓形边界范围，使调整后的所述预设三维廓形边界范围中的下界边界半径为预设三维廓形边界半径；当球坐标系中任意一个点在所述道砟颗粒的三维廓形外部，调整所述预设三维廓形边界范围，使调整后的所述预设三维廓形边界范围中的上界边界半径为预设三维廓形边界半径；判断当前调整次数是否满足设定调整次数，若满足，确定当前调整次数对应的预设三维廓形边界范围的上界边界半径和下界边界半径，将所述上界边界半径和下界边界半径的均值作为所述道砟颗粒的三维廓形边界半径；若不满足，继续检测球坐标系中任意一个点与所述道砟颗粒的三维廓形的位置关系，以及确定当前调整次数匹配的上界边界半径和下界边界半径，直至所述当前调整次数匹满足所述设定调整次数时，确定所述设定调整次数对应的上界边界半径和下界边界半径的均值为所述道砟颗粒的三维廓形边界半径。4.根据权利要求3所述的道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，根据所述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所述二维廓形边界图像的位置关系，确定所述球坐标系中任意一个点与所述道砟颗粒的三维廓形的位置关系，包括：根据所述球坐标系与三维直角坐标系的转换关系，将所述每一个道砟颗粒的三维廓形表面点在球坐标系中的点转换为在三维直角坐标系中的点；根据所述道砟颗粒所在的旋转轴与拍摄设备之间垂直距离以及所述旋转轴对应的旋转角度，将所述每一个道砟颗粒的三维廓形表面点在三维直角坐标系中的点转换为其在多个旋转角度的二维直角坐标系中的点；判断每一个道砟颗粒的三维廓形表面点在其对应的任意一个二维直角坐标系中的点是否在匹配的当前旋转角度下的二维廓形边界图像的内部，若是，确定所述表面点处于所述道砟颗粒的三维廓形内部；若至少存在一个二维直角坐标系中的点不在二维廓形边界图像的内部，确定所述表面点处于所述道砟颗粒的三维廓形外部。5.根据权利要求4所述的道砟颗粒三维廓形的检测方法，其特征在于，判断每一个道砟颗粒的三维廓形表面点在其对应的任意一个二维直角坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王源，林渝轲，钟瑞，刘浩，熊震威，张华，刘淦中，肖杰灵，徐井芒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51