同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法，旨在解决同心二次曲线极线几何的轴端接地单目检测问题。同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统主要由底座(1)、支撑杆(2)、摄像机连接杆(3)、摄像机(4)、激光器(5)、激光器固定块(6)、支撑杆固定块(7)、二维靶标板(8)、摄像机固定块(9)、一字滑台(10)与激光器连接杆(12)组成。二维靶标板(8)为表面粘贴同心二次曲线的平板，支撑杆固定块(7)为加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔且两端各加工有一圆形通孔的长方体铁块。提供了一种结构简单、性能可靠的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法。

The system and method of the reconstruction of the polar geometry of the concentric conic with the single eye grounded at the shaft end

【技术实现步骤摘要】
同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法
本专利技术涉及一种轨道车辆领域的测量设备和测量方法，更具体的说，它是一种同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法。
技术介绍
随着高速动车的车速不断提升，对高速动车组各个组成部分的性能要求也越来越高。车速的提升加大了转向架车轴轴端接地装置接触盘与碳刷之间的摩损，这对轨道车辆的运行安全产生了极为严重的威胁。常用的接触盘测量系统主要为接触式测量系统。然而接触式测量系统由于测量仪器需要与被测物体表面进行接触，容易划伤被测物体，并且测量速度很慢，一些复杂的区域难以测量。如何实现非接触式测量，并高精度、高效率地恢复被测物体的三维信息就十分重要。为了实现对轴端接地接触盘进行三维重建并检测其磨损，设计了一种同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统与方法。
技术实现思路
本专利技术针对解决在测量接触盘形貌过程中，传统的接触式检测设备精度低，效率低且一些复杂的区域难以测量的问题，提出了一种性能可靠、结构简单、操作简便的方法与系统，实现对接触盘形貌特征点的三维自由重建，为进一步完善零部件磨损检测技术，提高高速动车行驶安全性打下基础。该方法主要由一个工业摄像机、激光器和滑台构成，通过同心二次曲线极线几何关系对摄像机及光平面进行标定，采用捆集调整优化等步骤进行系统全局重建。结合说明书附图，本专利技术采用如下技术方案予以实现：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统包括有底座、支撑杆、摄像机连接杆、摄像机、激光器、激光器固定块、支撑杆固定块、二维靶标板、摄像机固定块、一字滑台、接触盘与激光器连接杆；底座放置在平整的地面上，四个支撑杆底部放置于底座上，螺栓自上而下穿过四个支撑杆底部的通孔与底座上表面的螺纹通孔螺纹固定连接，一字滑台螺栓固定于底座的中部，标定时二维靶标板放置于一字滑台的工作台上，重建时接触盘放置于一字滑台的工作台上，四个支撑杆固定块一端的通孔分别套入并移至支撑杆螺纹孔处，螺栓穿过支撑杆固定块底端圆形通孔与支撑杆螺纹固定连接，摄像机连接杆一端穿过右前方支撑杆固定块的另一通孔，摄像机固定块的通孔套入摄像机连接杆，螺栓穿过摄像机固定块底端圆形通孔与摄像机连接杆螺纹固定连接，推动摄像机连接杆至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块一端的圆形通孔与摄像机连接杆螺纹固定连接，激光器连接杆一端穿入右后方支撑杆固定块的另一通孔，激光器固定块的通孔套入激光器连接杆，螺栓穿过激光器固定块底端圆形通孔与激光器连接杆螺纹固定连接，推动激光器连接杆至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块一端的圆形通孔与摄像机连接杆螺纹固定连接，摄像机前端自上而下分别套入摄像机固定块前端圆环，螺栓穿过摄像机固定块前端圆环的螺纹孔与摄像机固定连接，激光器自下而上穿入激光器固定块前端的圆孔，螺栓穿过激光器固定块的螺纹孔与激光器螺纹固定连接。技术方案中所述的底座为表面加工有螺纹孔的矩形钢板。技术方案中所述的支撑杆由加工有螺纹孔的圆柱形长杆和加工有圆形通孔的圆形铁片焊接而成。技术方案中所述的摄像机连接杆为一表面加工有螺纹孔的圆柱形长杆。技术方案中所述的摄像机为装有窄带滤光片的广角工业相机。技术方案中所述的激光器为可发射激光平面的圆柱形零件。技术方案中所述的激光器固定块为加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔且两端分别加工有一螺纹孔和圆形通孔的长方体铁块。技术方案中所述的支撑杆固定块为加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔且两端各加工有一圆形通孔的长方体铁块。技术方案中所述的二维靶标板为表面粘贴同心二次曲线的平板。技术方案中所述的摄像机固定块由一个加工有螺纹孔的铁环和一个加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔的长方形铁块焊接而成。技术方案中所述的一字滑台为步进电机驱动的可使物体做往复直线运动的滑台。技术方案中所述的激光器连接杆为一表面加工有螺纹孔的圆柱形长杆。同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的具体步骤如下：第一步：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的图像采集：将同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统放置于水平地面上，二维靶标板8放置于摄像机4与激光器6下方，打开激光器6，摄像机4采集多张包括二维靶标板8、激光器6发出的激光平面与二维靶标板8相交的激光线的图像和和多张工作台运动时包括接触盘11、激光器5发出的激光平面与接触盘11相交的激光线的图像；第二步：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的摄像机4内外参数的求解：根据摄像机4采集的图像建立图像坐标系，二维靶标板8坐标系的原点位于二维靶标板8二次曲线图案的中心，二次曲线从二维靶标板8坐标系到图像坐标系的转换关系为其中为第i张图像中第j个二次曲线的图像坐标，为相应二次曲线的二维靶标板8坐标系的坐标，是从二维靶标板8坐标系到图像坐标系的单应矩阵；根据二次曲线从二维靶标板8坐标系到图像坐标系的转换关系得将与代入上式得通过三个或三个以上的二次曲线可以获得三个或三个以上上述关系式，求得通过奇异值分解法分别分解可依次得到从而求得单应矩阵根据张正友标定法，可由单应矩阵求得摄像机的内参数KL和外参数第三步：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的摄像机坐标系下光平面坐标求解：根据摄像机4采集的图像建立图像坐标系，已知图像坐标系中二次曲线的极点、极线与二次曲线三者的关系为其中为二次曲线的极点，为二次曲线的极线，可由Hough变换可以提取图像坐标系中的极线坐标以及二次曲线坐标，得到极点设极线与二次曲线的交点为已知交点、过交点的切线与极线三者的关系为其中为过交点的切线，同时又已知交点，过交点的切线与极点三者的关系为上两式联立可求得极线与二次曲线的交点图像坐标系上的交点坐标到二维靶标板8坐标系的坐标的转换关系为二维靶标板8坐标系的坐标到左摄像机坐标系的转换关系为则在摄像机4坐标系中，交点与激光平面的关系为通过奇异值分解法求得摄像机4坐标系中的激光平面πCL；第四步：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的摄像机4内外参数及光平面坐标πCL优化：建立优化目标函数采用捆集调整法和LM法求出相应的优化后的各个参数πCL，第五步：同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法的接触盘特征点在摄像机4坐标系下的重建：摄像机4坐标系中的特征点WCL与光平面πCL的关系为(WCL)TπCL＝0摄像机4坐标系中的特征点WCL与特征点图像坐标wCL的关系为WCL＝(KL)-1wCL上述两式联立，即可求得接触盘11的激光投影特征点WCL。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用了同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建方法。首先利用二维靶标板上的同心二次曲线对摄像机的内外参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于，所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统包括有底座(1)、支撑杆(2)、摄像机连接杆(3)、摄像机(4)、激光器(5)、激光器固定块(6)、支撑杆固定块(7)、二维靶标板(8)、摄像机固定块(9)、一字滑台(10)与激光器连接杆(12)；/n底座(1)放置在平整的地面上，四个支撑杆(2)底部放置于底座(1)上，螺栓自上而下穿过四个支撑杆(2)底部的通孔与底座(1)上表面的螺纹通孔螺纹固定连接，一字滑台(10)螺栓固定于底座(1)的中部，标定时二维靶标板(8)放置于一字滑台(10)的工作台上，重建时接触盘(11)放置于一字滑台(10)的工作台上，四个支撑杆固定块(7)一端的通孔分别套入并移至支撑杆(2)螺纹孔处，螺栓穿过支撑杆固定块(7)底端圆形通孔与支撑杆(2)螺纹固定连接，摄像机连接杆(3)一端穿过右前方支撑杆固定块(7)的另一通孔，摄像机固定块(9)的通孔套入摄像机连接杆(3)，螺栓穿过摄像机固定块(9)底端圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，推动摄像机连接杆(3)至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块(7)通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块(7)一端的圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，激光器连接杆(12)一端穿入右后方支撑杆固定块(7)的另一通孔，激光器固定块(6)的通孔套入激光器连接杆(12)，螺栓穿过激光器固定块(6)底端圆形通孔与激光器连接杆(12)螺纹固定连接，推动激光器连接杆(12)至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块(7)通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块(7)一端的圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，摄像机(4)前端自上而下分别套入摄像机固定块(9)前端圆环，螺栓穿过摄像机固定块(9)前端圆环的螺纹孔与摄像机(4)固定连接，激光器(5)自下而上穿入激光器固定块(6)前端的圆孔，螺栓穿过激光器固定块(6)的螺纹孔与激光器(5)螺纹固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于，所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统包括有底座(1)、支撑杆(2)、摄像机连接杆(3)、摄像机(4)、激光器(5)、激光器固定块(6)、支撑杆固定块(7)、二维靶标板(8)、摄像机固定块(9)、一字滑台(10)与激光器连接杆(12)；
底座(1)放置在平整的地面上，四个支撑杆(2)底部放置于底座(1)上，螺栓自上而下穿过四个支撑杆(2)底部的通孔与底座(1)上表面的螺纹通孔螺纹固定连接，一字滑台(10)螺栓固定于底座(1)的中部，标定时二维靶标板(8)放置于一字滑台(10)的工作台上，重建时接触盘(11)放置于一字滑台(10)的工作台上，四个支撑杆固定块(7)一端的通孔分别套入并移至支撑杆(2)螺纹孔处，螺栓穿过支撑杆固定块(7)底端圆形通孔与支撑杆(2)螺纹固定连接，摄像机连接杆(3)一端穿过右前方支撑杆固定块(7)的另一通孔，摄像机固定块(9)的通孔套入摄像机连接杆(3)，螺栓穿过摄像机固定块(9)底端圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，推动摄像机连接杆(3)至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块(7)通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块(7)一端的圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，激光器连接杆(12)一端穿入右后方支撑杆固定块(7)的另一通孔，激光器固定块(6)的通孔套入激光器连接杆(12)，螺栓穿过激光器固定块(6)底端圆形通孔与激光器连接杆(12)螺纹固定连接，推动激光器连接杆(12)至螺纹孔与另一侧支撑杆固定块(7)通孔相通，螺栓穿过支撑杆固定块(7)一端的圆形通孔与摄像机连接杆(3)螺纹固定连接，摄像机(4)前端自上而下分别套入摄像机固定块(9)前端圆环，螺栓穿过摄像机固定块(9)前端圆环的螺纹孔与摄像机(4)固定连接，激光器(5)自下而上穿入激光器固定块(6)前端的圆孔，螺栓穿过激光器固定块(6)的螺纹孔与激光器(5)螺纹固定连接。


2.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的支撑杆(2)由加工有螺纹孔的圆柱形长杆和加工有圆形通孔的圆形铁片焊接而成。


3.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的摄像机连接杆(3)为一表面加工有螺纹孔的圆柱形长杆。


4.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的摄像机(4)为装有窄带滤光片的广角工业相机。


5.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的激光器(5)为可发射激光平面的圆柱形零件。


6.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的激光器固定块(6)为加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔且两端分别加工有一螺纹孔和圆形通孔的长方体铁块。


7.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的支撑杆固定块(7)为加工有两个轴线相互垂直的圆形通孔且两端各加工有一圆形通孔的长方体铁块。


8.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的轴端接地单目重建系统，其特征在于所述的二维靶标板(8)为表面粘贴同心二次曲线的平板。


9.按照权利要求1所述的同心二次曲线极线几何的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐观，朱尧平，陈熔，苏建，张立斌，刘玉梅，戴建国，单红梅，林慧英，李晓韬，陈芳，沈慧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22