一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法及装置，该方法包括获取钢轨轮廓采集点集，基于采集点集获取第一特征采集点；基于标准轮廓中第一特征采集点配对点和预设第二特征采集点配对点在标准轮廓中的位置关系获取所述钢轨轮廓采集点集中的第二特征采集点；基于第一特征采集点、第二特征采集点、第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取初始仿射变换参数；基于初始仿射变换参数，利用ICP算法迭代搜索所述钢轨轮廓采集点集和标准轮廓的点集之间的最优仿射变换参数，并获取在所述最优仿射变换参数下与所述钢轨轮廓采集点集配准的标准轮廓的配对点集。本发明专利技术大幅度提高了钢轨轮廓匹配的鲁棒性。明大幅度提高了钢轨轮廓匹配的鲁棒性。明大幅度提高了钢轨轮廓匹配的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法及装置


[0001]本专利技术涉及钢轨磨耗检测领域，具体涉及一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法及装置。

技术介绍

[0002]铁路运输会造成钢轨出现不同程度的磨损，需要定期进行铁道线路检测维护。近年来，基于线结构激光图像视觉的钢轨非接触式检测技术，取代了传统的人工卡尺测量的低效率方法，成为铁道线路检测维护的主流手段。
[0003]钢轨匹配是实现钢轨磨耗测量的先决条件。根据标准钢轨轮廓曲线的固有特征信息与线结构光采集轮廓的2D点云信息，可实现实际测量轮廓与标准轮廓的匹配变换。传统匹配算法是基于视觉设备与钢轨垂直切面的理想条件，钢轨动态磨耗测量中基于钢轨圆弧、直线等特征切点信息做圆弧、曲率拟合，通过刚体变换配准。但是受机油、漆面、泥土等影响，实际采集的轮廓点云会出现断点，波动噪声较大，圆弧、曲率拟合失败无法准确分割，粗匹配容易失败。
[0004]另外，传统ICP算法通过不断调整测量轮廓与标准轮廓之间的匹配点距离累积最小，由于轨腰底部容易被石头或者落叶等遮挡，导致轮廓点云形变严重，最近邻匹配点之间的距离累积无法达到最优值，算法无法收敛。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法及装置，该方法为精匹配的ICP算法提供良好的初始值，避免了初值偏差太大导致ICP算法不收敛问题，具体包括：
[0006]第一方面，本申请提供了一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，包括：
[0007]获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓采集点集，基于所述采集点集获取第一特征采集点；
[0008]基于标准轮廓中第一特征采集点配对点和预设第二特征采集点配对点在标准轮廓中的位置关系获取所述钢轨轮廓采集点集中的第二特征采集点，所述第一特征采集点和第一特征采集点配对点匹配，所述第二特征采集点和第二特征采集点配对点匹配；
[0009]基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数；
[0010]基于初始仿射变换参数，利用ICP算法迭代搜索所述钢轨轮廓采集点集和标准轮廓的点集之间的最优仿射变换参数，并获取在所述最优仿射变换参数下与所述钢轨轮廓采集点集配准的标准轮廓的配对点集。
[0011]在一些实施方式中，所述第一特征采集点和第一特征采集点配对点表征轨头与轨腰交点，所述第二特征采集点和第二特征采集点配对点表征基于线结构光倾斜扫描钢轨得
到的轨腰中部断点所在邻域的点；
[0012]所述位置关系为距离长度关系；
[0013]所述获取所述钢轨轮廓采集点集中的第二特征采集点，包括：
[0014]基于第一特征采集点和第二特征采集点之间第一距离与第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点之间第二距离的一致性，以第一特征点采集点为起点在所述钢轨轮廓采集点集中搜索满足第一特征采集点和第二特征采集点之间第一距离为第二距离的第二特征采集点。
[0015]在一些实施方式中，所述基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数，包括：
[0016]获取第一特征采集点、第二特征采集点所在直线l1和第一特征采集点配对点、第二特征采集点配对点所在直线l2之间的刚性变换关系；
[0017]基于所述刚性变换关系确定所述基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓之间的初始仿射变换参数。
[0018]在一些实施方式中，所述直线l1和直线l2之间的刚性变换关系包括：
[0019]旋转角度θ满足：其中α为直线l1的倾斜角，β为直线l2的倾斜角；
[0020]旋转矩阵为：
[0021]平移矩阵为：其中(x
B
′
，y
B
′
)为第一特征采集点配对点坐标，(x
B
，y
B
)为第一特征采集点坐标。
[0022]在一些实施方式中，所述基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数，包括：
[0023]对第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点的位置进行优化修正，获取优化后的一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点；
[0024]获取优化后的第一特征采集点、第二特征采集点所在直线l3和第一特征采集点配对点、第二特征采集点配对点所在直线l4之间的刚性变换关系；
[0025]基于所述刚性变换关系确定所述基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓之间的初始仿射变换参数；
[0026]所述优化修正方法包括：
[0027]在基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓中，获取基于第一特征采集点沿轨顶方向延伸第一预设距离形成的第一直线段，基于第一直线段的质心位置作为优化后的第一特征采集点；基于第二特征采集点沿轨底方向延伸第二预设距离形成的第二直线段，基于第二直线段的质心位置作为优化后的第二特征采集点；
[0028]在标准轮廓中，基于第一特征采集点配对点沿轨顶方向延伸第一预设距离形成的第三直线段，基于第三直线段的质心位置作为优化后的第一特征采集点配对点；基于第二特征采集点配对点沿轨底方向延伸第二预设距离形成的第四直线段，基于第四直线段的质心位置作为优化后的第二特征采集点配对点；
[0029]基于优化后的第一特征采集点、第二特征采集点、第一特征采集点配对点、第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓之间的初始仿射变换参数。
[0030]在一些实施方式中，所述直线l3和直线l4之间的刚性变换关系包括：
[0031]旋转角度θ
′
满足：其中α
′
为直线l3的倾斜角，β
′
为直线l4的倾斜角；
[0032]旋转矩阵为：
[0033]平移矩阵为：其中，为优化后的第一特征采集点配对点的坐标，为优化后的第一特征采集点的坐标。
[0034]在一些实施方式中，所述基于初始仿射变换参数，利用ICP算法迭代搜索所述钢轨轮廓采集点集和标准轮廓的点集之间的最优仿射变换参数,包括：
[0035]记钢轨轮廓采集点集为X0＝{x
i
,y
i
}，标准轮廓的全部点集为在配准过程中待匹配点集配准过程中与所述待匹配点集匹配的标准轮廓的配对点集为
[0036](1)基于初始仿射变换参数，对X0进行仿射变换，得到更新后的待匹配点集进行仿射变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，其特征在于，包括：获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓采集点集，基于所述采集点集获取第一特征采集点；基于标准轮廓中第一特征采集点配对点和预设第二特征采集点配对点在标准轮廓中的位置关系获取所述钢轨轮廓采集点集中的第二特征采集点，所述第一特征采集点和第一特征采集点配对点匹配，所述第二特征采集点和第二特征采集点配对点匹配；基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数；基于初始仿射变换参数，利用ICP算法迭代搜索所述钢轨轮廓采集点集和标准轮廓的点集之间的最优仿射变换参数，并获取在所述最优仿射变换参数下与所述钢轨轮廓采集点集配准的标准轮廓的配对点集。2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，其特征在于，所述第一特征采集点和第一特征采集点配对点表征轨头与轨腰交点，所述第二特征采集点和第二特征采集点配对点表征基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的轨腰中部断点所在邻域的点；所述位置关系为距离长度关系；所述获取所述钢轨轮廓采集点集中的第二特征采集点，包括：基于第一特征采集点和第二特征采集点之间第一距离与第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点之间第二距离的一致性，以第一特征点采集点为起点在所述钢轨轮廓采集点集中搜索满足第一特征采集点和第二特征采集点之间第一距离为第二距离的第二特征采集点。3.根据权利要求2所述的一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，其特征在于，所述基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数，包括：获取第一特征采集点、第二特征采集点所在直线l1和第一特征采集点配对点、第二特征采集点配对点所在直线l2之间的刚性变换关系；基于所述刚性变换关系确定所述基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓之间的初始仿射变换参数。4.根据权利要求3所述的一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，其特征在于，所述直线l1和直线l2之间的刚性变换关系包括：旋转角度θ满足：其中α为直线l1的倾斜角，β为直线l2的倾斜角；旋转矩阵为：平移矩阵为：其中(x
B
′
，y
B
′
)为第一特征采集点配对点坐标，(x
B
，y
B
)为第一特征采集点坐标。
5.根据权利要求2所述的一种基于线结构光钢轨轮廓自动匹配方法，其特征在于，所述基于钢轨轮廓采集点集中的第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点获取基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓的初始仿射变换参数，包括：对第一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点的位置进行优化修正，获取优化后的一特征采集点和第二特征采集点、标准轮廓中第一特征采集点配对点和第二特征采集点配对点；获取优化后的第一特征采集点、第二特征采集点所在直线l3和第一特征采集点配对点、第二特征采集点配对点所在直线l4之间的刚性变换关系；基于所述刚性变换关系确定所述基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓与标准轮廓之间的初始仿射变换参数；所述优化修正方法包括：在基于线结构光倾斜扫描钢轨得到的钢轨轮廓中，获取基于第一特征采集点沿轨顶方向延伸第一预设距离形成的第一直线段，基于第一直线段的质心位置作为优化后的第一特征采集点；基于第二特征采集点沿轨底方向延伸第二预设距离形成的第二直线段，基于第二直线段的质心位置作为优化后的第二特征采集点；在标准轮廓中，基于第一特征采集点配对点沿轨顶方向延伸第一预设距离形成的第三直线段，基于第三直线段的质心位置作为优化后的第一特征采集点配对点；基于第二特征采集点配对点沿轨底方向延伸第二预设距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冠菲，秦少谦，严德斌，卢小银，王亚奎，
申请(专利权)人：合肥富煌君达高科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：