一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，包括：(1)获取受电弓三维点云数据；(2)对获取的三维点云数据进行滤波处理；(3)基于左右羊角的对称的特性，对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行粗略匹配；(4)对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行精确配准；(5)通过根据上述配准关系得出受电弓的中心点，从而计算处受电弓中心线的偏移值。本发明专利技术针对现有技术中现场标定繁琐、结构复杂、精确度低的问题，基于左右羊角对称的特性，通过对两边羊角的匹配关系，获得了受电弓中心位置，从而求解出受电弓中心线偏移值。总之，本发明专利技术检测方法采用的装置结构简单、无需现场标定、检测精确度高。检测精确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法


[0001]本专利技术属于受电弓三维图像处理
，涉及一种受电弓中心线偏移检测方法，具体涉及一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法。

技术介绍

[0002]在我国轨道交通系统快速发展的今天，列车在线运行的安全问题也受到日益重视。受电弓是列车从接触网获取电能的关键部件。为了能够使受电弓的碳滑板表面均匀磨耗，接触网通常采用“之”字形走线，这样使得受电弓碳滑板与接触网之间的接触点会随着列车行驶来回摆动。但是，受电弓碳滑板与接触网之间的接触点随着列车行驶来回摆动时会造成受电弓中心相对于轨道中心的位置偏移；当受电弓中心相对于轨道中心的位置偏移过大时，可能导致受电弓脱离接触网，造成弓网事故。因此，对列车受电弓中心线偏移的状态检测对列车运行安全有着重大意义。
[0003]目前对受电弓中心线偏移的检测方法有人工检测、车载检测以及定点在线检测等方式。
[0004]其中人工检测需要检修人员登顶手动测量，效率低下并且耗人力。
[0005]其中车载检测装置可以监测受电弓运行状态，但列车数量较多，如果每辆列车都安装车载检测装置的话则运营投入成本太大。
[0006]其中在线检测方法包括面阵相机图像处理方法和3d相机图像处理方法。面阵相机图像处理方法是使用2个面阵相机拍摄受电弓的两个羊角，根据特征点寻找羊角的端点，进而计算受电弓中心线偏移数据；此方法需要现场标定相机，标定较为繁琐，且精度易受环境光和背景干扰。3d相机图像处理方法是使用两组结构光相机扫描受电弓羊角上表面深度信息，通过点云拟合两端羊角圆弧确定圆心，进而计算受电弓中心线偏移；此方法使用的圆弧段较少，结果受拟合精度影响较大。
[0007]因此，需要研究一种快速简便、鲁棒性好、精度高的受电弓中心线偏移检测方法来克服上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于，基于受电弓的两端羊角对称特性，提出一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法。
[0009]采用本专利技术的受电弓中心线偏移的检测方法，针对现有技术中现场标定繁琐、结构复杂、精确度低的问题，基于左右羊角对称的特性，通过对两边羊角的匹配关系，获得了受电弓中心位置，从而求解出受电弓中心线偏移值。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0011]一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，包括：
[0012]步骤一、获取受电弓三维点云数据；
[0013]步骤二、对获取的三维点云数据进行滤波处理；
[0014]步骤三、基于左右羊角的对称的特性，对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行粗略匹配；
[0015]步骤四、对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行精确配准；
[0016]步骤五、通过根据上述配准关系得出受电弓的中心点，从而计算出受电弓中心线的偏移值。
[0017]进一步的，所述步骤三：选取包含受电弓的一行点云数据，从左往右遍历，符合深度信息要求的首尾体素点，确定为左右羊角端点p
l
，p
r
，从而计算出粗略的受电弓中心点p
c
＝(p
l
+p
r
)/2；
[0018]根据以左右羊角端点为圆心，半径r的范围内选取两边羊角区域点云数据P＝{p1,p2…
p
n
}，Q＝{q1,q2…
q
n
}；点云P根据直线l:x＝p
cx
做一个镜像翻转，得到点云P'，即p'
i
(x,y,z)＝(2*p
cx
‑
p
ix
,p
iy
,p
iz
)。
[0019]进一步的，针对每一行点云数据对深度信息符合的体素进行统计，如果每一行点云数据对深度信息符合的体素的数量超过3/4碳滑板长度，则认为此行数据包含受电弓的信息。
[0020]进一步的，所述步骤四为对点云Q与点云P'进行精确配准：
[0021](1)选取采样点p'
i
∈P'，采用最近邻点搜索方法，找到对应的点集q
i
∈Q；
[0022](2)使用SVD奇异值分解求解最小二乘，解得旋转矩阵R；根据T＝Q
‑
RP'求得平移矩阵T；
[0023](3)对点集P'使用求得的所述R和所述T进行刚性变换，得到新的点集P”；
[0024](4)计算点集P”和目标点集Q的欧式距离distance，当两个点集之间欧式距离误差不满足条件，则对新的点集采用上述步骤(1)、(2)和(3)，直到到达最大迭代次数或者点集间的欧式距离误差满足条件，则停止迭代计算；此时求得点云Q与点云P'的对应关系为Q＝RP'+T。
[0025]进一步的，所述(1)：选取采样点p'
i
∈P'，采用最近邻点搜索方法，找到对应的点集q
i
∈Q，对两个点集做去中心化处理。
[0026]进一步的，所述步骤五：受电弓中心线偏移值py＝po
‑
cc+d；
[0027]其中，相机中心cc固定，相机中心cc与轨道中心的距离d固定；
[0028]其中，从点云P中任选一点p(x,y,z)，点云Q中的对应点为q，计算受电弓中心点po＝(p+q)/2；根据所述步骤三和步骤四即可求解出q点坐标，即可计算出上述受电弓中心点坐标po。
[0029]进一步的，所述步骤一：采用一组3D相机固定设置，俯拍采集受电弓的碳滑板及左右羊角的三维点云数据。
[0030]进一步的，所述步骤二：根据受电弓到3D相机的深度距离h信息，截取h
±
20厘米范围内的所述获取的三维点云数据，然后再进行滤波处理。
[0031]本专利技术与现有技术对比，具有的优点如下：
[0032](1)相比较现有技术中采用多组结构光视觉模组或者多组面阵相机安装在轨道两边进行检测的方法，本专利技术仅采用了一组结构光视觉模组对受电弓进行俯拍，结构简单，安装方便；而且，本专利技术检测方法现场无需标定，调试方便。
[0033](2)本专利技术基于左右羊角对称的特性，通过对两边羊角的匹配关系，获得了受电弓
中心位置，从而求解出受电弓中心线偏移值。
[0034](3)具体的，本专利技术利用受电弓两端羊角对称的特性，结合三维深度信息，采用先粗略匹配，为后续配准提供了一个良好的初值，提高了算法的鲁棒性和运行速度；再采用点云精配准的方法，进一步减小了左右羊角部分的匹配误差，从而提高了受电弓中心线偏移的测量精度。
[0035]综上，本专利技术检测方法采用的装置结构简单、无需现场标定、检测精确度高。
附图说明
[0036]图1为本专利技术受电弓中心线偏移检测方法的流程图；
[0037]图2为本专利技术的结构光视觉模组安装示意图；
[0038]图3为受电弓上表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取受电弓三维点云数据；步骤二、对获取的三维点云数据进行滤波处理；步骤三、基于左右羊角的对称的特性，对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行粗略匹配；步骤四、对受电弓的左右羊角部分的点云数据进行精确配准；步骤五、通过根据上述配准关系得出受电弓的中心点，从而计算出受电弓中心线的偏移值。2.如权利要求1所述的一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，其特征在于，所述步骤三：选取包含受电弓的一行点云数据，从左往右遍历，符合深度信息要求的首尾体素点，确定为左右羊角端点p
l
，p
r
，从而计算出粗略的受电弓中心点p
c
＝(p
l
+p
r
)/2；根据以左右羊角端点为圆心，半径r的范围内选取两边羊角区域点云数据P＝{p1,p2…
p
n
}，Q＝{q1,q2…
q
n
}；点云P根据直线l:x＝p
cx
做一个镜像翻转，得到点云P'，即p'
i
(x,y,z)＝(2*p
cx
‑
p
ix
,p
iy
,p
iz
)。3.如权利要求2所述的一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，其特征在于，针对每一行点云数据对深度信息符合的体素进行统计，如果每一行点云数据对深度信息符合的体素的数量超过3/4碳滑板长度，则认为此行数据包含受电弓的信息。4.如权利要求2所述的一种基于三维图像的列车受电弓中心线偏移检测方法，其特征在于，所述步骤四为对点云Q与点云P'进行精确配准：(1)选取采样点p'
i
∈P'，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭其昌，梅劲松，朱从海，董智源，张兆贵，高乐，
申请(专利权)人：南京拓控信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：