CN105261025B - 一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置 - Google Patents

一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置，其中：激光测距仪相对于标定板能够转动；还包括安装在三角架上的支撑平台，支撑平台上通过精调平支座安装有横向运动导轨，横向运动导轨上安装有能够沿着横向运动导轨运动的横向滑块，横向滑块上安装有纵向运动导轨，纵向运动导轨上安装有能够沿着纵向运动导轨运动的纵向滑块，标定板的底部转动式安装在纵向滑块上。本发明所述装置安装调整方便，简化了标定程序，识别精度高；采用可旋转标定板，可以有效消除反光，进一步提高了识别精度；标定带上相邻两个白色条纹间距不等，可以识别出待标定黑色条纹的唯一位置，简化了标定程序，省时省力。

Description

一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置
技术领域
本发明属于铁路检测领域，涉及线阵相机，具体涉及一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置。
背景技术
中国铁路客运是目前中国主要的旅客运输方式，每年旅客吞吐量超过10亿人次。线路轨道是铁路运输的基础，定期检查轨道是否变形与错位，是轨道检测人员对广大乘客安全负责任的日常工作。目前我国铁路线总长接近10万公里，这对铁路检测人员是一个很大的负担。所以铁路轨道的检测的速度与精度至关重要，尤其是动车组开行后，对轨道的要求更高，标准更严。因此，我国需要一种快速、高精度的检测系统来进行高速铁路的检测与维护。
双目立体摄影测量是一种非接触式的测量方法，具有快速、精度高与实时性强等优点。对高速铁路进行双目立体摄影测量，是一种高速铁路检测的最佳选择。双目立体摄影测量系统在正式测量前需要对相机系统进行标定，然后才能进行实际的测量工作。提高标定的速度与精度，就相当于提高了轨道检测的速度与精度。
现有技术中公开了一种高铁检测系统的线阵相机标定设备，其中标定板只有一个方向的运动，调整位置需人工搬动设备；并且标定板不能旋转，在线激光的照射下很容易反光；标定带上黑白条纹的宽度均为固定值，要想确定代表定点的坐标需在标定板上进行标记，这增加量标定程序的复杂性；轨检车上的十字定位标记在远距离人眼目视的情况下，不容易分辨出来。该方案存在如下不足：装置的安装与调整过程复杂，不能满足快速标定的要求；调平精度不高，不能满足高精度的要求；不能有效解决标定板反光的问题，导致图像识别度不高，最终影响精度；.黑条纹等间距设置需进行标记，标定程序复杂；不能快速判断测距仪激光点是否准确打到轨检车标记点上。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置，解决现有的标定技术中标定速度慢以及标定精度不高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置，包括竖向设置的标定板，标定板上设置有多条黑色标定条纹，标定板的顶面上安装有激光测距仪，激光测距仪发射的激光打在安装在轨检车上的定位标记上；
所述的激光测距仪相对于标定板能够转动；
所述的激光测距仪的尾部和标定板上带有黑色标定条纹的面对齐，激光测距仪的基准点为激光测距仪的尾部；
还包括安装在三角架上的支撑平台，支撑平台上通过精调平支座安装有横向运动导轨，横向运动导轨上安装有能够沿着横向运动导轨运动的横向滑块，横向滑块上安装有纵向运动导轨，纵向运动导轨上安装有能够沿着纵向运动导轨运动的纵向滑块，标定板的底部转动式安装在纵向滑块上。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的定位标记为反射棱镜。
所述的多条黑色标定条纹中相邻的两条黑色标定条纹之间的间距不相等。
所述的黑色标定条纹的宽度为20mm。
所述的黑色标定条纹的为11条，相邻的两条黑色标定条纹之间的间距比例为2：4：6：6：4：2：5：6：5：2。
所述的精调平支座包括与支撑平台接触的调平底座，调平底座上通过带有调平手轮的调平螺柱安装有调平板，调平板与横向运动导轨固结。
所述的横向运动导轨包括与精调平支座固结的横向运动底座，横向运动底座上安装横向光杆和横向丝杆，横向丝杆上固结有横向手摇柄，横向光杆和横向丝杆上安装有横向滑块。
所述的纵向运动导轨包括安装在横向滑块上的纵向运动底座，纵向运动底座上安装纵向光杆和纵向丝杆，纵向丝杆上固结有纵向手摇柄，纵向光杆和纵向丝杆上安装有纵向滑块。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明所述装置安装调整方便，简化了标定程序，识别精度高。
(Ⅱ)采用可旋转标定板，可以有效消除反光，进一步提高了识别精度。
(Ⅲ)标定带上相邻两个白色条纹间距不等，可以识别出待标定黑色条纹的唯一位置，简化了标定程序，省时省力。
(Ⅳ)标定板可以实现横向和纵向两个自由度的运动，其中纵向运动使得在不需要搬动设备的情况下，快速的调整激光测距仪激光点的位置，使其打到反射棱镜上。
(Ⅴ)轨检车上安装有反射棱镜，可以快速的远距离目视激光点是否打到反射反射棱镜上，节省了标定时间。
附图说明
图1是标定装置的整体结构示意图。
图2是横向运动导轨的结构示意图。
图3是是纵向运动导轨的结构示意图。
图4是轨检车的结构示意图。
图5是标定装置使用原理示意图。
图中各个标号的含义为：1-标定板，2-黑色标定条纹，3-激光测距仪，4-轨检车，5-定位标记，6-三角架，7-支撑平台，8-精调平支座，9-横向运动导轨，10-横向滑块，11-纵向运动导轨，12-纵向滑块；
(4-1)-支撑架，(4-2)-上线阵相机，(4-3)-下线阵相机，(4-4)-线激光发射器，(4-5)-轨道平板车，(4-6)-轨道；
(8-1)-调平底座，(8-2)-调平手轮，(8-3)-调平螺柱，(8-4)-调平板；
(9-1)-横向运动底座，(9-2)-横向光杆，(9-3)-横向丝杆，(9-4)-横向手摇柄；
(11-1)-纵向运动底座，(11-2)-纵向光杆，(11-3)-纵向丝杆，(11-4)-纵向手摇柄；
图5中：Lx-激光测距仪测得基准点到定位标记的水平距离，h-定位标记表面至原点O的距离，Ly-待标定黑条纹中心点和激光测距仪基准点之间的距离，Ly1-激光测距仪基准点与第一条黑条纹上边界之间的距离，Ly2-第一条黑条纹上边界与待标定黑条纹中心点之间的距离，Lb-黑条纹的宽度，Lwi(i＝1，2，…，n)表示第i条白色条纹的宽度。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
本实施例给出一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置，如图1至图4所示，包括竖向设置的标定板1，标定板1上设置有多条黑色标定条纹2，标定板1的顶面上安装有激光测距仪3，激光测距仪3发射的激光打在安装在轨检车4上的定位标记5上；
激光测距仪3相对于标定板1能够转动；
所述的激光测距仪3的尾部和标定板1上带有黑色标定条纹2的面对齐，激光测距仪3的基准点为激光测距仪3的尾部；
还包括安装在三角架6上的支撑平台7，支撑平台7上通过精调平支座8安装有横向运动导轨9，横向运动导轨9上安装有能够沿着横向运动导轨9运动的横向滑块10，横向滑块10上安装有纵向运动导轨11，纵向运动导轨11上安装有能够沿着纵向运动导轨11运动的纵向滑块12，标定板1的底部转动式安装在纵向滑块12上。
所述的定位标记5为反射棱镜，可以快速的远距离目视激光点是否打到反射反射棱镜上，节省了标定时间。
多条黑色标定条纹2中相邻的两条黑色标定条纹2之间的间距不相等。黑色标定条纹2的宽度为20mm。黑色标定条纹2为11条，相邻的两条黑色标定条纹2之间的间距比例为2：4：6：6：4：2：5：6：5：2。相邻的两条黑色标定条纹2之间的白色底纹的宽度从上到下依次为20mm、60mm、100mm、100mm、60mm、20mm、80mm、100mm、80mm、20mm。采集的图像在经由图像处理软件识别后，得到的相邻的两条黑色标定条纹2的中线之间距离的比例为2：4：6：6：4：2：5：6：5：2，具有一定的差分度，从而可以准确的推断出待标定黑色条纹的编号，简化图像处理过程，使得图像处理更加迅速。
本实施例中所标定的线阵相机安装在轨检车4上，所述的轨检车4包括支撑架4-1，支撑架4-1上安装有上线阵相机4-2和下线阵相机4-3，支撑架4-1上还安装有线激光发射器4-4，支撑架4-1底部安装在轨道平板车4-5上，轨道平板车4-5在轨道4-6上运动。
精调平支座8包括与支撑平台7接触的调平底座8-1，调平底座8-1上通过带有调平手轮8-2的调平螺柱8-3安装有调平板8-4，调平板8-4与横向运动导轨9固结。
横向运动导轨9包括与精调平支座8固结的横向运动底座9-1，横向运动底座9-1上安装横向光杆9-2和横向丝杆9-3，横向丝杆9-3上固结有横向手摇柄9-4，横向光杆9-2和横向丝杆9-3上安装有横向滑块10。
纵向运动导轨11包括安装在横向滑块10上的纵向运动底座11-1，纵向运动底座11-1上安装纵向光杆11-2和纵向丝杆11-3，纵向丝杆11-3上固结有纵向手摇柄11-4，纵向光杆11-2和纵向丝杆11-3上安装有纵向滑块12。
如图5所示，本发明的工作过程如下所述：
一、安装设备并调整：
步骤1：把轨道平板车4-5放到轨道4-6上，并把相机支撑架4-1固定到轨道平板车4-5上，以一定角度安装上线阵相机4-2、下线阵相机4-3和线激光发射器4-4，使上线阵相机4-2、下线阵相机4-3的视野有一定的重叠区，并使线激光发射器4-4有一定的照亮区域；
步骤2：选择一个合适的位置，把三脚架6放到轨道4-6的一侧，把支撑平台7安装到三脚架6上；
步骤3：把纵向运动导轨11安装到横向运动导轨9的横向滑块10上。
步骤4：先把激光测距仪3安装到标定板1的顶部，然后再把标定板1安装到纵向运动导轨11的纵向滑块12上。
步骤5：把步骤3和4组装好的设备放在支撑平台7上，打开激光测距仪3，调整三脚架6的高度使激光测距仪3发出的激光在定位标记5上能看到反射光线，然后对三脚架6进行调平；
步骤6：转动调平手轮8-2和纵向手摇柄11-4，使激光测距仪3发出的光线打到定位标记5的中央位置，对精调平支座8进行精调平。
二、进行标定：
步骤7：在上述准备工作完成以后，开始进行标定。标定人员摇动横向手摇柄9-4，使标定板处在离轨检车最远处或最近处，打开激光测距仪。
步骤8：操纵激光测距仪3测标定板1距定位标记5的水平距离，并触发上线阵相机4-2和下线阵相机4-3对标定板1进行拍照，保存所测距离与所拍照片。
步骤9：标定人员手摇横向手摇柄9-4，使标定板1移动至一个新的位置，方向为逐渐靠近或者逐渐远离轨检车。然后进行测距和拍照。
步骤10：对步骤9重复k次，实际标定中k一般取10～20。测完后进入下一步骤。
步骤11：当所有数据都采集完以后，对所测得的距离和图片进行计算和识别，具体方法如下：
建立坐标系的方法如图5所示，以垂直地面向上的方向建立Y轴，以垂直指向标定条纹2的方向建立X轴，原点O设置在定位标记5的安装中点处。用下述方法计算待标定点的坐标：
测得定位标记5表面至原点O的距离，记为h。选取激光测距仪3)的尾部作为激光测距仪的基准点，操纵激光测距仪3)可以测得基准点到反射棱镜之间的距离,记为Lx。待标定点的横坐标x可以计算得出：
x＝Lx+h (式1)
由于标定板要求处于竖直状态，所以同一位置下的所有待标定点的横坐标都相等，激光测距仪只需测一次距离即可。
黑色条纹的宽度为Lb＝20mm，白色条纹宽度记为Lwi＝{20mm，60mm，100mm，100mm，60mm，20mm，80mm，100mm，80mm，20mm；i＝1,2,……，10}，所以采集的图片在经由图像处理软件识别后，得到的黑线中点之间距离的比例为2：4：6：6：4：2：5：6：5：2，具有一定的差分度，从而可以准确的推断出待标定黑色条纹的编号n，可以进一步计算出代表定点的纵坐标：
(式2)
具体的，如果识别出的相邻黑线中点之间距离的比值为4:2，则可断定这两条黑线分别为第6和第7条黑线，他们的纵坐标值可通过(式2)求得，分别为y6＝Ly1+450，y7＝Ly1+490，Ly1在设备安装后可以测得。
步骤13：标定设备移动到另一侧按照上述步骤进行标定，也可以使用两套图本发明设备同时对两侧进行标定。

Claims (4)

1.一种高铁检测系统的线阵相机快速高精度标定装置，包括竖向设置的标定板(1)，标定板(1)上设置有多条黑色标定条纹(2)，标定板(1)的顶面上安装有激光测距仪(3)，激光测距仪(3)发射的激光打在安装在轨检车(4)上的定位标记(5)上，其特征在于：
所述的激光测距仪(3)相对于标定板(1)能够转动；
所述的激光测距仪(3)的尾部和标定板(1)上带有黑色标定条纹(2)的面对齐，激光测距仪(3)的基准点为激光测距仪(3)的尾部；
还包括安装在三角架(6)上的支撑平台(7)，支撑平台(7)上通过精调平支座(8)安装有横向运动导轨(9)，横向运动导轨(9)上安装有能够沿着横向运动导轨(9)运动的横向滑块(10)，横向滑块(10)上安装有纵向运动导轨(11)，纵向运动导轨(11)上安装有能够沿着纵向运动导轨(11)运动的纵向滑块(12)，标定板(1)的底部转动式安装在纵向滑块(12)上；
所述的定位标记(5)为反射棱镜；
所述的多条黑色标定条纹(2)中相邻的两条黑色标定条纹(2)之间的间距不相等；
所述的精调平支座(8)包括与支撑平台(7)接触的调平底座(8-1)，调平底座(8-1)上通过带有调平手轮(8-2)的调平螺柱(8-3)安装有调平板(8-4)，调平板(8-4)与横向运动导轨(9)固结；
所述的纵向运动导轨(11)包括安装在横向滑块(10)上的纵向运动底座(11-1)，纵向运动底座(11-1)上安装纵向光杆(11-2)和纵向丝杆(11-3)，纵向丝杆(11-3)上固结有纵向手摇柄(11-4)，纵向光杆(11-2)和纵向丝杆(11-3)上安装有纵向滑块(12)。
2.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于：所述的黑色标定条纹(2)的宽度为20mm。
3.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于：所述的黑色标定条纹(2)为11条，相邻的两条黑色标定条纹(2)之间的间距比例为2：4：6：6：4：2：5：6：5：2。
4.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于：所述的横向运动导轨(9)包括与精调平支座(8)固结的横向运动底座(9-1)，横向运动底座(9-1)上安装横向光杆(9-2)和横向丝杆(9-3)，横向丝杆(9-3)上固结有横向手摇柄(9-4)，横向光杆(9-2)和横向丝杆(9-3)上安装有横向滑块(10)。
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