CN106403828B - 一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法及系统 - Google Patents

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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明公开了一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法及系统，涉及城市轨道交通技术。本发明提供的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法，包括：棋盘格标定步骤，利用相机拍摄棋盘格，确定相机拍摄图像的像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系；坐标转换步骤，接收相机采集到的待测接触线的廓形图像，将廓形图像由图像像素坐标转换为世界坐标；残高计算步骤，计算已转换为世界坐标的廓形图像中汇流排顶端到接触线顶部的垂直距离得到接触线的残存高度。

Description

一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法及系统
技术领域
本发明涉及城市轨道交通技术，特别是广泛应用于地铁或轻轨的单轨接触线磨耗检测装置的标定方法及系统。
背景技术
地体列车运行过程中，通过受电弓滑板与接触线的滑动接触取流。要使受电弓良好地受流,必须保证受电弓滑板与接触线可靠接触,这就要求弓网之间必须保持一定的接触压力。但是弓网压力的存在必然导致机械磨耗的出现。
随着运行时间的增加,某些区段列车受电弓与接触线之间弓网关系不良,造成的接触线局部磨损已经非常严重，同时，列车受电弓滑板磨损也较为严重,将会进一步恶化弓网关系。
为保证接触网设备的良好工作状态,科学、系统的分析弓网运行关系，需对接触线磨耗状态进行监测。
目前，人们提出了一种基于机器视觉的接触线磨耗检测装置，该装置包括一个线光源及至少两个相机，两个相机布设于一条直线上，且呈一定夹角，线光源位于所述直线之外，但线光源的走向与所述直线平行，线光源发出的光平面及各相机的主光轴能相交于一设定点。如图1、图2。
检测装置的工作原理是线光源照射在接触线及汇流排上，线光源发出的光平面正好与接触线、汇流排的横截面平行，两个相机采集线光源照射在接触线、汇流排上形成的廓形光线，再由后期的图像处理工作还原出接触线及汇流排的横截面廓形，进而检测接触线的磨耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法及系统。
本发明提供的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法，包括：
棋盘格标定步骤，利用相机拍摄棋盘格，确定相机拍摄图像的像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系；
坐标转换步骤，接收相机采集到的待测接触线的廓形图像，将廓形图像由图像像素坐标转换为世界坐标；
残高计算步骤，计算已转换为世界坐标的廓形图像中汇流排顶端到接触线顶部的垂直距离得到接触线的残存高度。
进一步，所述棋盘格标定步骤中，使用的标定装置包括标定底板、待标定相机组、线光源、固定架、棋盘格板、棋盘格板固定座及二维微调平台；
固定架固定于标定底板上；
所述二维微调平台固定于固定架上；棋盘格板固定于所述棋盘格板固定座上，棋盘格板固定座固定于所述二维微调平台上；
二维微调平台可带动棋盘格板在x方向及z方向上往返移动，其中x方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；
所述棋盘格板上具有棋盘格纹；
线光源及待标定相机组也固定于所述标定底板上，其中待标定相机组中的相机位于一条直线上且呈一定角度布设，线光源位于所述直线之外，且线光源发出的光平面与待标定相机组中的各相机的主光轴能够相交于一设定点；
所述直线与x方向至少近似平行；所述线光源与所述直线平行。
所述棋盘格标定步骤中，进一步包括：
调整棋盘格板的位置，使之与线光源发出的光平面共面；
世界坐标建立步骤，选定线光源的中心点为坐标原点，x轴方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z轴方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；y轴同时与x轴及z轴垂直；
棋盘格的角点的世界坐标获取步骤，根据棋盘格与世界坐标原点的相对位置关系确定各个角点的世界坐标；
确定世界坐标与图像像素坐标关系方程组，
Figure BDA0001102239840000021
其中(u,v)为相机拍摄图像的图像像素坐标中的一点，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标中的一点；
Figure BDA0001102239840000031
为相机内参矩阵，
Figure BDA0001102239840000032
为相机的外参矩阵；
确定线光源发出的光平面方程，A×Xw+B×Yw+C×Zw+1＝0；任取棋盘格上三个角点的世界坐标带入方程中计算即可确定系数A、B、C；
根据世界坐标与图像像素坐标关系方程组及光平面方程即可确定图像像素坐标与世界坐标的转换关系。
进一步，坐标转换步骤中，利用标定好的相机及线光源获取接触线廓形图像，获取接触线廓形图像时保持相机及线光源的相对位置与在标定过程中的相对位置相同，线光源发出的光平面与接触线及固定接触线的汇流排的横截面平行，廓形图像为线光源发出的光平面与接触线、汇流排相交的光线。
残高计算步骤进一步包括：
对转换为世界坐标后的接触线廓形图像进行滤波及二值化处理；
根据先知条件对滤波后的图像中的廓形曲线区域进行粗定位；
根据像素值对粗定位图像中的廓形曲线区域进行精定位：精定位图像的左起第一列为粗定位图像中左起列像素值之和不为0的第一列，精定位图像的左起最后一列为粗定位图像中左起像素值之和不为0的最后一列，精定位图像的自上往下的第一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的第一行，精定位图像的自上往下的最后一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的最后一行；
确定精定位图像中廓形曲线区域的中心线，得到廓形曲线；进而得到汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。
本发明还提供了一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量系统，其特征在于，包括：
棋盘格标定模块，用于确定相机拍摄图像的图像像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系；
坐标转换模块，用于接收待测接触线的廓形图像，将廓形图像由图像像素坐标转换为世界坐标；
残高计算模块，用于计算已转换为世界坐标的廓形图像中汇流排顶端到接触线顶部的垂直距离得到接触线的残存高度。
进一步，使用的标定装置包括标定底板、待标定相机组、线光源、固定架、棋盘格板、棋盘格板固定座及二维微调平台；
固定架固定于标定底板上；
所述二维微调平台固定于固定架上；棋盘格板固定于所述棋盘格板固定座上，棋盘格板固定座固定于所述二维微调平台上；
二维微调平台可带动棋盘格板在x方向及z方向上往返移动，其中x方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；
所述棋盘格板上具有棋盘格纹；
线光源及待标定相机组也固定于所述标定底板上，其中待标定相机组中的相机位于一条直线上且呈一定角度布设，线光源位于所述直线之外，且线光源发出的光平面与待标定相机组中的各相机的主光轴能够相交于一设定点；
所述直线与x方向至少近似平行；所述线光源与所述直线平行；
调整棋盘格板的位置，使之与线光源发出的平面光共面。
所述棋盘格标定模块进一步包括：
世界坐标建立单元，用于选定线光源的中心点为坐标原点，x轴方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z轴方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；y轴同时与x轴及z轴垂直；
棋盘格的角点的世界坐标获取单元，用于根据棋盘格与世界坐标原点的相对位置关系确定各个角点的世界坐标；
坐标转换关系确定单元，用于确定世界坐标与图像像素坐标关系方程组，
Figure BDA0001102239840000041
其中(u,v)为图像像素坐标中的一点，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标中的一点；
Figure BDA0001102239840000051
为相机内参矩阵，
Figure BDA0001102239840000052
为相机的外参矩阵；
以及用于确定线光源发出的光平面方程，A×Xw+B×Yw+C×Zw+1＝0；任取棋盘格上三个角点的世界坐标带入方程中计算即可确定系数A、B、C；
根据世界坐标与图像像素坐标关系方程组及光平面方程即可确定图像像素坐标与世界坐标的转换关系。
坐标转换模块进一步用于，接收标定好的相机及线光源获取的接触线廓形图像；获取接触线廓形图像时保持相机及线光源的相对位置与在标定过程中的相对位置相同，线光源发出的光平面与接触线及固定接触线的汇流排的横截面平行，廓形图像为线光源发出的光平面与接触线、汇流排相交的光线。
残高计算模块进一步用于：
对转换为世界坐标后的接触线廓形图像进行滤波及二值化处理；
根据先知条件对滤波后的图像中的廓形曲线区域进行粗定位；
根据像素值对粗定位图像中的廓形曲线区域进行精定位：精定位图像的左起第一列为粗定位图像中左起列像素值之和不为0的第一列，精定位图像的左起最后一列为粗定位图像中左起像素值之和不为0的最后一列，精定位图像的自上往下的第一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的第一行，精定位图像的自上往下的最后一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的最后一行；
确定精定位图像中廓形曲线区域的中心线，得到廓形曲线；进而得到汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于棋盘格的机器视觉标定方法，进而在此基础上实现了基于机器视觉的接触线残高检测方法，使接触线状态数据的采集不再像以往技术那样进行单点测量，而是可以连续采集轨道接触线图像数据，自动计算出磨损比例，检测过程更加自动、检测效率更高，同时节省了人力成本。实验证明，采用本发明方法检测到的接触线残高与接触线实际残高十分接近，具有高精度的优点。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是接触线磨耗检测装置中线光源与面阵相机的相对位置关系示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明采用的标定装置的结构示意图。
图4是棋盘格及角点示意图。
图5是一号相机棋盘格角点的图像像素坐标与转换后的世界坐标。
图6是二号相机棋盘格角点的图像像素坐标与转换后的世界坐标。
图7是接触线及汇流排的横截面。
图8是接触线廓形曲线区域的粗定位图。
图9是接触线廓形曲线区域的精定位图。
图10是接触线廓形曲线区域的hessian矩阵精定位图。
图11是一号相机拍摄的接触线廓形曲线世界坐标图。
图12是二号相机拍摄的接触线廓形曲线世界坐标图。
图13是本发明方法检测到的接触线残高与实际残高对比图表。
图中标记：1为待标定相机组；2为线光源；3为棋盘格板；4为棋盘格板固定座；5为二维微调平台；6为固定架；7为标定底面；8为标定零点；9为接触线；10为汇流排；11为面阵相机；12为角点；31为螺纹孔；32为通孔；33为调试目标块；34为标记；41为连接平板；42为固定平板；51为横梁；52为滑块；53为滑板；61为固定架。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图3所示，本发明提供的标定装置，包括标定底板7、待标定相机组1、线光源2、固定架6、棋盘格板3、棋盘格板固定座4及二维微调平台5。
固定架6的底部设置有螺孔，以便将固定架6安装于标定底板7上。
线光源2及相机组1固定于标定底板上，线光源及相机组的相对位置参见背景技术中的描述。
二维微调平台5可带动棋盘格板在x方向及z方向上往返移动，其中x方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述某底板所在平面平行；z方向与棋盘格板3所在平面垂直，且与所述某个底板所在平面平行。
具体的，所述二维微调平台5固定于固定架6上；棋盘格板3固定于所述棋盘格板固定座4上，棋盘格板固定座4固定于所述二维微调平台5上。
本实施例中二维微调平台5包括两个相互平行的横梁51，两个横梁架设在固定架6的上方，横梁与固定架6通过滑槽、滑轨的方式配合连接。
在固定架6的相互平行的两根上梁的侧面开设滑槽61，每个滑槽61的里放置两个滑块52，滑块52上设有突出的滑轨，滑轨卡在滑槽61中且可沿着滑槽移动，同一个滑槽61中的两个滑块与一根横梁51固定连接。
二维微调平台5还包括滑板，所述滑板53套接在两根横梁51上，滑板53可沿横梁51，即z方向，往返移动。横梁51又可带动滑板53沿固定架的上梁，即x方向，滑动。
棋盘格板固定座与滑板的下底面固定。
开启线光源，然后推动二维微调平台中滑板53滑动，棋盘格板沿z方向滑动，使线光源发出的光平面正好与棋盘格板3共面，再推动二维微调平台中滑块52滑动，使棋盘格板上棋盘格纹区域的中心点对准线光源的中心点，即标定零点8。
接下来便可开始标定工作。
棋盘格标定步骤
利用相机拍摄棋盘格，确定相机拍摄图像的像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系。其进一步包括以下步骤：
世界坐标建立步骤，选定线光源的中心点为坐标原点，x轴方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z轴方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；y轴同时与x轴及z轴垂直；
棋盘格的角点的世界坐标获取步骤，根据棋盘格与世界坐标原点的相对位置关系确定各个角点的世界坐标。参见图4，棋盘格大小为(w*h)160mm×100mm共有640个方格(精度为1um)。棋盘格中心为理论的接触线表面。高度方向即为导高方向。宽度方向即为拉出值方向。
每四个小方格的公共点12为本发明中的角点。由于坐标原点到棋盘格底边的距离已知，每个小方格的边长已知，因此每个角点到坐标原点的相对位置关系是已知的，由于本实施例中的线光源的光平面与棋盘格共面，因此每个角点在世界坐标中的z坐标都是0。
确定摄像机坐标系下坐标(Xc,Yc,Zc,1)与图像物理坐标(x,y,1)的关系，二者的关系由针孔摄像模型导出：
Figure BDA0001102239840000081
其中，图像物理坐标是指相机拍摄的图像中各个像素点距离图像原点(左上角顶点为(0,0))在x轴方向、y轴方向的距离。f为相机焦距。
确定图像物理坐标(x,y,1)与图像像素坐标(u,v,1)的关系：
Figure BDA0001102239840000082
其中，每一个像素在x轴与y轴方向的物理尺寸为dx和dy，相机的光轴与像面的交点为(u0,v0)。
确定世界坐标与图像像素坐标的关系
由(1)和(2)推导出：
Figure BDA0001102239840000091
其中M1为内参矩阵，而M2为外参矩阵，
Figure BDA0001102239840000092
计算畸变参数和内参矩阵
由于镜头的形状形成径向畸变及由于安装过程造成的切向畸变对成像影响较大，因此针对镜头的畸变参数的计算是必要的。畸变参数计算要求棋盘格放置在机器视觉系统的主要工作距离处，调整光圈和焦距保证相机组的两个相机均可以清晰成像。棋盘格摆放不同的角度拍摄10～20张图像。采集过程中，相机位置不变，焦距光圈不做调整，否则要重新采集。通过matlab工具箱已有的函数计算畸变参数和内参矩阵。
计算外参矩阵
外参棋盘格图像采集需要棋盘格面与光平面共面。并且两个相机都能清晰的看到整个棋盘格的成像。在计算外参之前，需要用上述计算得到畸变参数对所采集到的图像进行校正。校正过后再行计算外参。同样，计算外参矩阵也是采用matlab工具箱已有的函数计算。
把(3)式把M1M2表示成
Figure BDA0001102239840000101
得：
Figure BDA0001102239840000102
由(4)展开得到如下方程：
Figure BDA0001102239840000103
由(5)式进一步推得
Figure BDA0001102239840000104
确定光平面方程：
A×Xw+B×Yw+C×Zw+1＝0，(7)
光平面方程系数可获取多组角点世界坐标，通过最小二乘法求最优解。
由(6)和(7)即可以推导出图像像素坐标与世界坐标的转换关系。也就达到摄影测量的目的。
知道了相机图像像素与世界坐标的转换关系后，便可进行接触线残高的摄影测量。
图7展示的是标准接触线9及汇流排10的横截面。H1为左侧汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离，H2为右侧汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。
利用标定好的相机及线光源获取接触线廓形图像，获取接触线廓形图像时保持相机及线光源的相对位置与在标定过程中的相对位置相同，线光源发出的光平面与接触线及固定接触线的汇流排的横截面平行，廓形图像为线光源发出的光平面与接触线、汇流排相交的光线。一般来说，我们都是使用两个相机对同时对接触线进行拍摄。每个相机都是经过了上述标定过程标定。参见图5、图6。
并对各个相机拍摄到的接触线图像一次进行后续的处理。
坐标转换步骤，接收相机采集到的待测接触线的廓形图像，将廓形图像由图像像素坐标转换为世界坐标。
残高计算步骤：
对转换为世界坐标后的接触线廓形图像进行滤波及二值化处理。滤波的目的是为了去噪，二值化后，图像中高亮的部分(即光线对应的像素点)灰度值为255，其余部分为0。
根据先知条件对滤波后的图像中的廓形曲线区域进行粗定位；其结果参见图8。因为相机与线光源一旦标定好后，其相对位置是不变的，安装到检测车后拍摄到的接触线廓形曲线区域在图像中的位置具有恒常性，多次拍摄接触线廓形图像便可得到每次相机拍摄到的图像中接触线廓形曲线区域位置，根据这一先知条件便可对图像中的廓形曲线区域进行粗定位，降低后续图像处理的运算量。
根据像素值对粗定位图像中的廓形曲线区域进行精定位：精定位图像的左起第一列为粗定位图像中左起列像素值之和不为0的第一列，精定位图像的左起最后一列为粗定位图像中左起像素值之和不为0的最后一列，精定位图像的自上往下的第一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的第一行，精定位图像的自上往下的最后一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的最后一行。参见图9。
确定精定位图像中廓形曲线区域的中心线，得到廓形曲线；进而得到汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。参见图10。
本实施例采用hessian矩阵计算接触线廓形曲线区域的中心线。计算区域中心线的方法为图像处理领域中的现有技术，在此不再赘述其过程。
图11为一号相机拍摄的接触线廓形曲线的世界坐标，图12为二号相机拍摄的接触线廓形曲线的世界坐标。分别计算图中AB两点的垂直距离便可得到接触线的残高。
图13展示了使用本发明计算得到的接触线残高与使用游标卡尺测量得到的接触线残高的对比，挤兑误差值均小于0.2mm。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法，其特征在于，包括：
棋盘格标定步骤，利用相机拍摄棋盘格，确定相机拍摄图像的像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系；
坐标转换步骤，接收相机采集到的待测接触线的廓形图像，将廓形图像由像素坐标转换为世界坐标；
残高计算步骤，计算已转换为世界坐标的廓形图像中汇流排顶端到接触线顶部的垂直距离得到接触线的残存高度；
所述棋盘格标定步骤中，使用的标定装置包括标定底板、待标定相机组、线光源、固定架、棋盘格板、棋盘格板固定座及二维微调平台；
固定架固定于标定底板上；
所述二维微调平台固定于固定架上；棋盘格板固定于所述棋盘格板固定座上，棋盘格板固定座固定于所述二维微调平台上；
二维微调平台可带动棋盘格板在x方向及z方向上往返移动，其中x方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；
所述棋盘格板上具有棋盘格纹；
线光源及待标定相机组也固定于所述标定底板上，其中待标定相机组中的相机位于一条直线上且呈一定角度布设，线光源位于所述直线之外，且线光源发出的光平面与待标定相机组中的各相机的主光轴能够相交于一设定点；
所述直线与x方向至少近似平行；所述线光源与所述直线平行；
棋盘格中心为理论接触线表面，高度方向即为导高方向，宽度方向即为拉出值方向；
残高计算步骤进一步包括：
对转换为世界坐标后的接触线廓形图像进行滤波及二值化处理；
根据先知条件对滤波后的图像中的廓形曲线区域进行粗定位；
根据像素值对粗定位图像中的廓形曲线区域进行精定位：精定位图像的左起第一列为粗定位图像中左起列像素值之和不为0的第一列，精定位图像的左起最后一列为粗定位图像中左起像素值之和不为0的最后一列，精定位图像的自上往下的第一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的第一行，精定位图像的自上往下的最后一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的最后一行；
确定精定位图像中廓形曲线区域的中心线，得到廓形曲线，进而得到汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法，其特征在于，所述棋盘格标定步骤中，进一步包括：
调整棋盘格板的位置，使之与线光源发出的光平面共面；
世界坐标建立步骤，选定线光源的中心点为坐标原点，x轴方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z轴方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；y轴同时与x轴及z轴垂直；
棋盘格的角点的世界坐标获取步骤，根据棋盘格与世界坐标原点的相对位置关系确定各个角点的世界坐标；
确定世界坐标与图像像素坐标关系方程组，
Figure FDA0002233776330000021
其中(u，v)为相机拍摄图像的图像像素坐标中的一点，(Xw，Yw，Zw)为世界坐标中的一点；
Figure FDA0002233776330000022
为相机内参矩阵，
Figure FDA0002233776330000023
为相机的外参矩阵；
确定线光源发出的光平面方程，A×Xw+B×Yw+C×Zw+1＝0；任取棋盘格上三个角点的世界坐标带入方程中计算即可确定系数A、B、C；
根据世界坐标与图像像素坐标关系方程组及光平面方程即可确定图像像素坐标与世界坐标的转换关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量方法，其特征在于，坐标转换步骤中，利用标定好的相机及线光源获取接触线廓形图像，获取接触线廓形图像时保持相机及线光源的相对位置与在标定过程中的相对位置相同，线光源发出的光平面与接触线及固定接触线的汇流排的横截面平行，廓形图像为线光源发出的光平面与接触线、汇流排相交的光线。
4.一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量系统，其特征在于，包括：
棋盘格标定模块，用于确定相机拍摄图像的像素坐标与被拍图像在实际三维空间中的世界坐标的关系；
坐标转换模块，用于接收待测接触线的廓形图像，将廓形图像由图像像素坐标转换为世界坐标；
残高计算模块，用于计算已转换为世界坐标的廓形图像中汇流排顶端到接触线顶部的垂直距离得到接触线的残存高度；
使用的标定装置包括标定底板、待标定相机组、线光源、固定架、棋盘格板、棋盘格板固定座及二维微调平台；
固定架固定于标定底板上；
所述二维微调平台固定于固定架上；棋盘格板固定于所述棋盘格板固定座上，棋盘格板固定座固定于所述二维微调平台上；
二维微调平台可带动棋盘格板在x方向及z方向上往返移动，其中x方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；
所述棋盘格板上具有棋盘格纹；
线光源及待标定相机组也固定于所述标定底板上，其中待标定相机组中的相机位于一条直线上且呈一定角度布设，线光源位于所述直线之外，且线光源发出的光平面与待标定相机组中的各相机的主光轴能够相交于一设定点；
所述直线与x方向至少近似平行；所述线光源与所述直线平行；
调整棋盘格板的位置，使之与线光源发出的平面光共面；
棋盘格中心为理论接触线表面，高度方向即为导高方向，宽度方向即为拉出值方向；
残高计算模块进一步用于：
对转换为世界坐标后的接触线廓形图像进行滤波及二值化处理；
根据先知条件对滤波后的图像中的廓形曲线区域进行粗定位；
根据像素值对粗定位图像中的廓形曲线区域进行精定位：精定位图像的左起第一列为粗定位图像中左起列像素值之和不为0的第一列，精定位图像的左起最后一列为粗定位图像中左起像素值之和不为0的最后一列，精定位图像的自上往下的第一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的第一行，精定位图像的自上往下的最后一列为粗定位图像中自上往下的行像素值之和不为0的最后一行；
确定精定位图像中廓形曲线区域的中心线，得到廓形曲线，进而得到汇流排顶点到接触线顶部的垂直距离。
5.根据权利要求4所述的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量系统，其特征在于，所述棋盘格标定模块，进一步包括：
世界坐标建立单元，用于选定线光源的中心点为坐标原点，x轴方向与棋盘格板所在平面平行，且与所述标定底板所在平面平行；z轴方向与棋盘格板所在平面垂直，且与所述标定底板所在平面平行；y轴同时与x轴及z轴垂直；
棋盘格的角点的世界坐标获取单元，用于根据棋盘格与世界坐标原点的相对位置关系确定各个角点的世界坐标；
坐标转换关系确定单元，用于确定世界坐标与图像像素坐标关系方程组，
Figure FDA0002233776330000041
其中(u，v)为图像像素坐标中的一点，(Xw，Yw，Zw为世界坐标中的一点；
Figure FDA0002233776330000042
为相机内参矩阵，
Figure FDA0002233776330000043
为相机的外参矩阵；
以及用于确定线光源发出的光平面方程，A×Xw+B×Yw+C×Zw+1＝0；任取棋盘格上三个角点的世界坐标带入方程中计算即可确定系数A、B、C；
根据世界坐标与图像像素坐标关系方程组及光平面方程即可确定图像像素坐标与世界坐标的转换公式。
6.根据权利要求5所述的一种基于棋盘格标定的单轨接触线残高测量系统，其特征在于，坐标转换模块进一步用于，接收标定好的相机及线光源获取的接触线廓形图像；获取接触线廓形图像时保持相机及线光源的相对位置与在标定过程中的相对位置相同，线光源发出的光平面与接触线及固定接触线的汇流排的横截面平行，廓形图像为线光源发出的光平面与接触线、汇流排相交的光线。
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