CN113602316B - 一种轨道轨距检测的图像采集方法和采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道轨距检测的图像采集方法和采集装置，该方法采用旋转拍摄，可从不同角度、不同位置对同一处轨道图像信息进行采集，获得的轨道信息全面完整，在进行轨道边缘化分时，可结合多角度、多位置拍摄图像，划分结果更精确，检测得到的轨道轨距信息也更加精确。本发明还提供了一种图像采集装置，通过该图像采集装置，可实现自动行走、自动旋转对轨道进行拍摄的功能，提高图像采集效率。

Description

一种轨道轨距检测的图像采集方法和采集装置

技术领域

本发明属于轨道分析及测量技术领域，具体涉及了一种轨道轨距检测的图像采集方法和采集装置。

背景技术

由于轨道自身、地质变化等因素，可使铁路、地铁等轨道轨距发生变化，严重影响行车安全，所以需要定期对轨道轨距进行检测，以便及时发现轨距变化是否超过限定标准。

现有技术的轨距多为人工使用轨距尺进行检测，一方面人工测量不可避免的会出现测量误差，另一方面人工测量耗时耗力，检测效率低下。另外，随着现代科学技术的发展，运用图像处理方式进行轨距检测技术也逐渐发展起来，如专利CN201811512530.9公开了一种基于相机拍摄的轨距检测方法及装置，该专利采用两个相机分别采集两个轨道的图像，然后将轨道图像输入预先训练好的边缘分割模型中，得到边缘分割后的轨道图像，基于该轨道图像，确定轨道之间的轨距。该专利虽然提高了轨距检测效率和检测精度，但是其采用两个相机分别对两个轨道进行拍摄，虽然解决了“通过一个相机拍摄两条轨道的图像，容易造成轨道边缘不清晰、从而造成轨距测量精确度降低”的技术问题，但是每个相机获取得到的轨道图像主要包括单条轨道信息，不同时包含两条轨道图像信息，因此，采集获得的轨道图像信息不完整，最后确定的轨距精度也有待进一步提高。

发明内容

本发明针对以上问题而提供一种轨道轨距检测的图像采集方法和采集装置。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种轨道轨距检测的图像采集方法，包括：

在轨道初始位置，将图像采集设备围绕所述轨道中心作圆周运动，且每隔第一预设角度进行至少一次拍摄，获取每次拍摄的轨道图像信息，同时获取每次拍摄的位置、角度信息，所述图像采集设备圆周运动直径不小于所述轨道之间最大距离；

沿所述轨道移动第一预设距离，重复所述图像采集设备圆周运动拍摄步骤，直至完成轨道全部待测距离拍摄，获取得到轨道全部待测距离的每次拍摄的轨道图像信息以及位置、角度信息。

优选的，所述图像采集设备数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个所述图像采集设备的镜头均向所述轨道中心倾斜，且由内至外，3个所述图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与所述轨道夹角为30～60°，所述图像采集设备距离所述轨道的高度为所述轨道之间最大距离的0.8～1.2倍。

优选的，所述第一预设角度为15～30°。

优选的，所述第一预设距离为1.5～3m。

优选的，所述图像采集设备设有组合惯性导航系统，所述每次拍摄的位置、角度信息通过所述组合惯性导航系统获取。

本发明还提供了一种轨道轨距检测的图像采集装置，包括可沿轨道行走的行走小车，其特征在于，所述行走小车上设有可围绕轨道中心进行圆周运动的回转支撑系统，所述回转支撑系统上设有延长臂，所述延长臂上设有图像采集设备；在所述回转支撑系统的作用下，所述图像采集设备可围绕所述轨道中心进行圆周运动，所述图像采集设备，在所述延长臂的位置与所述轨道位置重合或位于所述轨道外侧；

所述图像采集设备上还设有位置、角度采集系统。

优选的，所述图像采集设备数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个所述图像采集设备的镜头均向所述轨道中心倾斜，且由内至外，3个所述图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与所述轨道夹角为30～60°，相邻所述图像采集设备采集的图像重叠率不小于60％；所述图像采集设备距离所述轨道的高度为所述轨道之间最大距离的0.8～1.2倍。

优选的，所述行走小车包括可沿所述轨道行走的主动轮以及分别位于所述主动轮前后两侧的缓冲轮；

所述行走小车还包括车轮架，所述车轮架包括左车轮臂、右车轮臂，所述主动轮以及所述缓冲轮通过连接轴连接于所述左车轮臂和右车轮臂之间。

优选的，所述主动轮与所述车轮架之间设有垂直减震组件。

优选的，所述缓冲轮包括平面接触部以及卡接在所述轨道外侧的卡接部，所述卡接部与和其相连接的所述车轮臂之间的连接轴上设有水平弹性件。

本发明采用旋转拍摄的方法，可从不同角度、不同位置对同一处轨道进行拍摄，获得的轨道信息全面完整，在进行轨道边缘划分时，可结合多角度、多位置拍摄图像，划分结果更精确，检测得到的轨道轨距也更加精确。本发明还提供了一种图像采集装置，通过该图像采集装置，可实现自动行走、自动旋转对轨道进行拍摄的功能，提高图像采集效率。

附图说明

图1是本发明提供的图像采集装置的结构示意图；

图2是图1另一视角的结构示意图。

其中，10-轨道，20-回转支撑系统，21-延长臂；22-采集设备，23-第一齿轮，24-第二齿轮，30-主动轮，31-垂直减震组件，40-缓冲轮；41-水平接触部，42-卡接部，43-水平弹性件，50-车轮架；60-驱动器。

具体实施方式

本发明提供了一种轨道轨距检测的图像采集方法，包括：

在轨道初始位置，将图像采集设备围绕轨道中心圆周运动，且每隔第一预设角度进行至少一次拍摄，获取每次拍摄的轨道图像信息，同时获取每次拍摄的位置、角度信息，图像采集设备圆周运动直径不小于轨道之间最大距离(即两轨道的外距)，使图像采集设备可以从轨道两侧外围朝向轨道进行拍摄，可以获取完整的轨道图像信息；

沿轨道移动第一预设距离，重复图像采集设备圆周运动拍摄步骤，直至完成轨道全部待测距离拍摄，获取得到轨道全部待测距离的每次拍摄的轨道图像信息以及位置、角度信息。

基于上述获得的轨道全部待测距离的每次拍摄的轨道图像信息以及位置、角度信息，可分析确定轨道之间的轨距。

本发明采用旋转拍摄的方法，可从不同角度、不同位置对同一处轨道进行拍摄，获得的轨道信息全面完整，在进行轨道边缘划分时，可结合多角度、多位置拍摄图像，划分结果更精确，检测得到的轨道轨距也更加精确。

优选的，图像采集设备可选用全画幅相机，数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个图像采集设备的镜头均向轨道中心倾斜，且由内至外，3个图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与轨道夹角为30～60°，相邻图像采集设备采集的图像重叠率不小于60％。图像采集时采用多个相机同时进行拍摄，且由内至外各相机摆放角度有所不同，获得的图像具有一定的重叠和区别，便于各图像数据进行比对，更好的对轨道边缘进行划分。递增角度优选为15°。图像采集设备距离轨道的高度优选为轨道之间最大距离的0.8～1.2倍，在此高度下，有助于获得清晰完整的图像。

优选的，第一预设角度为15～30°，进一步优选为20°，第一预设距离为1.5～3m，进一步优选为2m，在该范围内，既可以获取完整轨道图像，又尽可能的减少拍摄次数，减少数据信息，提高图像分析效率。

优选的，图像采集设备设有组合惯性导航系统，每次拍摄的位置、角度信息通过组合惯性导航系统获取。

为适应上述检测方法，本发明还提供了一种轨道轨距检测的图像采集装置，包括可沿轨道10行走的行走小车，行走小车上设有可围绕轨道中心进行圆周运动的回转支撑系统20，回转支撑系统上设有延长臂21，延长臂21上设有图像采集设备22；在回转支撑系统的作用下，图像采集设备可围绕轨道中心进行圆周运动，运动过程中可对轨道进行拍摄；图像采集设备22，在延长臂的位置与轨道位置重合或位于轨道外侧，可从轨道外围向整个轨道进行拍摄，获取完整的轨道信息；图像采集设备上还设有位置、角度采集系统，可获得图像拍摄的位置、角度信息。

通过本发明提供的图像采集装置，可实现自动行走、自动旋转对轨道进行拍摄的功能，提高图像采集效率。

优选的，回转支撑系统包括第一齿轮23、第二齿轮24以及驱动电机；

第一齿轮与驱动电机的输出轴连接；

第二齿轮与第一齿轮啮合，且其半径大于第一齿轮，第二齿轮的圆心与轨道中心重合；

延长臂21位于第二齿轮上；

在驱动电机驱动第一齿轮、第一齿轮驱动第二齿轮的作用下，延长臂携带图像采集设备围绕轨道中心作圆周运动，实现图像采集设备的自动旋转拍摄。通过设置半径较大的第二齿轮，可减少驱动电机输出功率。

优选的，图像采集设备数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个图像采集设备的镜头均向轨道中心倾斜，且由内至外，3个图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与轨道夹角为30～60°，相邻图像采集设备采集的图像重叠率不小于60％；图像采集设备距离轨道的高度为轨道之间最大距离的0.8～1.2倍。

优选的，位置、角度采集设备为组合惯性导航系统。

优选的，行走小车包括可沿轨道10行走的主动轮30以及分别位于主动轮前后两侧的缓冲轮40；行走小车还包括车轮架50，车轮架组包括左车轮臂、右车轮臂，主动轮以及缓冲轮通过连接轴70连接于左车轮臂和右车轮臂之间；主动轮内置有微型电机，可提供行走动力，设置缓冲轮可有效缓冲主动轮与轨道之间的硬接触力，提高行走小车行走的稳定性。

如本领域技术人员可以理解的，本发明主动轮为一对，分别沿一条轨道进行行走，相应的车轮架也为一对，缓冲轮为2对。

主动轮与车轮架之间设有垂直减震组件31；进一步减少主动轮与轨道的刚性接触力；

缓冲轮包括平面接触部41以及卡接在轨道外侧的卡接部42，卡接部与车轮臂之间的连接轴上设有水平弹性件43，通过卡接部，缓冲轮可卡接在轨道一侧行走，有助于小车姿态稳定；通过设置水平弹性件，当轨距发生变化时，水平弹性件可提供弹性，使缓冲轮可适应轨距变化，继续卡接在轨道一侧进行行走。

本发明提供的采集装置还包括其他常规组件，如驱动器60、相机安装支架等。

以世界通用的标准轨为例，下面给出一优选的图像采集设备设置以及图像采集实施例：

标准轨，轨距(内距)为1435mm，本发明图像采集设备采用3个全画幅相机，其中最外侧相机中心位置距离运动圆心(轨道中心)1.4m，其它两个相机以15cm间距向圆心逐个排列，3个相机距离轨道(轨道中心位置)高度为1.5m，在水平方向上，由外之内，3个相机向圆心倾斜角度依次为45°、30°、15°，在垂直方向上，3个相机的镜头朝向角度与轨道夹角均为45°。

在待测轨道上，随着延长臂的旋转，每隔20°，3个相机同步拍摄一次，旋转一圈后，完成一个周期的拍摄，主动轮驱动行走小车向前行走2m，继续下一个周期的拍摄，直至完成轨道全部距离的图像采集，获得全部拍摄图像信息，并通过携带的组合惯性导航系统，同步获得每次拍摄的位置、角度信息(IMU信息)。

将上述获得的图像信息、IMU信息上传至分析软件中，通过轨道边缘划分等步骤获得待测轨道轨距信息。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种轨道轨距检测的图像采集方法，其特征在于，包括：

在轨道初始位置，将图像采集设备围绕所述轨道中心作圆周运动，且每隔第一预设角度进行至少一次拍摄，获取每次拍摄的轨道图像信息，同时获取每次拍摄的位置、角度信息，所述图像采集设备圆周运动直径不小于所述轨道之间最大距离；

沿所述轨道移动第一预设距离，重复所述图像采集设备圆周运动拍摄步骤，直至完成轨道全部待测距离拍摄，获取得到轨道全部待测距离的每次拍摄的轨道图像信息以及位置、角度信息；

所述图像采集设备数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个所述图像采集设备的镜头均向所述轨道中心倾斜，且由内至外，3个所述图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与所述轨道夹角为30～60°，所述图像采集设备距离所述轨道的高度为所述轨道之间最大距离的0.8～1.2倍。

2.如权利要求1所述的轨道轨距检测的图像采集方法，其特征在于，

所述第一预设角度为15～30°。

3.如权利要求1所述的轨道轨距检测的图像采集方法，其特征在于，

所述第一预设距离为1.5～3m。

4.如权利要求1所述的轨道轨距检测的图像采集方法，其特征在于，

所述图像采集设备设有组合惯性导航系统，所述每次拍摄的位置、角度信息通过所述组合惯性导航系统获取。

5.一种轨道轨距检测的图像采集装置，包括可沿轨道行走的行走小车，其特征在于，所述行走小车上设有可围绕轨道中心进行圆周运动的回转支撑系统，所述回转支撑系统上设有延长臂，所述延长臂上设有图像采集设备；在所述回转支撑系统的作用下，所述图像采集设备可围绕所述轨道中心进行圆周运动，所述图像采集设备，在所述延长臂的位置与所述轨道位置重合或位于所述轨道外侧；

所述图像采集设备上还设有位置、角度采集系统；

所述图像采集设备数量为3个，沿轨道中心向外一字形排列；在水平方向上，3个所述图像采集设备的镜头均向所述轨道中心倾斜，且由内至外，3个所述图像采集设备的倾斜角度逐渐递增，在垂直方向上，图像采集设备的镜头朝向角度与所述轨道夹角为30～60°，相邻所述图像采集设备采集的图像重叠率不小于60％；所述图像采集设备距离所述轨道的高度为所述轨道之间最大距离的0.8～1.2倍；

所述行走小车包括可沿所述轨道行走的主动轮以及分别位于所述主动轮前后两侧的缓冲轮；

所述行走小车还包括车轮架，所述车轮架包括左车轮臂、右车轮臂，所述主动轮以及所述缓冲轮通过连接轴连接于所述左车轮臂和右车轮臂之间。

6.如权利要求5所述的轨道轨距检测的图像采集装置，其特征在于，

所述主动轮与所述车轮架之间设有垂直减震组件。

7.如权利要求5所述的轨道轨距检测的图像采集装置，其特征在于，

所述缓冲轮包括平面接触部以及卡接在所述轨道外侧的卡接部，所述卡接部与和其相连接的所述车轮臂之间的连接轴上设有水平弹性件。

Images