一种高铁检测系统的线阵相机标定设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于铁路检测技术领域，涉及一种高铁检测系统的线阵相机标定设 备。
【背景技术】
[0002] 随着经济和社会的高速发展，交通网络日渐发达。高速铁路作为交通网络的重要 组成部分，也取得了异常迅猛的发展，这使得如何保障高速铁路的安全成为一个非常重要 的课题。现阶段，高速铁路检测技术还不够发达，传统的静态检测方法已不能满足现代快速 铁路养护维修的标准要求。因此，迫切需要一种高精度、高效率的动态检测系统来完成高铁 轨道的检测，以保障高速铁路的安全。
[0003] 如今计算机技术不断快速发展，摄影测量技术在工程中得到了广泛的应用。双目 立体摄影测量作为一种区别于传统的非接触式测量方法，其具有准确、快速以及实时等特 点。因此将双目立体摄影测量技术应用于高铁轨道检测领域，对实现高铁轨道的动态检测 有着非常广阔的前景。本实用新型提到的线阵相机标定就是双目立体摄影测量的基础，只 有将相机标定精确之后才能用它精确测量CP III，进而进行后面的数据处理工作。 【实用新型内容】
[0004] 在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置 与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，相机的标定就是求 解这些几何模型参数，以达到精确测量的目的。本实用新型提供一种对高铁检测系统的线 阵相机标定设备及标定方法，为了实现该任务，本实用新型通过以下技术方案来实现：
[0005] 一种高铁检车系统的线阵相机标定设备，线阵相机安装于轨检车上，在轨检车的 一侧设置有标定板，标定板上设置有标定带；标定板可沿靠近或远离轨检车的方向运动，标 定板的顶部设置有激光测距仪，轨检车上设置有定位标记。
[0006] 进一步地，所述的标定板为T形板，标定板的底部装配在一个导轨上，导轨安装于 一对平行设置的标定架中；所述的标定架呈U形结构，两个标定架之间通过悬臂梁连接； 在每个标定架顶部对称设置有与导轨平行的安装板，每个标定架的两侧均设置有一个三脚 架，三脚架顶部支撑在安装板底部；在标定板上设置有用于调整三脚架的微调机构。
[0007] 进一步地，所述的线阵相机设置两个，分别为第一线阵相机和第二线阵相机，其中 第一线阵相机位于第二线阵相机的正上方，定位标记位于第一线阵相机和第二线阵相机之 间的位置，定位标记为十字定位标记。
[0008] 进一步地，所述的标定带上沿其长度方向间隔设置相互平行的黑色条纹标记和白 色条纹标记。
[0009] 一种高铁检测系统的线阵相机标定方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤一，将轨检车行驶至平坦空旷的位置，将标定架设置于靠近轨检车上第一线 阵相机和第二线阵相机的一侧，调整第一线阵相机和第二线阵相机的镜头朝向，使两个线 阵相机的光轴交汇于一点，将两个线阵相机与计算机连接；
[0011] 步骤二，安装导轨和标定板，通过四个三脚架将标定架支撑起来，打开激光测距 仪，利用水平仪和微调机构调整三脚架，使激光测距仪打出的光点与轨检车上的定位标记 重合；通过调整使标定板的倾斜程度不超过1度，并保证在标定板在导轨上的移动范围内， 计算机中采集的两个线阵相机的图像中始终包含能看到完整的或部分的标定带图像；
[0012] 步骤三，以轨检车上十字定位标记的中心为原点，建立靶面坐标系，其中以原点朝 向轨检车的方向为X轴，原点朝向地面的方向为Y轴；
[0013] 步骤四，在标定板于导轨上的移动范围内，选取多个位置，每一个位置处均按照以 下步骤获取该位置对应的图像信息；
[0014] 步骤S40,测量标定带到车体外侧，即X轴方向的距离；
[0015] 步骤S41，测量激光测距仪打到轨检车上的光点到十字定位标记中心在Y轴方向 上的距离，记为C ;
[0016] 步骤S42,给标定带上的黑色条纹标记按照由上至下、编号顺序由小到大的方式进 行编号；
[0017] 步骤S43,两个线阵相机均采集标定带图像，在两幅图像中找出公共的黑色条纹标 记，并在标定板上将对应的这些黑色条纹标记记为处理标记；
[0018] 步骤S44,测量激光测距仪的激光发射点到标定板上处理标记上边沿的距离，将该 距离记为B ;
[0019] 步骤S45,在该位置上至少采集6组图像，每一组图像中包含公共的黑色条纹标记 和白色条纹标记的总数要达到13个以上；
[0020] 步骤五，在每一个位置筛选出一组清晰度最高的图像，计算该组图像对应的处理 标记的中心像素在靶面坐标系中的坐标值\和Y C1，和第一线阵相机、第二线阵相机采集的 图像中处理标记的中心像素在该图像的像素坐标系中的坐标值 &1和a 2，具体步骤如下：
[0021] 步骤S50,坐标值X。即为步骤S40中测得的距离；
[0022] 步骤S51，坐标值YtlS _
>其中屯为每一个黑色条纹标记 的宽度，d2为每一个白色条纹标记的宽度，i为黑色条纹标记的编号；
[0023] 步骤S52,利用HALCON软件在第一线阵相机、第二线阵相机采集的图像中获取处 理标记的中心像素的像素坐标值，将未拍摄到的或拍摄不完全的处理标记的中心像素的坐 标值记为〇 ;
[0024] 步骤六，参数的拟合
[0025] 步骤S60,将步骤五中每一个位置拍摄的每一个公共的黑色条纹标记对应的X。、 Y。、％和a 2记为一组数据，获取每一个位置的每一组数据，若某一组数据中的a 1或a 2为零， 则删除该组数据，然后将所有数据拷贝到txt文件中；
[0026] 步骤S61，在软件Istopt中设定变量名称乂。、￥(|、&1和 &2，添加乂(|、￥(|的值，其中父(|、 Ytl的值即为步骤S50、S51中的值，将步骤S60的txt文件中的数据添加到软件中；
[0027] 步骤S62,选择麦夸特法进行迭代计算，收敛判断指标为I. 00E-10,设置最大迭代 数为1000、实时输出控制数为20 ;选择标准（LM) +通用全局优化法模式，设置重复数为30， 控制迭代数为20,收敛判断迭代数为15,分别为\和Ytl进行拟合，相关系数要达到0. 99999 以上，得到相应的拟合参数；
[0028] 步骤S62,根据拟合参数，确定两个线阵相机的输入与输出的对应关系，完成线阵 相机标定过程。
[0029] 本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点：
[0030] (1)本实用新型的标定设备结构简单，制造工艺简单，成本低；
[0031] (2)本实用新型的标定方法操作简单，能够快速准确的进行相机标定；
[0032] (3)本实用新型的标定后，测量精度能达到1mm，保证了测量结果的精度要求。
【附图说明】
[0033] 图1为本实用新型标定设备的结构示意图；
[0034] 图2为轨检车的侧视图；
[0035] 图3为轨检车的正视图；
[0036] 图4为坐标系及线阵相机部分的计算原理示意图；
[0037] 图5为测量靶面的示意图；
[0038] 图6为标定带的示意图；
[0039] 图7为像素中心的示意图（图6横置后）；
[0040] 图8为本实用新型迭代算法参数设定图；
[0041] 图中标号代表：1 一标定架，2-导轨，3-标定板，4一二脚架，5-激光测距仪，6- 微调机构，7-安装板，8-悬臂梁，9一第一线阵相机，10-定位标记，11 一第二线阵相机， 12-轨检车，13-标定带。
【具体实施方式】
[0042] 本实用新型提出了一种高铁检测系统的线阵相机标定设备和标定方法，其中标定 设备的结构如图1所示：
[0043] 一种高铁检车系统的线阵相机标定设备，线阵相机安装于轨检车12上，在轨检车 12的一侧设置有标定板3,标定板3上设置有标定带13 ;标定板3可沿靠近或远离轨检车 12的方向运动，标定板3的顶部设置有激光测距仪5,轨检车12上设置有定位标记10。 [0044] 如图1和图2所示。线阵相机分布于轨检车12的两侧，每一侧在上下方向上分别 设置一个相机。对于相机的标定，是利用标定板3完成的。标定板3上设置有标定带13,利 用线阵相机采集标定带13上的图像，通过本实用新型的标定方法即可完成相机的标定过 程。由于标定时需要通过线阵相机采集标定带13