一種基于深度信息與可視圖像信息相融合的車輛信息采集方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵路列車運(yùn)行外觀故障檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度信息與可視 圖像信息相融合的車輛信息采集方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國鐵路事業(yè)的迅猛發(fā)展，采用自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行列車檢修的應(yīng)用越來越廣 泛，相機(jī)傳感器得到越來越多的應(yīng)用，然而相機(jī)傳感器只能得到拍攝物體的平面信息，無法 得到物體的深度信息。而市場上的3D采集裝置雖然能收集物體的深度信息，但無法同時采 集到物體的平面信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于深度信息與可視圖像信息相融合的車輛信息采 集方法及裝置，可用于鐵路等領(lǐng)域內(nèi)車輛或者其他領(lǐng)域物體的外觀信息采集，能夠兼容相 機(jī)傳感器與3D采集裝置兩者對物體圖像采集的優(yōu)勢，在采集物體的深度信息的同時，收集 物體的平面信息，使得采集到的信息更加豐富。
[0004] -種基于深度信息與可視圖像信息相融合的車輛信息采集方法及裝置，通過下述 步驟實(shí)現(xiàn)：
[0005] 步驟1:調(diào)整線性激光器與線陣相機(jī)，使線性激光器投影的線結(jié)構(gòu)光平面與線陣相 機(jī)的成像平面共面。
[0006] 步驟2:通過線性激光器向成像物體表面投影結(jié)構(gòu)光。
[0007] 步驟3:調(diào)節(jié)面陣相機(jī)的鏡頭與線性激光器的投影光軸間的夾角，使面陣相機(jī)可獲 取結(jié)構(gòu)光與成像物體相交的激光線。
[0008]
確定線結(jié)構(gòu)光平面上任意一點(diǎn)P在面陣相 機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo);式中：P為比例系數(shù)，A為面陣相機(jī)的內(nèi)參矩陣，Pc=(Xc，yc， Zc，l)T， 為點(diǎn)P在面陣相機(jī)坐標(biāo)系〇。(1，7。、2。)下的齊次坐標(biāo)；/)=(.'^0，為點(diǎn)1)在圖像坐標(biāo)系〇 1(^1， yu)下的齊次坐標(biāo);a，b，c，d分別表示線結(jié)構(gòu)光平面的平面方程的四個系數(shù)。
[0009] 步驟5:調(diào)整線性激光器的亮度與面陣相機(jī)的曝光時間，使得激光線能在測量范圍 內(nèi)清晰成像;同時調(diào)整線陣相機(jī)的曝光時間，避免激光線在線陣相機(jī)中成像過曝。
[0010] 步驟6:通過線陣相機(jī)采集成像物體的可視圖像灰度信息(g)。
[0011] 步驟7:通過面陣相機(jī)拍攝激光線獲取包含激光線的圖像，然后二值化圖像，提取 激光線輪廓。
[0012] 步驟8:定位激光線輪廓的中心線位置，并得到激光線的中心線上各點(diǎn)在圖像坐標(biāo) 系上的坐標(biāo)。
[0013] 步驟9:將激光線的中心線上各點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)帶入步驟4的公式中，計(jì) 算面陣相機(jī)獲取的圖像上激光線中心線各點(diǎn)的三維坐標(biāo)(Y，/，z')。
[0014] 步驟10:通過透視變換將步驟9得到的激光線中心線上各點(diǎn)的三維坐標(biāo)對應(yīng)到線 陣相機(jī)采集到的可視圖像上，形成各個點(diǎn)的四維坐標(biāo)(V ，g)。
[0015] 垂直線結(jié)構(gòu)光平面均勻平移成像物體，由面陣相機(jī)對成像物體表面激光線連續(xù)拍 攝，從而獲取成像物體上不同位置的三維信息和灰度信息，然后通過10步驟得到四維信息， 進(jìn)行拼接后得到成像物體的三維輪廓。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0017] 1、本發(fā)明車輛信息采集方法及裝置，能同時采集三維信息和可視圖像信息，3維信 息在物體的測量等方面具有優(yōu)勢，而可視灰度圖像具有采集的連續(xù)性優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明結(jié)合了 兩者之間的優(yōu)勢，可用于車輛底部，側(cè)部或者頂部等，同時采集車輛的可視圖像信息和深度 信息。
[0018] 2、本發(fā)明車輛信息采集方法及裝置中，線陣相機(jī)，面陣相機(jī)共用結(jié)構(gòu)光激光光源； 且結(jié)構(gòu)光激光光源可根據(jù)需求采用單光源或者多光源；
[0019] 3、本發(fā)明車輛信息采集方法及裝置中，線性激光器可采用不同的波段，適用于不 同的反射表面的物體，且可有效保障成像穩(wěn)定性；；
[0020] 4、本發(fā)明車輛信息采集方法及裝置中，通過在面陣相機(jī)添加濾光片可消除環(huán)境因 素對成像的影響；
[0021] 5、本發(fā)明車輛信息采集裝置，結(jié)構(gòu)簡單，具有防震和防雨性，可做成獨(dú)立模塊。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明車輛信息采集方法流程圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明車輛信息采集方法中，線激光器、線陣相機(jī)、面陣相機(jī)以及被測物體 間位置關(guān)系示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明車輛信息采集裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明車輛信息采集裝置中線性激光器、線陣相機(jī)、面陣相機(jī)間的連接方式 示意圖。
[0026] 1-線性激光器 2-面陣相機(jī) 3-線陣相機(jī) 4-成像物體
[0027] 5-投影平面 6-線結(jié)構(gòu)光平面 7-外殼 8-連接支架
[0028] 9-安裝支架 10-面陣相機(jī)支架 11-轉(zhuǎn)軸
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明.
[0030] 本發(fā)明基于深度信息與可視圖像信息相融合的車輛信息采集方法，具體通過下述 步驟實(shí)現(xiàn)：
[0031] 步驟1:調(diào)整線性激光器1與線陣相機(jī)3,使得線性激光器1投影的線結(jié)構(gòu)光平面6與 線陣相機(jī)3的成像平面共面。
[0032] 步驟2:通過線性激光器1向成像物體4表面投影結(jié)構(gòu)光。
[0033]步驟3:根據(jù)成像物體4的大小，范圍和拍攝精度設(shè)置，調(diào)節(jié)面陣相機(jī)2的鏡頭與線 性激光器1的投影光軸間的夾角，使面陣相機(jī)2可獲取結(jié)構(gòu)光與成像物體4相交的激光線;若 成像物體4表面無高低變化，則激光線為一條直線；反之，若成像物體4表面存在高低變化， 則激光線為曲線。
[0034]步驟4:標(biāo)定面陣相機(jī)2的參數(shù)和線結(jié)構(gòu)光平面5。
[0035] 設(shè)線結(jié)構(gòu)光平面6上任意一點(diǎn)P在面陣相機(jī)2的投影平面Xu0uyu上的投影點(diǎn)為p，點(diǎn)p 在圖像坐標(biāo)系〇u(xu，yu)下的齊次坐標(biāo)為羅=(D，,I)，點(diǎn)P在面陣相機(jī)2坐標(biāo)系0。(1， 7。、2。)下 的齊次坐標(biāo)為Pc== (Χα,Υα,ζ。，l)T，Ap在世界坐標(biāo)系0w(xw，yw，Zw)下的齊次坐標(biāo)為P w= (xw, Yw,Zw j1 ) 〇
[0036] 由此，根據(jù)面陣相機(jī)2成像模型可得：
[0037] φ = A[R ?]Ρ.._ - MPV = AP. ( I )
[0038] 式（1)中，p為比例系數(shù)，A為面陣相機(jī)2的內(nèi)參矩陣，R，t分別為世界坐標(biāo)系到面陣 相機(jī)2坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣與平移矢量，Μ為面陣相機(jī)2的投影矩陣。
[0039] Ρ點(diǎn)同時還滿足所在線結(jié)構(gòu)光平面6的平面方程，設(shè)線結(jié)構(gòu)光平面6在面陣相機(jī)2坐 標(biāo)系0。(1。，7。、2。)下滿足方程：
[0040] axc+byc+czc+d = 0 (2)
[0041] 式(2)中a，b，c，d分別表示線結(jié)構(gòu)光平面6的平面方程的四個系數(shù)。
[0042]聯(lián)立式（1)、式(2)可得：