[发明专利]一种便携式列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统及方法

权利要求书

1.一种便携式列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统，其特征在于，包括：多线结构光视觉传感器、便携式计算机和测量控制装置；

多线结构光视觉传感器，由多个线激光器和工业相机固定安装组成，用于重建列车车轮表面多条一般轮廓线；测量时，多线结构光视觉传感器的激光平面与列车车轮表交线形成光条，工业相机拍摄光条得到光条图片，根据工业相机的小孔成像模型和激光平面的约束，重建光条处点的三维坐标，即列车表面的一般轮廓；所述一般轮廓线为一般位置下激光平面与列车车轮表面的交线，区别于列车车轮的正截面轮廓，正截面轮廓是激光平面经过列车车轮轴线时与列车车轮表面的交线；

便携式计算机，与多线结构光视觉传感器相连接，负责对工业相机拍摄得到的光条图像进行处理，以及为由一般轮廓恢复正截面轮廓提供计算平台，具体为：1)负责光条图片的处理任务，包括图像中光条识别、光条中心提取、车轮表面一般轮廓重建；2)为由一般轮廓恢复正截面轮廓提供计算平台，计算过程包括车轮轴线估计、一般轮廓旋转投影到过轴平面、多视角下正截面轮廓拼接任务；

测量控制装置，与多线结构光视觉传感器一同集成安装于可移动载体上，连接多线结构光视觉传感器，控制工业相机和多个线激光器的触发，连接便携式计算机，控制光条图像的采集和存储；

在测量控制装置的控制下，多线结构光视觉传感器拍摄得到不同视角下列车车轮表面的光条图像；然后将光条图像输入便携式计算机，通过结构光视觉模型可重建不同视角下列车车轮的一般轮廓，并将一般轮廓绕车轮轴线旋转投影到过轴平面从而得到正截面轮廓；最后，拼接多视角下的测量结果，得到列车车轮完整的正截面轮廓；

所述由多线结构光视觉传感器中，重建光条处点的三维坐标，即列车表面的一般轮廓包括如下过程：

(1)利用靶标对多线结构光视觉传感器进行标定，获得工业相机内部参数、畸变系数和激光平面在工业相机坐标系下的平面方程；

(2)测量时将多线结构光传感器移动至某一位置，使得激光平面打在列车车轮表面形成光条，工业相机拍摄得到光条图像，利用基于Hessian矩阵的方法提取光条图像中亚像素的光条中心，利用步骤(1)中标定得到的工业相机畸变系数矫正光条中心坐标，得到矫正后的光条亚像素中心坐标；

(3)根据结构光视觉模型原理：利用根据步骤(1)中标定得到的工业相机的内参，由步骤(2)中得到的矫正后的光条亚像素中心点确定一条经过光心的射线，所述射线与步骤(1)中标定得到的激光平面的交点即为光条中心对应的三维坐标，即恢复图像中多条激光的光条处的三维坐标，重建列车车轮表面上的多条一般轮廓。