基本信息
- 项目名称：
- 基于机器视觉技术的轨距参数检测仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 国内广泛采用的第四代轨检车采用光电传感和伺服机构对轨距进行测量，缺点是现场振动导致伺服机构容易损坏。近几年来，随着计算机图像处理技术的完善，使得此基于图像测量轨距的研究得以迅速发展，以增加钢轨测量系统的精度并降低成本（该产品检测精度≤0.5mm）。
- 详细介绍：
- 首先，采用4个高速CCD摄像机和2个激光结构光源组成轨道检测系统，使激光照射在钢轨上，利用CCD摄像机获取钢轨断面轮廓图； 其次，采用数字图像处理技术（在RBG颜色空间通过提取R分量并结合图像差影法，提取出轨道断面轮廓图及轨距测量匹配点），得到两侧钢轨轮廓图，计算轨距测量点在世界坐标系中的位置； 最后，根据空间中两点距离计算出轨距参数。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的 国内广泛采用的第四代轨检车采用光电传感和伺服机构对轨距进行测量，缺点是现场振动导致伺服机构容易损坏。近几年来，随着计算机图像处理技术的完善，使得此基于图像测量轨距的研究得以迅速发展，以增加钢轨测量系统的精度并降低成本（该产品检测精度≤0.5mm）。 基本思路 首先，采用4个高速CCD摄像机和2个激光结构光源组成轨道检测系统，使激光照射在钢轨上，利用CCD摄像机获取钢轨断面轮廓图 其次，采用数字图像处理技术（在RBG颜色空间通过提取R分量并结合图像差影法，提取出轨道断面轮廓图及轨距测量匹配点），得到两侧钢轨轮廓图，计算轨距测量点在世界坐标系中的位置 最后，根据空间中两点距离计算出轨距参数。 创新点 1.在国内首次实现了一种基于机器视觉的动态非接触测量系统（国内目前广泛使用的GJ-4型轨检车主要采用光电传感和伺服机构对轨距进行测量） 2.研究出基于定标方程与线性方程组结合的检测点定位方法，打破了传统的基于相似度的搜索匹配方法，使得匹配点的定位具有解析解 技术关键 1、无公共视场的多像机多视场的系统定标研究 2、运动过程中图像的定点采集及定位技术研究 3、轨距测量匹配点快速定位算法的研究 4、高速彩色图像的采集及快速处理算法研究 主要技术指标： 1、轨距测量方法及检测精度 2、基于机器视觉的轨道检测系统定标方法 3、钢轨轮廓的图像处理方法和技术 4、多相机视觉系统定标方法
科学性、先进性
- 作品的先进性 1)该检测系统采用两套激光器照射在钢轨上，CCD摄像机捕捉钢轨图像； 2)还设计了基于棋盘格模板的多相机机器视觉轨道检测系统定标方法和技术方案； 3)研究了基于RGB色彩空间、差影和动态迭代的钢轨断面轮廓处理方法。 而我国现有的第4代轨检车采用光电传感和伺服机构对轨距进行测量，其主要缺点是现场振动导致伺服机构容易损坏。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品2009年07月经上海市计量测试技术研究院技术鉴定； 2.本作品2009年08月经华东国家计量测试中心进行精度技术鉴定。 3.本产品2010年12月经上海科学技术情报研究所出具水平检索报告： 该项目采用与国际知名公司同等技术，研究出基于机器视觉的轨距参数轻型轨道检测仪，测量指标与国内外相关报道相当，达到国际先进水平。 4.本产品2010年12月经上海科学技术情报研究所出具科技查新报告： 经国内外文献检索分析，出该委托人发表的论文外，未见与该成果相同的报道。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术合作
作品可展示的形式
- 实物、产品；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 适用范围： 1、由于该设计小巧便携，可将其直接安装在处于运营状态的轨道车辆中，从而减少检测时间，降低检测成本。 2、在不同速度下，对同一点的轨距测量误差小、重复性高，测量精度基本不受车辆通过速度的影响；同时，测量精度基本也不受测量车辆振动状态的影响，具有较好的稳定性。 推广前景： 1. 随着我国客运铁路的不断提速（120Km/h）及高速铁路（270Km/h-350Km/h）时代的到来，由于路基沉降及钢轨热胀冷缩等原因带来的轨距微小变化将严重影响列车安全运行，因此非常需要一种检测精度高，能实时监控钢轨状态的检测仪。 2. 如果本项目成果能够得到应用，形成轨距、钢轨断面轮廓检测产品费用约200万元，与目前引进的轨检车轨距检测设备相比，成本费用至少节省60％以上。
同类课题研究水平概述
- 经文献检索发现，国内外均有基于激光摄像技术的轨距参数检测系统，如铁道科学研究院以激光摄像式轨距轨向系统替换现有的光电伺服式轨距-轨向系统改造GJ-4型轨检车轨距-轨向检测系统；烟台大学的实时动态钢轨检测系统采用激光近红外线状光源，CCD技术及计算机图像处理技术；美国mermecgroup公司（原imagemap公司）研制的laserail轨道测量系统采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术；莫斯科地铁系统的非接触式光学测量系统包含了5个CCD矩阵摄像机、4个线性CCD摄像机、5个红外条形激光器和4个点状红外激光器；法国国铁SNCF轨距的检测采用激光三角法，包括旋转激光器和摄像机等部分。但未见与该成果相同的基于棋盘格模板的多像机机器视觉轨道检测系统定标方法的报道。
