本发明提供一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及测量方法，可测量钢轨和道岔全轮廓磨损量并对整段道岔和钢轨磨损进行分析，该测量仪包含硬件测量系统和测量数据分析处理软件，硬件测量系统包括激光视觉测量采集装置、旋转编码器测量定位装置、数据传输与电源装置，测量数据分析处理软件包含激光视觉测量采集装置标定模块、激光视觉测量采集装置控制模块、数据采集图像处理模块、测量数据合成模块和测量数据分析模块，软件安装于PC上即可，本发明不仅能实现非接触、自动化测量，克服机械量具测量耗时长、效率低的问题，同时具有较高的测量精度，并大大提高测量的效率，便于铁路维护数字化管理。
1.一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：包括：数据采集与定位硬件装置，数据采集与分析软件系统；
所述的数据采集与定位硬件装置按功能可分为：旋转编码器测量定位装置、激光视觉测量采集装置、数据传输与电源装置；
所述的旋转编码器测量定位装置安装在检测小车或者轨检车的运动车轮上，用于记录检测数据的位置，并且每行进一段距离触发一次激光视觉测量采集装置采集轨道图像；
激光视觉测量采集装置包括带有定焦工业镜头的工业相机、一字型激光器以及安装承载平台；定焦工业镜头、工业相机、一字型激光器安装于轨道上方的承载平台上，承载平台安装于检测小车或者轨检车上；同时工业相机与一字型激光器对称分布于轨道的两侧，工业相机用于采集一字型激光器投射在轨道上的光条图像，一字型激光器用于向轨道投射光条；
数据传输与电源装置包括数据交换机与电源，该装置用于将激光视觉测量采集装置采集的数据和编码器定位的数据传输到计算机中，进行数据处理与分析，得到轨道和道岔磨损数据，制定维护或更换方案；
数据采集与分析软件系统用于分别获取轨道断面左右两侧轮廓尺寸，并将检测的轨道断面左右两侧轮廓尺寸合并为轨道断面全轮廓尺寸，并且测量轨道磨损量；
激光视觉测量采集装置标定模块：通过拍摄来采集轨道与道岔表面光条图像，然后提取光条在图像中的坐标将其转换为世界坐标系中的三维空间几何截面，在转换的过程中用到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数，建立起相机传感器与世界坐标系之间的联系，完成数据精确转换；
激光视觉测量采集装置控制模块：视觉测量极易受到环境光影响，激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；
数据采集图像处理模块：首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；
测量数据合成模块：每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置进行定位，并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；
测量数据分析模块：利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。
2.根据权利要求1所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：激光视觉测量采集装置控制模块中，根据光条光强强度来反馈控制相机曝光量的方法为：(1)计算光条在图像中占据像素点数n，(2)将相机曝光量设置为最小；(3)以步长e逐步增加相机曝光量并计算图像过度曝光像素点N，当N＞n时停止拍摄；(4)计算与n最接近的两个过度曝光点Nj和Nj+1，以及对应的相机曝光量Ej与Ej+1，(5)根据公式 计算相机曝光量E，(6)将曝光量E反馈给激光视觉测量采集装置的工业相机。
3.根据权利要求1所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：测量数据合成模块中，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据的方法为：通过欧式聚类分割提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同轨头踏面特征，将两侧轨头踏面特征数据合并，最终形成轨道全轮廓截面数据。
4.根据权利要求1所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：激光视觉测量采集装置标定模块中，为了得到内参数、外参数以及镜头畸变参数，采用棋盘格标定法进行标定，棋盘格的平面通过标定板基座调节到与激光平面重合，激光视觉测量采集装置拍摄棋盘格图像，计算得到相机内外参数以及镜头畸变参数。
5.根据权利要求1所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：测量数据分析模块中，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行迭代就近点法(ICP)精确配准。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)激光视觉测量采集装置标定模块对激光视觉测量采集装置进行标定，得到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数；
(2)激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；
(3)数据采集图像处理模块首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；
(4)每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；测量数据合成模块通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；
同时采用旋转编码器测量定位装置来进行定位并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；
(5)测量数据分析模块利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。
7.根据权利要求6所述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，其特征在于：激光视觉测量采集装置标定模块中，采用棋盘格标定法进行标定，棋盘格的平面通过标定板基座调节到与激光平面重合，激光视觉测量采集装置拍摄棋盘格图像，计算得到相机内外参数以及镜头畸变参数。
8.根据权利要求6所述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，其特征在于：所述步骤(3)进一步为：采用滤波算法去除传感器采集的图像中的杂点，然后利用步骤(1)中标定得到的镜头畸变参数对图像进行矫正，提高测量精度；基于steger算法提取出光条中心点图像坐标并精确到亚像素级别：首先提取图像中最亮像素点大致确定光条中心，然后计算这些像素点的光条中心点亚像素坐标；再利用标定得到的单应性矩阵H，将光条中心点像素坐标还原为道岔及轨道几何截面坐标数据。
9.根据权利要求6所述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，其特征在于：所述步骤(5)的整体分析进一步为：对于单个轨道和道岔截面测量数据，采用旋转编码器测量定位装置来确定测量的位置，定位装置每移动一定的距离发送一次命令进行测量，然后将测量几何截面数据对齐到三维标准轨道上进行三维可视化显示，不同部位的磨损情况通过色谱图显示，对整段道岔及轨道磨损情况进行分析处理。
道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及其测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于铁路现场安全检测与机器视觉测量领域，特别为一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及利用所述测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法。
背景技术
[0002] 我国高速铁路已经成为推动国民经济、技术发展的支柱性产业，促进城市快速发展。如今机车运行速度越来越快，对暴露在野外环境的道岔及钢轨部件的容许磨损和变形量要求更高，否则将导致列车脱轨等严重事故。为了保证列车运行安全，需及时了解钢轨、道岔等铁路组件的运行状态以及精确检测出其伤损情况，建立道岔及钢轨的伤损模型，掌握其损伤的规律，从而及时制定维修或更换方案。这样才能避免事故的发生，延长铁路线路的使用寿命，保证铁路运输的安全，降低运行和维护的成本。
[0003] 铁路线路是列车运行的基础，由轨道，路基和桥梁隧道建筑物等组成一个整体工程机构。其中铁路轨道是线路的上部建筑，包括钢轨、轨枕、道岔、道床、联结零件和防爬设备。轨道中钢轨与道岔直接与列车作用，其状态将直接影响列车的行驶安全，是铁路中重点维护对象。
[0004] 目前铁路轨道的测量主要分为两大类：轨道零部件的状态检测(如零部件断裂、丢失、失效等)和几何尺寸测量(如钢轨磨损、尖轨变形等)。铁路状态检测已经有广泛的研究和运用产品，如通过机器视觉检测铁路扣件、道床、轨向等状态；通过压电传感器检测连接杆螺栓连接情况；通过水平仪检测轨道水平度等。针对轨道组件几何尺寸测量的研究和检测产品相对较少，而且主要集中在对钢轨一侧轮廓几何尺寸的测量上。道岔作为轨道的核心部件，由于其复杂的结构和具有运动单元，对其进行几何尺寸测量更是成为难点。
[0005] 钢轨与道岔现场的平顺度与相关结构尺寸是铁路、地铁等轨道交通运输系统运行安全的重要保障。目前轨道、道岔的结构尺寸测量主要还是采用手工测量为主，测量工具如钢卷尺、磨耗尺、波磨仪等。传统的接触式测量工具虽然原理简单，易于理解和掌握，但是由于量具固有误差、读数误差，同时受检测人员工作经验、身体状况、精神条件等多种因素的影响，将大大影响测量精度和效率，同时检测数据不便于进行数据化管理和回溯分析。为了满足当今高精度、高效率的轨道、道岔几何尺寸测量要求，急需一种自动化道岔及轨道结构尺寸测量仪器，来替代现场操作人员完成测量工作。
发明内容
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决问题，提供一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及利用所述测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
[0008] 一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，包括：数据采集与定位硬件装置，数据采集与分析软件系统。
[0009] 所述的数据采集与定位硬件装置按功能可分为：旋转编码器测量定位装置、激光视觉测量采集装置、数据传输与电源装置。
[0010] 所述的旋转编码器测量定位装置安装在检测小车或者轨检车的运动车轮上，用于记录检测数据的位置，并且每行进一段距离触发一次激光视觉测量采集装置采集轨道图像；
[0011] 激光视觉测量采集装置包括带有定焦工业镜头的工业相机、一字型激光器以及安装承载平台；定焦工业镜头、工业相机、一字型激光器安装于轨道上方的承载平台上，承载平台安装于检测小车或者轨检车上；同时工业相机与一字型激光器对称分布于轨道的两侧，工业相机用于采集一字型激光器投射在轨道上的光条图像，一字型激光器用于向轨道投射光条；
[0012] 数据传输与电源装置包括数据交换机与电源，该装置用于将激光视觉测量采集装置采集的数据和编码器定位的数据传输到计算机中，进行数据处理与分析，得到轨道和道岔磨损数据，制定维护或更换方案。
[0013] 数据采集与分析软件系统用于分别获取轨道断面左右两侧轮廓尺寸，并将检测的轨道断面左右两侧轮廓尺寸合并为轨道断面全轮廓尺寸，并且测量轨道磨损量。
[0014] 作为优选方式，数据采集与分析软件系统包括以下几个功能模块：
[0015] 激光视觉测量采集装置标定模块：通过拍摄来采集轨道与道岔表面光条图像，然后提取光条在图像中的坐标将其转换为世界坐标系中的三维空间几何截面，在转换的过程中用到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数，建立起相机传感器与世界坐标系之间的联系，完成数据精确转换；
[0016] 激光视觉测量采集装置控制模块：视觉测量极易受到环境光影响，激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；
[0017] 数据采集图像处理模块：首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；
[0018] 测量数据合成模块：每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置进行定位并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；
[0019] 测量数据分析模块：利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。
[0020] 作为优选方式，一字型激光器用于向轨道垂直投射。
[0021] 作为优选方式，激光视觉测量采集装置控制模块中，根据光条光强强度来反馈控制相机曝光量的方法为：(1)计算光条在图像中占据像素点数n，(2)将相机曝光量设置为最小；(3)以步长e逐步增加相机曝光量并计算图像过度曝光像素点N，当N＞n时停止拍摄；(4)计算与n最接近的两个过度曝光点Nj和Nj+1，以及对应的相机曝光量Ej与Ej+1，(5)根据公式计算相机曝光量E，(6)将曝光量E反馈给激光视觉测量采集装置的工业相机。
[0022] 作为优选方式，测量数据合成模块中，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据的方法为：通过欧式聚类分割提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同轨头踏面特征，将两侧轨头踏面特征数据合并，最终形成轨道全轮廓截面数据。
[0023] 作为优选方式，激光视觉测量采集装置标定模块中，为了得到内参数、外参数以及镜头畸变参数，采用棋盘格标定法进行标定，棋盘格的平面通过标定板基座调节到与激光平面重合，激光视觉测量采集装置拍摄棋盘格图像，计算得到相机内外参数以及镜头畸变参数。
[0024] 作为优选方式，测量数据分析模块中，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行迭代就近点法(ICP)精确配准。
[0025] 本发明还提供一种利用上述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，包括如下步骤：
[0026] (1)激光视觉测量采集装置标定模块对激光视觉测量采集装置进行标定，得到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数；
[0027] (2)激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；
[0028] (3)数据采集图像处理模块首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；
[0029] (4)每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；测量数据合成模块通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置来进行定位并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；
[0030] (5)测量数据分析模块利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。
[0031] 作为优选方式，激光视觉测量采集装置标定模块中，采用棋盘格标定法进行标定，棋盘格的平面通过标定板基座调节到与激光平面重合，激光视觉测量采集装置拍摄棋盘格图像，计算得到相机内外参数以及镜头畸变参数。
[0032] 作为优选方式，所述步骤(3)进一步为：采用滤波算法去除传感器采集的图像中的杂点，然后利用步骤(1)中标定得到的镜头畸变参数对图像进行矫正，提高测量精度。基于steger算法提取出光条中心点图像坐标并精确到亚像素级别：首先提取图像中最亮像素点大致确定光条中心，然后计算这些像素点的光条中心点亚像素坐标；再利用标定得到的单应性矩阵H，将光条中心点像素坐标还原为道岔及轨道几何截面坐标数据。
[0033] 作为优选方式，所述步骤(5)的整体分析进一步为：对于单个轨道和道岔截面测量数据，采用旋转编码器测量定位装置来确定测量的位置，定位装置每移动一定的距离发送一次命令进行测量，然后将测量几何截面数据对齐到三维标准轨道上进行三维可视化显示，不同部位的磨损情况通过色谱图显示，对整段道岔及轨道磨损情况进行分析处理。
[0034] 与现有的轨道和道岔测量仪器相比，本发明的仪器具有以下优点：
[0035] (1)本发明利用激光视觉测量实现轨道和道岔的磨损测量，实现对轨道断面全轮廓几何尺寸动态测量和道岔尖轨、辙岔、护轨、基本轨的截面尺寸动态测量及几何磨损分析；同时利用采集的轨道三维形貌数据分析得到轨道的短波、中波和长波磨损情况，为轨道的打磨、更换提供理论数据支持。(2)获取轨道和道岔全轮廓截面几何尺寸信息，并建立测量的数字化测量模型。(3)采用摄像式测量法并加入相机自动控制模块，提高了视觉测量方面的抗干扰性、鲁棒性，提高了测量速度。(4)通过旋转编码器测量定位装置将测量的数据进行定位分析，从而对整段轨道进行评估和分析，同时从二维测量扩展到三维测量，建立更为全面的轨道和道岔磨损信息，有效防止漏检。该测量仪不仅实现了非接触、动态视觉测量，提高了工作效率和精度，降低了工作强度，减少了人工测量的主观影响，克服了人工测量耗时长的问题，而且测量精度高，对测量数据进行数据库管理，便于基础维护管理和制定维护计划。
附图说明
[0036] 图1为本发明的测量仪结构图；
[0037] 图2为标定棋盘格示意图；
[0038] 图3为根据光条光强强度来反馈控制相机曝光量的方法流程图；
[0039] 图4为数据采集图像处理模块的流程图；
[0040] 图5为合成得到的轨道全轮廓截面图；
[0041] 图6为轨道和道岔截面磨损测量示意图。
[0042] 1为轨道，2为轨枕，3为连接孔，4为一字型激光器，5为安装承载平台，6为工业相机，7为数据传输与电源装置，8为计算机，9为旋转编码器测量定位装置。
具体实施方式
[0043] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0044] 一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，包括：数据采集与定位硬件装置，数据采集与分析软件系统。
[0045] 所述的数据采集与定位硬件装置按功能可分为：旋转编码器测量定位装置、激光视觉测量采集装置、数据传输与电源装置。整个硬件装置安装于轨道正上方位置，通过结构壳体上的连接孔3与安装基座采用螺栓进行连接，实现了安装接口的通用性，便于安装和拆卸。
[0046] 所述的旋转编码器测量定位装置安装在检测小车或者轨检车的运动车轮上，用于记录检测数据的位置，并且每行进一段距离触发一次激光视觉测量采集装置采集轨道图像；
[0047] 激光视觉测量采集装置包括带有定焦工业镜头的工业相机、一字型激光器以及安装承载平台；2个定焦工业镜头、2个工业相机、2个一字型激光器安装于轨道上方的承载平台上，承载平台安装于检测小车或者轨检车上；同时工业相机与一字型激光器对称分布于轨道的两侧，工业相机用于采集一字型激光器投射在轨道上的光条图像，一字型激光器用于向轨道垂直投射光条；
[0048] 数据传输与电源装置包括数据交换机与电源，该装置用于将激光视觉测量采集装置采集的数据和编码器定位的数据传输到计算机中，进行数据处理与分析，得到轨道和道岔磨损数据，制定维护或更换方案。
[0049] 数据采集与分析软件系统用于分别获取轨道断面左右两侧轮廓尺寸，并将检测的轨道断面左右两侧轮廓尺寸合并为轨道断面全轮廓尺寸，并且测量轨道磨损量。
[0050] 数据采集与分析软件系统包括以下几个功能模块：
[0051] 激光视觉测量采集装置标定模块：通过拍摄来采集轨道与道岔表面光条图像，然后提取光条在图像中的坐标将其转换为世界坐标系中的三维空间几何截面，在转换的过程中用到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数，建立起相机传感器与世界坐标系之间的联系，完成数据精确转换；为了得到内参数、外参数以及镜头畸变参数，采用棋盘格标定法进行标定，棋盘格的平面通过标定板基座调节到与激光平面重合，激光视觉测量采集装置拍摄棋盘格图像，计算得到相机内外参数以及镜头畸变参数。
[0052] 激光视觉测量采集装置控制模块：视觉测量极易受到环境光影响，激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；根据光条光强强度来反馈控制相机曝光量的方法为：(1)计算光条在图像中占据像素点数n，(2)将相机曝光量设置为最小；(3)以步长e逐步增加相机曝光量并计算图像过度曝光像素点N，当N＞n时停止拍摄；(4)计算与n最接近的两个过度曝光点Nj和Nj+1，以及对应的相机曝光量Ej与Ej+1，(5)根据公式
计算相机曝光量E，(6)将曝光量E反馈给激光视觉测量采集装置的工业相机。
[0053] 数据采集图像处理模块：首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；
[0054] 测量数据合成模块：每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置进行定位并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据的方法为：通过欧式聚类分割提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同轨头踏面特征，将两侧轨头踏面特征数据合并，最终形成轨道全轮廓截面数据。
[0055] 测量数据分析模块：利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行迭代就近点法(ICP)精确配准。对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。
[0056] 利用上述的测量仪进行道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量的方法，包括如下步骤：
[0057] (1)激光视觉测量采集装置标定模块对激光视觉测量采集装置进行标定，得到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数；将如图2所示棋盘格置于两侧相机均能拍摄的位置，使激光平面与标定板平面重合，左右相机分别拍摄棋盘格图像，之后调整棋盘格位置，两侧相机分别拍摄图像。以棋盘格左上角角点为原点、标定板为XY平面建立世界坐标系，确定棋盘格角点的坐标；然后提取拍摄的棋盘格图像的图像角点坐标，建立起世界坐标系与图像坐标系之间的关系，计算出标定板平面与激光平面重合时的两侧相机外部参数、内部参数以及镜头畸变参数，为还原轨道与道岔截面几何轮廓做准备。
[0058] (2)激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；如流程图3所示进行自反馈调节两侧相机自动曝光量，从而清晰的获取光条图像，降低环境光源的影响。相机拍摄的视场一定，获取的光条图像中光条的宽占据一定像素点，根据光条的长度可以确定光条在图像中占据的像素点个数的大致个数n。逐步增加相机的曝光量并拍摄轨道光条图像并计算图像中过度曝光点数N和相机曝光量，当N＞n时停止拍摄。根据光条过度曝光点数和相机曝光量的关系，最终反馈控制相机曝光量。
[0059] (3)采用滤波算法去除传感器采集的图像中的杂点，然后利用步骤(1)中标定得到的镜头畸变参数对图像进行矫正，提高测量精度。基于steger算法提取出光条中心点图像坐标并精确到亚像素级别：首先提取图像中最亮像素点大致确定光条中心，然后计算这些像素点的光条中心点亚像素坐标；再利用标定得到的单应性矩阵H，将光条中心点像素坐标还原为道岔及轨道几何截面坐标数据。
[0060] (4)每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；测量数据合成模块通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置来进行定位并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；
[0061] (5)测量数据分析模块利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。所述整体分析进一步为：对于单个轨道和道岔截面测量数据，采用旋转编码器测量定位装置来确定测量的位置，定位装置每移动一定的距离发送一次命令进行测量，然后将测量几何截面数据对齐到三维标准轨道上进行三维可视化显示，不同部位的磨损情况通过色谱图显示，对整段道岔及轨道磨损情况进行分析处理。
[0062] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
