CN101576375A - 一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，包括：投射两个以上相互平行且垂直于钢轨轴向的光平面，选取一个光平面投射到钢轨轨腰及轨头的光条的图像，计算轨腰处光条中心在光平面坐标系下坐标，并计算轨腰的大圆及小圆在光平面坐标系下的圆心坐标；计算所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵；在视觉传感器图像平面中，分别确定垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段与轨头光条的交点；将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为所测钢轨的磨耗值。本发明钢轨磨耗值的检测效率大大提高。

Description

一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法

技术领域

本发明涉及一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法。

背景技术

铁路的状况与安全性密切相关，特别是对于高速列车更加重要。钢轨的定期检测对于合理计划和保持低的维护成本是非常重要。在钢轨磨损和变形早期进行测量有助于制定更好的维护时间表。近年来，随着我国铁路大提速、客货运量和行车密度的大幅度增长，钢轨磨耗日益严重。为了满足铁路运输的高速发展，快速、高精度地测量钢轨磨耗值是国内外铁道部门一直在深入研究的一个重要课题。

根据检测方式的不同，现有钢轨磨耗测量装置大致可以分为接触式和非接触式测量装置。其中接触式测量装置的测量精度高，但操作复杂，测量效率低，不适合在线测量。非接触式测量装置适合动态测量。目前具有代表性的产品有美国ImageMap公司的Laserail 3000轨道测量***和综合检测车、意大利的Roger2000综合检测车、日本East-i综合检测车等。但现有检测方式存在设备成本高、结构复杂、计算结果繁杂等问题。

公开号为CN101144714A、发明名称为“一种钢轨磨耗综合参数车载动态测量装置及方法”的中国专利申请中，公开了一种光栅结构光视觉传感器测量钢轨垂直磨耗、侧边磨耗及波浪磨耗的装置及方法。该发明所述装置及方法，在无需提高图像采集硬件性能的情况下，即可提高采集密度，从而满足波浪磨耗在线动态测量要求。但该方法需要提取轨头和轨腰处全部光条中心，因此计算速度较慢，同时由于轨腰处部分光条在测量中会受固定钢轨的螺栓的遮挡，因此这些光平面无法测量钢轨磨耗值。因此找到一种可以解决多光条钢轨磨耗测量中存在的速度慢，光平面容易受到遮挡等问题的钢轨磨耗测量方法是非常迫切和必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，能快捷地确定出钢轨的磨耗值。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，包括：

光栅结构光视觉传感器投射两个以上相互平行且垂直于钢轨轴向的光平面，在光栅结构光视觉传感器的图像中任意选取一个光平面投射到钢轨轨腰及轨头的光条的图像，提取钢轨轨腰处光条中心点的图像坐标，根据光栅结构光视觉传感器的数学模型计算所选取的光条中心点在光平面坐标系下的坐标数据，并拟合得到轨腰的大圆及小圆的圆心坐标；

计算所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵；在标准钢轨截面轮廓坐标系下确定钢轨的垂直磨耗及水平磨耗的约束点，使钢轨的垂直磨耗值及水平磨耗值均在约束点之间的连线上；

根据所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

在所选取的钢轨轨腰及轨头的光条所在的图像平面中，分别确定垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为所测钢轨的磨耗值。

优选地，在光栅结构光视觉传感器的图像中，其余光平面所投射处的钢轨的磨耗值的确定包括：

选取其余光平面中的一个，利用前述光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及当前所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

分别确定垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与当前所选取钢轨轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为当前所测钢轨的磨耗值。

优选地，每个光平面所在的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的转换矩阵通过标定的方式事先确定的；

光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵通过以下方式确定：将光栅结构光视觉传感器的图像中所确定的轨腰处光条中心点的图像坐标的大圆及小圆的圆心坐标转换到光平面所在的光平面坐标系中，确定出标准钢轨的轨腰的大圆及小圆的圆心在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，利用钢轨的轨腰的大圆及小圆的圆心分别在光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系中的坐标，计算出光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵。

优选地，在所选取的钢轨轨腰及轨头的光条所在的图像平面中，确定垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段与轨头光条的交点，具体为：

在所述垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段上查找出灰度最大的像素点，以灰度最大的像素点为中心，选取3×3像素点区域，提取所选取钢轨轨头光条的中心点，经过图像畸变校正后选取距所选取钢轨轨头光条的中心点最近的两点，经过该两点的直线与所述垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段的交点就称为垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段与轨头光条的交点。

本发明仅需确定出光栅结构光视觉传感器的图像中某一个光平面所测钢轨轨腰处光条中心的图像坐标即可，无需计算轨头和其余光平面轨腰处的相关数据(除磨耗点外)，通过钢轨轨腰大圆及小圆分别在光平面坐标系和标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，计算出光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，将磨耗约束点在标准钢轨截面轮廓坐标系中的坐标转换到光栅结构光视觉传感器的图像中，从而确定出磨耗点在光栅结构光视觉传感器的图像坐标系中的坐标点，将磨耗点的坐标转换到标准钢轨截面轮廓坐标系中，即可确定出磨耗点与标准钢轨截面轮廓之间的间距，该间距即为磨耗值。由于各光平面是平行且垂直于钢轨的，同时在视觉传感器标定时，保证了各光平面坐标系原点的连线垂直于光平面，并平行于钢轨轴线方向，因此各个光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵均相同，在计算光栅结构光视觉传感器的图像中其余钢轨图像中的磨耗点时，直接将磨耗约束点在标准钢轨截面轮廓坐标系中的坐标转换到光栅结构光视觉传感器的图像中即可确定出，因此，所需的计算量将会大大减少，特别是在所取的光平面较多的检测***中，本发明确定磨耗值的效率更高，同时因为本专利方法利用了光平面的平行性，只需要一个光平面所测的轨腰光条中心点数据，就可以实现多个光平面的磨耗值计算，因此本专利方法还解决了由于光栅激光器中部分光平面被遮挡所引起的部分光平面无法测量钢轨磨耗值的问题。

附图说明

图1为本发明钢轨磨耗值快速确定方法的流程图；

图2为标准钢轨截面轮廓的大圆及小圆所处位置的示意图；

图3为视觉传感器所拍摄的光平面在钢轨上形成的光条的示意图；

图4为标准钢轨截面轮廓坐标系中磨耗约束点及磨耗点的位置示意图；

图5为标准钢轨截面轮廓坐标系、光平面坐标系及视觉传感器图像坐标系之间的转换关系示意图。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明钢轨磨耗值快速确定方法的流程图，如图1所示，本发明钢轨磨耗值快速确定方法包括以下步骤：

步骤101：在光栅结构光视觉传感器投射的多个光平面中任意选取一个光平面A，采用周富强等在文章“结构光光条提取的混合图像处理方法[J]，光电子·激光，2008，19(11)：1534-1537”中提到的光条提取方法提取轨腰光条中心点的图像坐标。

根据周富强等在文章“线结构光视觉传感器的现场标定方法[J]，机械工程学报，2004，40(6)：169-173”中提到的标定方法实现标定，也就是求解光平面A的光平面坐标系与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵H_s，im。对于光栅激光器所投射的每个光平面所在的光平面坐标系，与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵分别进行标定。

其中确定各光平面坐标系原点的主要过程是，首先计算摄像机光轴所在直线于光平面A的交点，将该交点作为该光平面A坐标系的坐标原点，经过该原点计算垂直于光平面A的直线，确定该直线与各光平面的交点，将这些交点设定为所在光平面坐标系的坐标原点。由于各光平面平行且垂直于钢轨，这样就保证了各光平面坐标系到标准钢轨截面轮廓坐标系的转换矩阵相同。

根据已经确定的H_s，im，计算轨腰中心点在光平面A坐标系下坐标。

在提取的钢轨轨腰光条中心点中，分别分布于钢轨轨腰的大圆及小圆上。钢轨轨腰的大圆及小圆上所提取的中心点越多，所确定的大圆及小圆的圆心的坐标的精度越高。

其中，光栅结构光视觉传感器为专用于测量钢轨磨耗值的***，包括有光栅激光器和摄像机，其中，光栅激光器用于以垂直于钢轨轴向的方向投射两个以上相互平行的光平面，而摄像机则以与光平面设定的角度且位于一定的距离拍摄光平面投射到钢轨上的光条，通过计算机中***软件的图像处理模块完成光条上中心点图像坐标的提取；所拍摄的光条如图3所示，图中光条为光栅激光器投射到钢轨上所形成的光条图像。由于光栅结构光视觉传感器为现有技术，其结构及其中的图像处理方式都大致相同，本发明不再赘述其结构细节及其是如何进行图像处理的。

步骤102：计算钢轨轨腰大圆和小圆圆心在光平面A坐标系下坐标。

根据钢轨轨腰截面的几何特征，将所提取的轨腰中心点的数据分割为轨腰大圆数据和轨腰小圆数据。图2为标准钢轨截面轮廓的大圆及小圆所处位置的示意图，如图2所示，钢轨的截面图中，轨腰是由相切的大圆及小圆的部分圆弧构成，由于该结构为钢轨轨腰标准中所要求的设计结构，具体细节可参见钢轨设计标准中的相关规定，这里仅示意性地给出其结构。采用半径约束的方法分别拟合轨腰大圆和轨腰小圆，确定圆心坐标，其中大圆和小圆半径根据轨型不同而相应计算求取。轨腰的相关设计标准可参考“《铁路用热轧钢轨》国家标准(GB 2585-2007)”中的相关规定。

步骤103：计算标准钢轨截面轮廓坐标系到光平面A的光平面坐标系的转换矩阵T_b，s。

根据公开号为CN1776364A，发明名称为“钢轨磨耗激光视觉动态测量装置”的中国专利申请中提到的基准对齐方法，计算光平面A的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵。

步骤104：确定钢轨水平和垂直磨耗约束点。

根据钢轨磨耗定义，在标准钢轨截面轮廓坐标系下确定两个钢轨水平磨耗约束点和两个垂直磨耗约束点。图4为标准钢轨截面轮廓坐标系中磨耗约束点及磨耗点的位置示意图，如图4所示，标准钢轨截面轮廓坐标系O_bx_by_bz_b的O_bz_b轴垂直于标准钢轨截面。标号1和2分别为垂直磨耗和水平磨耗的约束点。标号3和4分别为钢轨的水平磨耗点和垂直磨耗点。标号5为经过基准对齐后的轨腰上所提取的光条中心点，标号6为轨头测量轮廓，标号7为标准钢轨截面轮廓。“铁道线路维修规则”规定，水平磨耗位于标准断面距离钢轨顶面往下16mm处，垂直磨耗位于钢轨顶面宽1/3处。根据垂直磨耗的定义确定垂直磨耗约束点的y坐标位于钢轨顶面宽1/3处，也就是垂直磨耗定义的位置，x坐标可根据实际的钢轨顶面宽度情况而确定，原则是所选取的两个磨耗约束点能保证实际的垂直磨耗点在两个磨耗约束点所确定的线段之间，磨耗约束点的选取可依据经验确定。同理水平磨耗约束点也是依据前述垂直磨耗约束点的方式确定的，这里不再赘述。

步骤105：确定钢轨水平和垂直磨耗约束点在视觉传感器图像坐标系下的图像坐标p_im。

在本发明中，将光栅结构光视觉传感器中摄像机的图像坐标系定义为视觉传感器图像坐标系。设钢轨磨耗约束点在标准钢轨截面轮廓坐标系下坐标为P_b＝(x_b，y_b，1)，在视觉传感器图像坐标系下的图像坐标为p_im＝(x_im，y_im，1)。可通过下式计算钢轨磨耗约束点在图像坐标系下的图像坐标：

ρ₁P_im＝H_s，imT_b，sP_b

式中H_s，im为光平面A的光平面坐标系与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵，ρ₁为比例系数。

根据公式P_im＝ρ₁H_s，imT_b，sP_b，可以分别得到垂直磨耗两个约束点，以及水平磨耗两个约束点在视觉传感器图像坐标系下的图像坐标。

简单说明一下前述各坐标系之间的转换关系，图5为标准钢轨截面轮廓坐标系、光平面坐标系及视觉传感器图像坐标系之间的转换关系示意图，如图5所示，光平面坐标系到视觉传感器图像坐标系的单应矩阵H_s，im是通过前述标定方式确定的，其中，每个光条所在的图像坐标系与光平面坐标系之间的单应矩阵均标定确定。标准钢轨截面轮廓坐标系与光平面坐标系的转换矩阵T_b，s通过前述步骤103的方式计算得到。相应的，光平面坐标系到标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵即为T_b，s ^-1，即为T_b，s的转置，视觉传感器图像坐标系到光平面坐标系之间的单应矩阵H^-1 _s，im，H^-1 _s，im为H_s，im的转置。

步骤106：确定钢轨水平和垂直磨耗点在视觉传感器图像坐标系下的图像坐标

以垂直磨耗点的计算为例介绍磨耗点图像坐标的计算过程。

需要说明的是，垂直磨耗约束点所成的线段与光平面A所成光条的图像的交点，即为垂直磨耗点。具体为：在视觉传感器图像坐标系下，首先在两个垂直磨耗约束点所成的线段上搜索图像上的灰度最大的像素点，选取以最大像素点为中心确定3×3的像素区域，根据周富强等在文章“结构光光条提取的混合图像处理方法[J]，光电子·激光，2008，19(11)：1534-1537”中提到的光条提取方法提取该3×3区域的光条中心点，将所提光条中心点坐标进行畸变校正后选取离线段最近的两个光条中心点，将该两点的连线与线段的交点定义为垂直磨耗点在图像坐标系下的坐标。

同理，水平磨耗点在视觉传感器图像坐标系下的坐标也可以相应获得。

步骤107：通过钢轨磨耗点的图像坐标

和H_s，im以及T_b，s，求解磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标具体变换关系如下：

${\mathrm{\ρ}}_2{\tilde{P}}_b=T_{b,s}^{-1}{H}_{s,\mathrm{im}}^{-1}{\tilde{p}}_{\mathrm{im}}$

式中ρ₂为比例系数。

根据公式 ${\mathrm{\ρ}}_2{\tilde{P}}_b=T_{b,s}^{-1}{H}_{s,\mathrm{im}}^{-1}{\tilde{p}}_{\mathrm{im}},$ 计算垂直磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标。同理根据以上方法也可以确定水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标。

步骤108：计算钢轨垂直磨耗值和水平磨耗值。

通过将步骤107中计算得到的磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标与标准钢轨截面轮廓中磨耗点定义位置的坐标进行比较，计算钢轨磨耗值，这其中包括垂直磨耗值和水平磨耗值。

如图1所示，本发明钢轨磨耗值快速确定方法还包括以下步骤：

步骤109：计算其余光平面所测钢轨垂直磨耗值和水平磨耗值。

由于光栅激光器在安装过程中保证其发射的光条是平行且垂直钢轨的，并根据步骤101中的标定过程完成视觉传感器标定，因此可以保证所有的光平面的T_b，s相同，重复步骤105-107就可以分别求出不同光平面所测的钢轨磨耗值，只是在公式ρ₁P_im＝H_s，imT_b，sP_b、 ${\mathrm{\ρ}}_2{\tilde{P}}_b=T_{b,s}^{-1}{H}_{s,\mathrm{im}}^{-1}{\tilde{p}}_{\mathrm{im}}$ 中将H_s，im换成相应光平面所在光平面坐标系与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵即可。

由于本发明中，确定多光平面所测钢轨磨耗点时仅根据一个光平面所测轨腰处的光条中心点计算出轨腰的大圆及小圆的圆心坐标即可，不必全部处理多光平面所有光条图像，因此，所处理的数据量大大减少。确定出光平面A坐标系与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵后，在确定其余光平面所测钢轨磨耗值时，直接利用之前所确定的光平面A坐标系与视觉传感器图像坐标系的单应矩阵即可，因而大大节约了计算工作量，提升了钢轨磨耗值的确定效率，同时该方法也解决了由于螺栓遮挡造成部分光平面无法测量钢轨磨耗的问题。本发明所确定的钢轨磨耗值同样能保证精度。

以下通过具体的示例进一步说明本发明的技术方案。

试验采用一台CCD摄像机和三个光栅激光器及相应的图像采集***构成钢轨磨耗测量仪。其中摄像机选用MINTRON高灵敏度CCD摄像机，图像大小为768像素×576像素，配用ANENIR 12mm CCTV镜头。光栅激光器为5mw线激光器。所测钢轨为43轨型。

将图3中最左边的光条平面定为光平面A，剩余两个从左至右依次为光平面B和C。

第一步：提取光平面A轨腰处光条中心点的图像坐标。

第二步：确定光平面A轨腰处光条中心点在光平面坐标系下坐标。通过拟合确定大、小圆圆心在光平面坐标系下坐标，表1给出了大小圆圆心坐标分别在标准钢轨轮廓坐标系和光平面坐标系下的圆心坐标。

表1

第三步：计算标准钢轨轮廓坐标系到光平面坐标系的转换矩阵。根据大小圆圆心在光平面坐标系和标准钢轨轮廓坐标系下的坐标，确定标准钢轨轮廓坐标系到光平面坐标系的转换矩阵T_b，s。

$T_{b,s}=\left[\begin{array}{ccc}0.879049& 0.477488& -80.148359\\ -0.477488& 0.878637& -54.399825\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

第四步：确定钢轨磨耗点约束点在图像中的坐标。首先确定钢轨磨耗约束点在标准钢轨轮廓坐标系下坐标，如表2所示：

	x(mm)	y(mm)
			水平磨耗约束点1	50	124
水平磨耗约束点2	20	124
			垂直磨耗约束点1	11.667	140
垂直磨耗约束点2	11.667	130

表2

再计算钢轨磨耗点约束点在视觉传感器图像坐标系下的坐标，如表3所示：

	x(pixel)	y(pixel)
			水平磨耗约束点1	480.310	158.168
水平磨耗约束点2	436.837	112.784
			垂直磨耗约束点1	437.958	45.011
垂直磨耗约束点2	430.187	80.213

表3

第五步：定位磨耗点在图像中坐标。如表4所示：

	x(pixel)	y(pixel)
			水平磨耗点	433.615	63.297
垂直磨耗点	460.588	136.053

表4

第六步：根据以上方法确定其余两个光平面B、C所测钢轨磨耗点的图像坐标。计算钢轨磨耗点在标准钢轨轮廓坐标下坐标：根据T_b，s和H_s，im通过公式 ${\mathrm{\ρ}}_2{\tilde{P}}_b=T_{b,s}^{-1}{H}_{s,\mathrm{im}}^{-1}{\tilde{p}}_{\mathrm{im}}$ 计算出钢轨磨耗点在标准钢轨轮廓坐标下坐标，所有结果如表5所示：

表5

第七步：计算钢轨磨耗值。通过与标准钢轨截面轮廓在磨耗点处的尺寸进行比较确定钢轨的水平和垂直磨耗值，具体数值如表6所示：

以上场景，整个钢轨磨耗值的计算时间为1.4ms。

本领域技术人员应当理解，上述示例仅为示例性说明，第六步中，光平面B、C所对应光条的钢轨磨耗值可在确定出光平面A所对应光条的钢轨磨耗值后再进行计算。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种钢轨磨耗激光视觉图像快速处理方法，其特征在于，包括：

光栅结构光视觉传感器投射两个以上相互平行且垂直于钢轨轴向的光平面，在光栅结构光视觉传感器的图像中任意选取一个光平面投射到钢轨轨腰及轨头的光条的图像，提取钢轨轨腰处光条中心点的图像坐标，根据光栅结构光视觉传感器的数学模型，计算所选取的光条中心点在光平面坐标系下的坐标数据并拟合得到轨腰的大圆及小圆的圆心坐标；

计算所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵；在标准钢轨截面轮廓坐标系下确定钢轨的垂直磨耗及水平磨耗的约束点，使钢轨的垂直磨耗值及水平磨耗值均在约束点之间的线段上；

根据所选取的光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

在所选取的钢轨轨腰及轨头的光条所在的图像平面中，分别确定垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段与轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为所测钢轨的磨耗值。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在光栅结构光视觉传感器的图像中，其余光平面所投射处钢轨磨耗值的确定包括：

选取其余光平面中的一个，利用前述光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵，以及当前所选取的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的单应矩阵，确定垂直磨耗及水平磨耗的约束点在图像坐标系下的坐标；

分别确定垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与当前所选取钢轨轨头光条的交点，所述交点分别为垂直磨耗点及水平磨耗点，确定垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标；以及

将垂直磨耗点及水平磨耗点的图像坐标逆变换到标准钢轨截面轮廓坐标系下，确定钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，钢轨垂直磨耗点及水平磨耗点与标准钢轨轮廓之间的垂直距离及水平距离，即为当前所测钢轨的磨耗值。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个光平面所在的光平面坐标系与光栅结构光视觉传感器的图像坐标系之间的转换矩阵通过标定的方式事先确定的；

光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵通过以下方式确定：将光栅结构光视觉传感器的图像中所确定的轨腰处光条中心点的图像坐标的大圆及小圆的圆心坐标转换到光平面所在的光平面坐标系中，确定出标准钢轨的轨腰的大圆及小圆的圆心在标准钢轨截面轮廓坐标系下的坐标，利用钢轨的轨腰的大圆及小圆的圆心分别在光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系中的坐标，计算出光平面坐标系与标准钢轨截面轮廓坐标系之间的转换矩阵。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所选取的钢轨轨腰及轨头的光条所在的图像平面中，确定垂直磨耗约束点及水平磨耗约束点之间的线段与轨头光条的交点，具体为：

分别在所述垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段上查找出灰度最大的像素点，以灰度最大的像素点为中心，选取3×3像素点区域，提取所选取钢轨轨头光条的中心点，经过图像畸变校正后选取距所选取钢轨轨头光条的中心点最近的两点，经过该两点的直线与所述垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段的交点就称为垂直磨耗约束点之间线段及水平磨耗约束点之间线段与轨头光条的交点。

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