CN112857249A - 一种接触网检测设备的标定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种接触网检测设备的标定方法及装置，包括：标定板机构，用于控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；结构光检测机构，用于在所述标定板移动过程中，采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；处理单元，用于根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参，根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。本发明能够实现相机和光平面的动态标定，保证接触网检测设备的检测精度。

Description

一种接触网检测设备的标定方法及装置
技术领域
本发明涉及接触网参数检测技术领域，尤其涉及一种接触网检测设备的标定方法及装置。
背景技术
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空架设、供受电弓取流的高压输电线，接触网担负着将从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务，因此，接触网的质量和工作状态直接影响着电气化铁道的运输能力。为保证接触网的正常工作状态，于列车上安装接触网检测设备，用于实时检测接触网参数，以及时发现故障、排除故障，保证安全可靠供电。
现有的接触网检测设备一般包括高清相机，由高清相机采集接触网图像，通过对接触网图像进行处理与分析，识别与定位出接触网故障部位。由于铁路线路复杂，各条线路存在较大的差异，为适于不同线路的检测需要，应用于不同线路时，均需要对高清相机进行参数标定，以保证设备的检测精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种接触网检测设备的标定方法及装置，以解决接触网检测设备的动态标定问题。
基于上述目的，本发明提供了一种接触网检测设备的标定装置，包括：
标定板机构，用于控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；
结构光检测机构，用于在所述标定板移动过程中，采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
处理单元，用于根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参，根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
可选的，所述处理单元包括：
获取模块，用于获取所述多张第一图像及所述多张第二图像；
计算模块，用于根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
可选的，所述获取模块，用于获取接触网图像；
所述计算模块，用于根据所述光平面方程及所述接触网图像，确定接触网参数。
可选的，所述标定板机构包括驱动单元、传动单元及所述标定板，驱动单元的输出端通过传动单元与所述标定板相连接，可驱动所述标定板在所述第一位置与第二位置之间移动。
可选的，所述传动单元包括齿轮组及连杆，所述驱动单元的输出端与所述齿轮组相连接，所述连杆与所述标定板相连接，所述标定板可沿所述连杆上下移动。
可选的，所述结构光检测机构包括固定连接的激光器和深度相机，所述深度相机用于采集所述第一图像、所述第二图像以及接触网图像。
本发明实施例还提供一种接触网检测设备的标定方法，包括：
利用标定板机构控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；
在所述标定板移动过程中，利用结构光检测机构采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
利用处理单元根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
可选的，所述处理单元的处理方法包括：
利用获取模块获取所述多张第一图像及所述多张第二图像；
利用计算模块根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
可选的，所述处理单元的处理方法还包括：
利用获取模块获取接触网图像；
利用计算模块根据所述光平面方程及所述接触网图像，确定接触网参数。
可选的，所述处理单元的处理方法还包括：
判断所述接触网参数是否在预设的正常范围之内；
若否，则进行报警提示。
从上面所述可以看出，本发明提供的接触网检测设备的标定方法及装置，包括标定板机构，用于控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；结构光检测机构，用于在标定板移动过程中，采集多张第一图像以及多张第二图像，第二图像包含激光线；处理单元，用于根据多张第一图像，确定相机内参和外参，根据多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。本发明能够实现相机和光平面的动态标定，保证接触网检测设备的检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的装置结构框图；
图2为本发明实施例的检测原理图；
图3为本发明实施例的光平面标定原理示意图；
图4为本发明实施例的标定板机构的结构示意图；
图5为本发明实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
于一些实现方式中，列车上安装用于检测接触网参数的接触网检测设备，列车运行过程中，利用高清相机采集接触网整体或是局部关键部位的接触网图像，通过对接触网图像进行处理与分析，识别与定位接触网故障。由于铁路线路复杂，为保证检测精度，对于不同线路均需对高清相机的参数进行标定校正，这样，接触网检测设备需要具备频繁地、动态地参数标定功能。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种接触网检测设备的标定方法及装置，当因为切换线路或是受振动影响需要进行标定时，利用标定板机构控制标定板上下移动，在标定板移动过程中，采集多张第一图像用于确定相机内参和外参，采集多张包含激光线的第二图像用于确定光平面方程，后续可根据接触网图像和光平面方程确定接触网参数，从而能够实现动态标定，保证接触网参数的检测精度。
图1为本发明实施例的装置结构框图，图2为本发明实施例的检测原理图，图3为本发明实施例的光平面标定原理示意图。如图所示，本发明实施例的接触网检测设备的标定装置，包括：
标定板机构10，用于控制标定板11在第一位置与第二位置之间移动；
结构光检测机构20，用于在标定板11移动过程中，采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
处理单元30，用于根据多张第一图像，确定相机内参和外参，根据多张第二图像及相机内参和外参，确定光平面方程。
本发明实施例中，当切换线路需要标定，或是为避免因启动、刹车等操作产生振动而影响检测精度而需要标定时，利用标定板机构控制标定板上下移动，利用结构光检测机构采集标定板移动过程中的第一图像和包含激光线的第二图像，基于第一图像计算出相机内参和外参，基于计算出的相机内参、外参和第二图像，确定出光平面方程，能够实现相机参数的动态标定和光平面的动态标定。
本发明实施例中，所述处理单元包括：
获取模块，用于获取多张第一图像及所述多张第二图像；
计算模块，用于根据多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据多张第二图像及相机内参和外参，确定光平面方程。
本实施例中，结构光检测机构20将采集的第一图像和第二图像传输至处理单元，由获取模块获取第一图像和第二图像，并由计算模块根据第一图像计算相机内参和外参，根据第二图像和相机内参、外参，计算确定光平面方程。
本发明实施例中，所述处理单元还包括：
获取模块，用于获取接触网图像；
计算模块，用于根据光平面方程及接触网图像，确定接触网参数。
本实施例中，确定光平面方程之后，利用结构光检测机构20采集包括接触网的接触网图像，将接触网图像传输至处理单元，由获取模块获取接触网图像，并由计算模块根据光平面方程和接触网图像，计算确定接触网参数。这样，接触网检测设备可基于动态标定出的光平面方程和实时采集的接触网图像，确定出接触网参数，保证参数的检测精度。可选的，接触网参数包括但不限于导高、拉出值等。
以下结合附图和实施例对本发明实施例的标定装置进行详细说明。
如图2-4所示，本实施例中，标定板机构10包括标定板11、驱动单元12和传动单元13，驱动单元12的输出端通过传动单元13与标定板11相连接，可驱动标定板11在第一位置与第二位置之间移动。所述第一位置和第二位置可以分别是可移动的上限位置和下限位置。
在一种实施方式中，驱动单元12可选用减速电机，传动单元13包括齿轮组和连杆132，连杆132与标定板11相连接，减速电机的动力输出轴通过齿轮组与连杆132相连接，减速电机动作，通过齿轮组与连杆带动标定板沿着连杆上下移动。可选的，齿轮组包括一个小齿轮1311和两个大齿轮1312，减速电机的动力输出轴与小齿轮1311相连接，小齿轮1311与两个大齿轮1312啮合传动，小齿轮1311与大齿轮1312的传动比相同，两个大齿轮1312与带有螺纹的连杆132相连接，连杆132与标定板11螺纹连接。
本发明实施例中，结构光检测机构20包括固定连接的激光器22和深度相机21。在标定板的移动过程中，激光器22关闭状态下，利用深度相机21采集多张第一图像，激光器22打开状态下，利用深度相机21采集多张第二图像，标定结束后，深度相机21用于采集接触网图像。
本发明实施例中，当需要标定时，控制标定板机构10动作，使得标定板沿着连杆上下移动，移动过程中，关闭激光器，利用深度相机21采集多张包括标定板的第一图像，打开激光器，利用深度相机21采集多张包括标定板和激光线的第二图像；所采集的多张第一图像和多张第二图像传输至处理单元；处理单元的获取模块获取多张第一图像，利用计算单元对多张第一图像进行处理，以得到相机内参和外参，获取多张第二图像，利用计算单元对第二图像进行处理，提取出各第二图像中的激光线，根据相机内参、外参计算得到激光线的三维坐标，根据激光线的三维坐标，进行平面拟合得到激光平面的光平面方程。
本实施例中，相机内参包括焦距、中心点坐标、径向畸变、切向畸变等参数，相机外参包括平移矩阵与旋转矩阵等。可选的，本发明实施例的方法还包括根据径向畸变、切向畸变等畸变参数对像素点进行畸变校正后，再计算激光线的三维坐标。
如图2所示，在一种实施例中，将接触网检测设备安装于车顶，与接触网对应设置。如图，Xw-Yw-Zw为世界坐标系，X1-Y1-W1为相机坐标系，列车前进方向与Yw轴基本平行，接触网的延伸方向与与Yw轴基本平行，Xw-Ow-Yw与铁轨路面(地平面)平行，Zw垂直于铁轨路面，列车受电弓通过接触网获取25KV电压，保证列车正常运行。运行过程中，当切换线路，或是因列车启动、刹车、经过不平整路面等原因产生振动导致激光器和/或深度相机的位置发生变化时，能够利用本发明实施例的标定装置对相机和光平面进行标定校正，能够保证接触网检测设备的检测精度。
进一步的，标定后，利用实时采集的接触网图像和标定后的光平面方程计算出接触网参数，例如在Ow-Zw方向上的导高值、在Ow-Xw方向上的拉出值，判断导高值和拉出值是否偏离正常范围，若偏离正常范围可通过报警提示，以及时通过检修等手段排除故障，保证列车的安全运行。
图5为本发明实施例的方法流程示意图。如图所示，本发明实施例还提供一种接触网检测设备的标定方法，包括：
S501：利用标定板机构控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；
S502：在所述标定板移动过程中，利用结构光检测机构采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
S503：利用处理单元根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
本发明实施例中，所述处理单元的处理方法包括：
利用获取模块获取所述多张第一图像及所述多张第二图像；
利用计算模块根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
本发明实施例中，所述处理单元的处理方法还包括：
利用获取模块获取接触网图像；
利用计算模块根据所述光平面方程及所述接触网图像，确定接触网参数。
本发明实施例中，所述处理单元的处理方法还包括：
判断所述接触网参数是否在预设的正常范围之内；
若否，则进行报警提示。
需要说明的是，本发明实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接触网检测设备的标定装置，其特征在于，包括：
标定板机构，用于控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；
结构光检测机构，用于在所述标定板移动过程中，采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
处理单元，用于根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参，根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述处理单元包括：
获取模块，用于获取所述多张第一图像及所述多张第二图像；
计算模块，用于根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，
所述获取模块，用于获取接触网图像；
所述计算模块，用于根据所述光平面方程及所述接触网图像，确定接触网参数。
4.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定板机构包括驱动单元、传动单元及所述标定板，驱动单元的输出端通过传动单元与所述标定板相连接，可驱动所述标定板在所述第一位置与第二位置之间移动。
5.根据权利要求4所述的标定装置，其特征在于，所述传动单元包括齿轮组及连杆，所述驱动单元的输出端与所述齿轮组相连接，所述连杆与所述标定板相连接，所述标定板可沿所述连杆上下移动。
6.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述结构光检测机构包括固定连接的激光器和深度相机，所述深度相机用于采集所述第一图像、所述第二图像以及接触网图像。
7.一种接触网检测设备的标定方法，其特征在于，包括：
利用标定板机构控制标定板在第一位置与第二位置之间移动；
在所述标定板移动过程中，利用结构光检测机构采集多张第一图像以及多张第二图像，所述第二图像包含激光线；
利用处理单元根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述处理单元的处理方法包括：
利用获取模块获取所述多张第一图像及所述多张第二图像；
利用计算模块根据所述多张第一图像，确定相机内参和外参；以及根据所述多张第二图像及所述相机内参和外参，确定光平面方程。
9.根据权利要求8所述的标定方法，其特征在于，所述处理单元的处理方法还包括：
利用获取模块获取接触网图像；
利用计算模块根据所述光平面方程及所述接触网图像，确定接触网参数。
10.根据权利要求9所述的标定方法，其特征在于，所述处理单元的处理方法还包括：
判断所述接触网参数是否在预设的正常范围之内；
若否，则进行报警提示。
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