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轮对磨耗在线检测标定系统研究

陈强元  
【摘要】:随着科学技术的发展,列车的速度越来越快,载重量越来越大。列车的高速化和重载化对列车状态提出了更高的要求,轮对磨耗状态是其中一个重要因素。基于图像测量技术的车辆轮对磨耗在线检测技术是目前研究的重点之一。而摄像机标定系统是其中一项关键步骤,标定系统的精度直接影响轮对磨耗检测的精度。现在常用的摄像机标定系统大部分都是先建立小孔成像模型,再通过各种拟合算法对摄像机的标定系数进行拟合求解。但是在车辆轮对磨耗在线检测场合,受安装位置的限制,摄像机俯仰角较大。这给摄像机标定的结果带来了更多的不确定因素。而且随着设备加工工艺的提升,设备硬件尺寸精度越来越高,摄像机相关出厂内参数趋于完善,后续算法对其修正改进不明显。如果还是按照上述改进方法进行优化只能有小幅度的改善。所以为了更好的提高轮对磨耗的测量精度本文将从下面几个方面进行研究:(1)轮对尺寸磨耗等参数检测技术发展研究查阅国内外相关文献,分析比较目前国内外在轮对尺寸磨耗等参数在动态检测方面所采用的技术。总结他们的优缺点,特别是基于图像分析的轮对尺寸检测技术里摄像机标定算法的技术发展现状。(2)标定系统的硬件结构设计综合分析列车运行环境,特别是轮轨之间的接触部分。根据技术指标对标定系统所限定的要求,分析介绍标定系统各模块的设计、选型、安装和调整。包括摄像机的选择、光学镜头的确定、光源的确定、标定板的设计制作、各类固定装置的设计,以及所有设备的固定位置角度姿态的设计。(3)摄像机的标定算法设计综合分析国内外轮对尺寸在线测量系统中标定技术的研究现状,分析它们各自的特点。总结出各类特征图案在特征点提取方法上的优越性。提出一种新的标定算法或在原有算法的基础上进行改进,试图提高摄像机的标定精度。(4)软件设计与开发根据前面所提出的标定算法,在windows操作系统上设计开发与之相配套的摄像机标定软件。在软件系统运行过程中,它不但不能对原始图像进行修改而且必须保存相应的过程图案以备随时查看调试。软件的操作界面应突出实用性、易用性以及良好的用户体验。(5)实验验证与分析根据现场安装位置情况,搭建实验环境。主要有特征点提取对比试验、标定板自测精度验证以及对标准块的尺寸测量,通过这三个实验来综合验证整套标定系统的标定精度是否达标。


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