基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，包括工控机、三维相机、支架、线结构激光器、接近开关、光电编码器和检测车，接近开关安装在检测车上，并控制三维相机；光电编码器安装在检测车上；支架固定设置于在检测车上；线结构激光器安装在支架上且位于轨道梁面正上方，三维相机设置于检测车上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；工控机与三维相机连接，用于储存及处理采集到的图像数据。本系统利用工业三维相机采集指形板的三维数据，再利用数据处理分析部分，处理采集到的数据，判断指形板是否存在“错台”，具有效率高，精度高，准确度高等特点。解决了人工巡检效率低、成本高、风险大等问题。

Anomaly detection system and method of straddle type monorail fingerboard based on 3D camera

【技术实现步骤摘要】
基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统及方法
本专利技术涉及轨道交通检测
，特别是一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统。
技术介绍
随着城市发展，城市交通拥挤、汽车带来的大气污染等问题给市民带来了极大的困扰，因此许多城市选择跨座式单轨这一便利、快捷、低成本的轻轨交通系统。常见的安全隐患有锚固螺杆断裂、指形板错台、紧固件松动、缺失等。一旦发生事故，可能会造成严重的财产损失和人员伤亡。这些安全隐患可能造成不可估量的损失，所以对于轨道梁面的健康状况检测是必不可少的工作。名称为一种单轨道岔活动指形板，申请号为CN201821645001.1的专利中记载了指形板的结构，并没有给出检测指形板发生故障的方法，目前，针对指形板错台和指形板紧固件松动、缺失等问题，主要依靠人工巡查，而该安全检测过程往往只能在深夜进行，效率低，可靠性低、安全风险低、检修人员的工作强度较大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，本系统用于跨座式单轨轨道梁面指形板的缺陷检测，本系统可以准确高效的检测指形板的“错台”，解决现有的人工巡查方法的弊端，提高检测效率及精度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供的基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，包括工控机、三维相机、支架、相机稳定器、线结构激光器、接近开关、光电编码器和检测车，所述接近开关安装在检测车上，所述接近开关与三维相机连接并控制三维相机；所述光电编码器安装在检测车上，用于触发控制三维相机采集光条图像；所述稳定器固定设置于在检测车上；所述支架固定安装在稳定器上；所述线结构激光器安装在支架上且位于轨道梁面正上方，以适于在被测轨道梁面形成线性光条；所述三维相机设置于检测车上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；所述工控机与三维相机连接，用于储存及处理采集到的图像数据。进一步，所述相机稳定器包括第一陀螺仪、第二陀螺仪、第三陀螺仪、连接杆、把手杆、承重卡盘；所述第一陀螺仪通过连接杆与把手杆连接，用以补偿相机水平方向的抖动；所述把手杆与检测车连接，用于固定或安装相机稳定器；所述第二陀螺仪与连接杆相连接，用以补偿相机俯仰变化的抖动；所述承重卡盘固定于底部支撑杆上，用于放置相机；所述第三陀螺仪固定于连接杆上，用以补偿相机竖直方向的抖动。进一步，所述接近开关安装在检测车的底部或车轮上，用于控制三维相机的采集及数据储存；或所述相机稳定器固定在检测车的底部或表面；所述三维相机安装在支架上，且位于轨道梁面正上方。进一步，所述三维相机与线结构激光器呈一定角度，以适于采集结构光在被测物表面形成的线结构光光条图像；或所述光电编码器安装在检测车的车轮上，用于触发控制三维相机采集线结构光光条图像。进一步，所述工控机通过网线或数据线与三维相机相连，用于线结构光光条图像数据储存及数据处理；所述工控机中包括数据处理分析器，所述数据处理分析器包括数据格式处理模块、滤波预处理模块、点云数据处理模块、点云分割模块、RANSAC平面拟合模块、计算法线夹角模块、判断模块；所述数据格式处理模块，用于将采集到的点云数据转为.pcd格式；所述滤波预处理模块，用于结合PCL点云库对采集的点云数据进行滤波预处理；所述点云数据处理模块，用于根据点云数据特点进行处理；所述点云数据分割模块，用于将指形板区域与梁面分割出来；所述RANSAC平面拟合模块，用于拟合同一指形板两块指形的区域；所述计算法线夹角模块，用于计算两块指形板的法线及法线的夹角；所述判断模块，用于判断指形板是否存在异常现象，同时将检测结果显示储存在数据库。进一步，所述点云数据处理模块包括关键点提取模块、局部特征提取模块、关键点数据模块；所述关键点提取模块，用于计算提取数据中的关键点信息；所述局部特征提取模块，用于计算提取指形板区域的特征；所述关键点数据模块，用于将所得到的关键点特征与坐标组成模板，用于点云分割与精准定位。进一步，所述点云数据处理模块包括下采样模块，所述下采样模块采用隔固定行取点进行压缩点云数据。本专利技术还提供了一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测方法，包括以下步骤：将采集到的点云数据转为.pcd格式；结合PCL点云库对采集的点云数据进行滤波预处理；根据点云数据特点进行处理；分割指形板区域与梁面；拟合同一指形板两块指形的区域；计算两块指形板的法线及法线的夹角；判断指形板是否存在异常现象，同时将检测结果显示储存在数据库。进一步，所述点云数据特点的处理包括以下步骤：计算提取数据中的关键点信息；计算提取指形板区域的特征；将所得到的关键点特征与坐标组成模板，用于点云分割与精准定位。进一步，所述点云数据特点的处理还包括以下步骤：采用下采样方法进行处理，所述下采样方法是通过隔固定行取点进行压缩点云数据。进一步，所述计算两块指形板的法线夹角是按照以下步骤来计算：对点云数据进行分割，将点云数据分割成第一平面区域、指部区域和第二平面区域；对第一平面区域进行平面拟合形成第一平面；对第二平面区域进行平面拟合形成第二平面；分别计算第一平面和第二平面的法线；计算第一平面法线和第二平面的法线之间的夹角。进一步，所述计算指形板区域的区域特征是计算指形板区域内的高度差，按照以下步骤来计算：获取经过标定的标准指形板点云数据；获取同一对指形板区域中空值数量；按照预设空值数量阈值将同一对指形板区域分割出螺栓紧固件安装位置区域和指形区域；根据螺栓紧固件安装位置区域并结合螺栓紧固件安装位置从点云数据中分割指形区域；将分割的指形区域与标准指形板点云数据进行对比，获得位于指形板区域内每点的高度差绝对值；根据高度差绝对值与预设差值阈值进行判断，如果超过预设差值阈值，则判断为指形板出现故障，否则，指形板正常。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的基于三维相机的跨座式单轨轨道梁指形板缺陷的检测系统及方法，解决了人工巡检效率低、成本高、风险大等问题。本系统利用安装在检测车上的上位机、工业三维相机、相机稳定器、线结构光激光器、光电编码器和接近开关等设备组成数据采集部分，采集指形板的三维数据，再利用数据处理分析部分，处理采集到的数据，判断指形板是否存在“错台”，具有效率高，精度高，准确度高等特点。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，其特征在于：包括工控机(1)、三维相机(2)、支架(3)、线结构激光器(4)、接近开关(5)、光电编码器(6)、检测车(7)和相机稳定器(8)；/n所述接近开关(5)安装在检测车(7)上，所述接近开关(5)与三维相机连接并控制三维相机(2)；/n所述光电编码器(6)安装在检测车(7)上，用于触发控制三维相机采集光条图像；/n所述相机稳定器8固定设置于检测车7上；/n所述支架(3)固定设置于相机稳定器(8)上；/n所述线结构激光器(4)安装在支架(3)上且位于轨道梁面正上方，以适于在被测轨道梁面形成线性光条；/n所述三维相机(2)设置于检测车(7)上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；/n所述工控机(1)与三维相机(2)连接，用于储存及处理采集到的图像数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，其特征在于：包括工控机(1)、三维相机(2)、支架(3)、线结构激光器(4)、接近开关(5)、光电编码器(6)、检测车(7)和相机稳定器(8)；
所述接近开关(5)安装在检测车(7)上，所述接近开关(5)与三维相机连接并控制三维相机(2)；
所述光电编码器(6)安装在检测车(7)上，用于触发控制三维相机采集光条图像；
所述相机稳定器8固定设置于检测车7上；
所述支架(3)固定设置于相机稳定器(8)上；
所述线结构激光器(4)安装在支架(3)上且位于轨道梁面正上方，以适于在被测轨道梁面形成线性光条；
所述三维相机(2)设置于检测车(7)上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；
所述工控机(1)与三维相机(2)连接，用于储存及处理采集到的图像数据。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述相机稳定器(8)包括第一陀螺仪(81)、第二陀螺仪(82)、第三陀螺仪(83)、连接杆(84)、把手杆(85)、承重卡盘(86)；
所述第一陀螺仪(81)通过连接杆(84)与把手杆(85)连接，用以补偿相机水平方向的抖动；
所述把手杆(85)与检测车连接，用于固定或安装相机稳定器；
所述第二陀螺仪(82)与连接杆相连接，用以补偿相机俯仰变化的抖动；
所述承重卡盘(86)固定于底部支撑杆上，用于放置相机；
所述第三陀螺仪(83)固定于连接杆上，用以补偿相机竖直方向的抖动。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述接近开关(5)安装在检测车(7)的底部或车轮上，用于控制三维相机的采集及数据储存；或
所述支架(3)固定在检测车(7)的底部或表面；或
所述三维相机(2)安装在支架(3)上，且位于轨道梁面正上方；或
所述三维相机(2)与线结构激光器(4)呈预设角度设置，以适于采集结构光在被测物表面形成的线结构光光条图像；或
所述光电编码器(6)安装在检测车(7)的车轮上，用于触发控制三维相机采集线结构光光条图像。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述工控机(1)通过网线或数据线与三维相机(2)相连，用于线结构光光条图像数据储存及数据处理；
所述工控机中包括数据处理分析器，所述数据处理分析器包括数据格式处理模块、滤波预处理模块、点云数据处理模块、点云分割模块、RANSAC平面拟合模块、计算法线夹角模块、判断模块；
所述数据格式处理模块，用于将采集到的点云数据转为.pcd格式；
所述滤波预处理模块，用于结合PCL点云库对采集的点云数据进行滤波预处理；
所述点云数据处理模块，用于根据点云数据特点进行处理；
所述点云数据分割模块，用于将指形板区域与梁面分割出来；
所述RANSAC平面拟合模块，用于拟合同一对指...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶俊勇，刘鸣，杨力源，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50