一種基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，通過錄制高鐵雨棚震動(dòng)時(shí)的視頻，采用圖像自動(dòng)配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)分解后的視頻幀進(jìn)行配準(zhǔn)，并從配準(zhǔn)后的圖像中自動(dòng)識(shí)別震動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨棚震動(dòng)的檢測(cè)。技術(shù)步驟包括：檢測(cè)位置選擇，檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)，獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻，視頻分解，圖像配準(zhǔn)，計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線。本發(fā)明結(jié)合雨棚震動(dòng)的特點(diǎn)，通過在地面布設(shè)移動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志、對(duì)雨棚震動(dòng)過程進(jìn)行視頻錄制，以無接觸的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨棚震動(dòng)檢測(cè)。
【專利說明】—種基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高鐵車站設(shè)備檢測(cè)技術(shù)，特別是涉及高鐵車站雨棚檢測(cè)技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國的高速鐵路近年來發(fā)展迅速，逐漸形成輻射全國的高鐵交通網(wǎng)，高鐵運(yùn)營里程已經(jīng)高居世界第一，極大的方便了人們的出行，越來越多的人選擇乘坐高鐵出行，與此同時(shí)，高鐵的運(yùn)營安全也越來越受到重視。
[0003]高鐵車站是高鐵運(yùn)營中的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是人口流量最為密集的地方。為了使站臺(tái)上有更多可以活動(dòng)的空間，避免風(fēng)雨對(duì)站臺(tái)乘客、機(jī)車的干擾，同時(shí)滿足現(xiàn)代高鐵車站的美觀，高鐵車站基本都是采用高大鋼結(jié)構(gòu)的無柱雨棚設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)無柱雨棚邊緣的震動(dòng)幅度的限值有著嚴(yán)格的要求，如果超出設(shè)計(jì)限值，有可能發(fā)生危險(xiǎn)，必須進(jìn)行維修和改造，以往也曾發(fā)生過多起高鐵車站雨棚被風(fēng)掛掉的事故。為了保證雨棚安全，需要對(duì)雨棚的最大振幅進(jìn)行精確檢測(cè)。
[0004]高鐵車站雨棚具有跨度大、震動(dòng)不均勻的特點(diǎn)。目前無柱雨棚振動(dòng)檢測(cè)的主要方法是采用經(jīng)緯儀或者全站儀，在雨棚的邊緣標(biāo)記特定標(biāo)志，例如“十”字絲、有刻度的標(biāo)志、同心圓等等，在雨棚震動(dòng)的時(shí)候用用全站儀對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志中心，人眼檢測(cè)震動(dòng)的幅度。這種方法存在的問題是:已經(jīng)建成的雨棚邊緣并沒有為檢測(cè)而設(shè)置的標(biāo)志，并且，只能采用人眼進(jìn)行檢測(cè)估計(jì)，精度不高。
[0005]目前，高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)還沒有穩(wěn)定成熟的整套方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有高鐵車站雨棚檢測(cè)方面存在的問題，本發(fā)明推出一種新的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，其目的在于，將視頻攝影和圖片配準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用到高鐵無柱雨棚震動(dòng)檢測(cè)中，通過獲取雨棚邊緣震動(dòng)的視頻數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分解，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)雨棚邊緣的特定目標(biāo)進(jìn)行變化檢測(cè)，計(jì)算相鄰幀影像上特定目標(biāo)的變化量，并將圖像上的像素變化量轉(zhuǎn)換為測(cè)量絕對(duì)值，從而獲得在檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)雨棚的最大振幅以及震動(dòng)曲線。
[0007]本發(fā)明所涉及的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，具體步驟包括:檢測(cè)位置選擇，檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)，獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻，視頻分解，圖像配準(zhǔn)，提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)，計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線。
[0008]S1、檢測(cè)位置選擇
[0009]在待檢測(cè)的雨棚上確定雨棚檢測(cè)點(diǎn)，然后選擇地面對(duì)應(yīng)的檢測(cè)位置。檢測(cè)位置選擇在保持穩(wěn)定和避免遮擋處，檢測(cè)位置與雨棚檢測(cè)點(diǎn)之間的連線與水平面的夾角位于±45°之間。檢測(cè)位置確定后，測(cè)量檢測(cè)位置與檢測(cè)點(diǎn)之間的距離D。
[0010]S2、檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)
[0011]將激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)雨棚上的檢測(cè)點(diǎn)，在檢測(cè)點(diǎn)上形成激光光斑直徑不大于2mm的清晰可見的檢測(cè)標(biāo)志。
[0012]S3、獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻
[0013]利用檢測(cè)位置上設(shè)置的攝像機(jī)，對(duì)焦于雨棚檢測(cè)點(diǎn)激光光斑位置，錄制雨棚震動(dòng)期間視頻，攝像機(jī)獲取影像的頻率不小于30幀/秒。
[0014]S4、視頻分解
[0015]將獲取的視頻分解為一幀一幀的連續(xù)影像。分解后的每一幀影像按照錄制視頻的時(shí)間先后順序編號(hào)。
[0016]S5、圖像配準(zhǔn)
[0017]選擇視頻分解出來的第一幀影像作為參考影像，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)將其與所有從視頻中分解出來的影像精確配準(zhǔn)，對(duì)配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行裁切和重采樣，所有影像像素值都?xì)w化到參考影像坐標(biāo)系中。
[0018]S6、提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)
[0019]從配準(zhǔn)后的每一幀影像上，提取檢測(cè)標(biāo)志在新的參考影像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0020]S7、計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線
[0021]根據(jù)攝像機(jī)焦距、CXD像元大小以及攝像機(jī)到檢測(cè)點(diǎn)之間的距離D，將像素坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為測(cè)量絕對(duì)值。選擇第一幀影像作為參考影像，以該參考影像上提取的檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)，計(jì)算其余所有影像上檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)值與參考點(diǎn)的差值。計(jì)算出來的差值就是不同時(shí)間段檢測(cè)點(diǎn)上的振幅，相鄰振幅最大差值就是雨棚震動(dòng)的最大值。根據(jù)每一幀影像獲取的時(shí)間和計(jì)算出來的振動(dòng)值，繪制出雨棚震動(dòng)曲線。
[0022]本發(fā)明所涉及的高速鐵路車站無柱雨棚震動(dòng)檢測(cè)新方法，利用激光照準(zhǔn)器在需要檢測(cè)的位置形成檢測(cè)標(biāo)志，通過攝像機(jī)獲取雨棚震動(dòng)期間的視頻，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)計(jì)算檢測(cè)標(biāo)志在視頻幀影像上的變化，從而達(dá)到精確檢測(cè)雨棚震動(dòng)的目的。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，此方法能夠達(dá)到優(yōu)于Imm的檢測(cè)精度，且方法簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述的利用視頻檢測(cè)高鐵車站雨棚震動(dòng)方法流程圖。
[0024]圖中標(biāo)記說明:
[0025]S1、檢測(cè)位置選擇S2、檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)
[0026]S3、獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻S4、視頻分解
[0027]S5、圖像配準(zhǔn)S6、提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)
[0028]S7、計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線

【具體實(shí)施方式】
[0029]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法技術(shù)步驟包括:
[0030]S1、檢測(cè)位置選擇
[0031]在待檢測(cè)的雨棚上確定雨棚檢測(cè)點(diǎn)，然后選擇在地面對(duì)應(yīng)的檢測(cè)位置。檢測(cè)位置選擇在保持穩(wěn)定和避免遮擋處，檢測(cè)位置與雨棚檢測(cè)點(diǎn)之間的連線與水平面的夾角位于±45°之間。檢測(cè)位置確定后，利用激光測(cè)距儀測(cè)量檢測(cè)位置與檢測(cè)點(diǎn)之間的距離D。
[0032]S2、檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)
[0033]將激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)雨棚上的檢測(cè)點(diǎn)，在檢測(cè)點(diǎn)上形成激光光斑直徑不大于2mm的清晰可見的檢測(cè)標(biāo)志。激光測(cè)距儀安裝在穩(wěn)定的三腳架上，并安置在檢測(cè)位置的旁邊，距離檢測(cè)位置越近越好，且不影響攝像機(jī)在檢測(cè)位置上的安裝。
[0034]S3、獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻
[0035]利用檢測(cè)位置上設(shè)置的攝像機(jī)，對(duì)焦于雨棚檢測(cè)點(diǎn)激光光斑位置，錄制雨棚震動(dòng)期間視頻，攝像機(jī)獲取影像的頻率不小于30幀/秒。攝像機(jī)固定到穩(wěn)定的三腳架上，安置在SI中選擇的檢測(cè)點(diǎn)位上，并利用對(duì)中整平裝置將攝像機(jī)整平。
[0036]S4、視頻分解
[0037]將獲取的視頻分解為一幀一幀的連續(xù)影像。分解后的每一幀影像具有唯一的編號(hào)，且按照錄制視頻的時(shí)間先后順序編號(hào)。每一個(gè)視頻分解出來的幀影像保存在單獨(dú)的文件夾中。
[0038]S5、圖像配準(zhǔn)
[0039]選擇一幀靜止拍攝的影像作為參考影像，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)將其與所有從視頻中分解出來的影像精確配準(zhǔn)，對(duì)配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行裁切和重采樣，所有影像像素值都?xì)w化到參考影像坐標(biāo)系中。圖像配準(zhǔn)之前進(jìn)行裁切的范圍以滿足配準(zhǔn)精度要求為原則。
[0040]S6、提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)
[0041]從配準(zhǔn)后的每一幀影像上，提取檢測(cè)標(biāo)志在新的參考影像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。提取的每一幀影像上的檢測(cè)標(biāo)志的新坐標(biāo)與影像編號(hào)對(duì)應(yīng)，并按照獲取的時(shí)間先后順序排列。
[0042]S7、計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線
[0043]根據(jù)攝像機(jī)焦距、CXD像元大小以及攝像機(jī)到檢測(cè)點(diǎn)之間的距離D，將像素坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為測(cè)量絕對(duì)值。選擇一幀影像作為參考影像，以該參考影像上提取的檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)，計(jì)算其余所有影像上檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)值與參考點(diǎn)的差值。計(jì)算出來的差值就是不同時(shí)間段檢測(cè)點(diǎn)上的振幅，相鄰振幅差值最大的地方就是雨棚震動(dòng)的最大值。
[0044]以每一幀影像獲取的時(shí)間作為X值，以計(jì)算出來的振動(dòng)值作為Y值，以開始處理的第一幀影像作為X軸“O”點(diǎn)，計(jì)算每一幀影像上標(biāo)志點(diǎn)在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并根據(jù)該坐標(biāo)，采用曲線三次樣條曲線擬合的方式，繪制雨棚振動(dòng)曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于:技術(shù)步驟包括檢測(cè)位置選擇(S1)、檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)(S2)、獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻(S3)、視頻分解(S4)、圖像配準(zhǔn)(S5)、提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)(S6)、計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線(S7)； 所述檢測(cè)位置選擇(S1),是在待檢測(cè)的雨棚上確定雨棚檢測(cè)點(diǎn)，然后選擇在地面對(duì)應(yīng)的檢測(cè)位置，檢測(cè)位置與雨棚檢測(cè)點(diǎn)之間的連線與水平面的夾角位于±45°之間； 所述檢測(cè)標(biāo)志布設(shè)(S2)，是將激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)雨棚上的檢測(cè)點(diǎn)，在檢測(cè)點(diǎn)上形成激光光斑直徑不大于2mm的清晰可見的檢測(cè)標(biāo)志； 所述獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻(S3),是利用檢測(cè)位置上設(shè)置的攝像機(jī)，對(duì)焦于雨棚檢測(cè)點(diǎn)激光光斑位置，錄制雨棚震動(dòng)期間視頻； 所述視頻分解(S4),是將獲取的視頻分解為一幀一幀的連續(xù)影像； 所述圖像配準(zhǔn)(S5)，是選擇一幀靜止拍攝的影像作為參考影像，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)將其與所有從視頻中分解出來的影像精確配準(zhǔn)，對(duì)配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行裁切和重采樣，所有影像像素值都?xì)w化到參考影像坐標(biāo)系中； 所述提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)(S6),是從配準(zhǔn)后的每一幀影像上，提取檢測(cè)標(biāo)志在新的參考影像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值； 所述計(jì)算雨棚振幅和繪制震動(dòng)曲線(S7)，是根據(jù)攝像機(jī)焦距、CCD像元大小以及攝像機(jī)到檢測(cè)點(diǎn)之間的距離D，將像素坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為測(cè)量絕對(duì)值；選擇第一幀影像作為參考影像，以該參考影像上提取的檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)作為參考坐標(biāo),計(jì)算其余所有影像上檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)值與參考點(diǎn)的差值。計(jì)算出來的差值就是不同時(shí)間段檢測(cè)點(diǎn)上的振幅，相鄰振幅最大差值就是雨棚震動(dòng)的最大值；根據(jù)每一幀影像獲取的時(shí)間和計(jì)算出來的振動(dòng)值，繪制出雨棚震動(dòng)曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，，其特征在于，所述的獲取雨棚震動(dòng)檢測(cè)視頻(S3)中不能夠，攝像機(jī)獲取影像的頻率不小于30幀/秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于，所述視頻分解(S4)中，分解后的每一幀影像具有唯一的編號(hào)，按照錄制視頻的時(shí)間先后順序編號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視頻和圖像配準(zhǔn)的高鐵車站雨棚震動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于，所述提取檢測(cè)標(biāo)志坐標(biāo)(S6)中，提取的每一幀影像上的檢測(cè)標(biāo)志的新坐標(biāo)與影像編號(hào)對(duì)應(yīng)，并按照獲取的時(shí)間先后順序排列。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104240250SQ201410471049
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】趙海, 高文峰, 徐大志, 許磊, 范登科, 李洪杰 申請(qǐng)人:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司