伍川輝，鄧 越，于 濤，陳國(guó)俊，李恒奎

(1.西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031; 2.軌道交通運(yùn)維技術(shù)與裝備四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031;3.青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266031)

0 引 言

隨著城軌交通的快速發(fā)展，高速列車已經(jīng)成為了人們出行和解決交通阻塞的首選方式。而受電弓作為高速列車的關(guān)鍵電氣設(shè)備，它的狀態(tài)直接影響高速列車的行車安全。受電弓滑板直接與接觸線進(jìn)行滑動(dòng)接觸，在運(yùn)行過(guò)程中可能因?yàn)榛迥ズ摹⒒辶鸭y和中心線偏移等引起安全事故。因此，需要對(duì)受電弓滑板進(jìn)行全面檢測(cè)以確保行車的安全[1]。

目前，針對(duì)受電弓的檢測(cè)方法主要有人工檢測(cè)、圖像檢測(cè)、激光檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等方法。而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)具有精度高、響應(yīng)速度快、分辨率高、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，愈發(fā)成為各行各業(yè)主要檢測(cè)技術(shù)手段。通過(guò)視覺傳感器對(duì)受電弓弓頂輪廓進(jìn)行掃描，可以快速獲取受電弓表面輪廓，準(zhǔn)確掌握受電弓質(zhì)量狀態(tài)。但是由于受電弓橫向尺度大，使用單一的視覺傳感器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度的受電弓的快速測(cè)量。因此，本實(shí)驗(yàn)使用到了多組視覺傳感器，并構(gòu)建了多視覺傳感器測(cè)量系統(tǒng)。多視覺傳感器可以融合單個(gè)視覺傳感器的視覺信息，并通過(guò)每個(gè)視覺傳感器的空間偏移位置得到受電弓在具體現(xiàn)實(shí)三維坐標(biāo)下的輪廓和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓的磨測(cè)量[2]。但使用多視覺傳感器帶來(lái)了在對(duì)受電弓進(jìn)行掃描時(shí)如何把多個(gè)單一視覺傳感器統(tǒng)一在相同的空間坐標(biāo)系下的問題，從而完成受電弓的三維重建和尺寸測(cè)量。

在國(guó)外，主要是通過(guò)增加輔助設(shè)備來(lái)完成多組攝像機(jī)的標(biāo)定。常見的輔助設(shè)備有輔助靶標(biāo)、激光跟蹤儀、平面鏡、全站儀等，并已知輔助設(shè)備外部參數(shù)通過(guò)增加約束條件來(lái)構(gòu)建方程組，實(shí)現(xiàn)多視覺傳感器組合標(biāo)定[3-5]。胡浩[6]等設(shè)計(jì)了一種十字架形的標(biāo)定靶，并在靶標(biāo)兩表面分別貼有環(huán)形編碼標(biāo)志點(diǎn)和圓形非編碼標(biāo)志點(diǎn)，并將十字架置于公共視野范圍內(nèi)并擺出各種同步拍攝姿態(tài)，然后對(duì)采集的圖像進(jìn)行標(biāo)定運(yùn)算，在大視場(chǎng)多攝像機(jī)的場(chǎng)景下有很高的精度和效率。高金剛[7]在雙目標(biāo)定的立體視覺下，把激光跟蹤儀和靶球進(jìn)行組合，把各個(gè)視覺傳感器單元統(tǒng)一到激光跟蹤儀所建立的世界坐標(biāo)系中，從而達(dá)到了對(duì)大尺寸檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定。魯亞楠[8]等提出了使用輔助轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定法，將待標(biāo)定系統(tǒng)固定到轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)并記錄旋轉(zhuǎn)角度，然后結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)位置關(guān)系求解出各相機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系，這種方法適合無(wú)公共視場(chǎng)的場(chǎng)景，但是轉(zhuǎn)臺(tái)制作成本高，不便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。潘華偉[9]等對(duì)于環(huán)繞多攝像機(jī)系統(tǒng)使用ICP和VR算法相結(jié)合的思想，通過(guò)在相鄰相機(jī)視野中自由移動(dòng)二維平面模板并計(jì)算相鄰相機(jī)的位置關(guān)系，最后將所有相機(jī)統(tǒng)一到同一個(gè)世界坐標(biāo)系。但存在計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、需要多次迭代的缺點(diǎn)。

綜上所述，當(dāng)前的多視覺傳感器組合標(biāo)定存在著一定的問題，如輔助靶標(biāo)昂貴、計(jì)算精度低、計(jì)算速度慢、算法復(fù)雜等。因此，本文的主要工作內(nèi)容為：提出了一種二維靶標(biāo)和三維靶標(biāo)組合標(biāo)定的標(biāo)定方法，通過(guò)對(duì)交叉視角的多視覺傳感器進(jìn)行標(biāo)定，并進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果表明該標(biāo)定方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 受電弓磨耗檢測(cè)系統(tǒng)

由于受電弓的橫向尺寸大，導(dǎo)致了單臺(tái)視覺傳感器的測(cè)量范圍無(wú)法完全覆蓋弓體，因此采用三臺(tái)視覺傳感器對(duì)受電弓進(jìn)行輪廓測(cè)量，該設(shè)備具有實(shí)時(shí)性高、準(zhǔn)確性高、測(cè)量精度高、易于操作和不易受外界環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)，其布局圖如圖1(a)所示。單個(gè)視覺傳感器是由一個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)線結(jié)構(gòu)光源組成，其模型圖見圖1(b)，當(dāng)受電弓經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)光電開關(guān)，該視覺傳感器從2口發(fā)射線結(jié)構(gòu)光，而線結(jié)構(gòu)光與受電弓表面相交處會(huì)形成一條特征曲線，這個(gè)特征曲線是光條紋調(diào)制曲線，會(huì)攜帶物體表面的幾何特征。然后通過(guò)與激光器成一定角度的攝像機(jī)1進(jìn)行拍攝激光條圖像，并輸出到計(jì)算機(jī)圖像處理設(shè)備，就可對(duì)滑板輪廓光條的中心特征點(diǎn)進(jìn)行提取，然后通過(guò)PC端對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、精簡(jiǎn)、聚類等后序的一系列處理，重建受電弓滑板的三維模型圖，從而完成對(duì)受電弓滑板磨耗測(cè)量。

圖1 磨耗測(cè)量系統(tǒng)和視覺傳感器模型

因?yàn)槊颗_(tái)視覺傳感器只能測(cè)量受電弓的部分輪廓，要想還原整個(gè)的弓體輪廓，必須將三臺(tái)單視覺傳感器轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，并在同一坐標(biāo)系下建立全局測(cè)量模型。因此，當(dāng)列車入庫(kù)時(shí)，只需要使用三臺(tái)視覺傳感器采集受電弓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用全局測(cè)量模型對(duì)受電弓輪廓圖像進(jìn)行投影變換和坐標(biāo)變換，這樣即可還原出受電弓的形狀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓的磨耗測(cè)量。因此本文主要重點(diǎn)是對(duì)受電弓三維重建過(guò)程中建立全局測(cè)量模型的研究。

2 多視覺傳感器系統(tǒng)組合標(biāo)定方法

要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量模型的求解就必須要掌握常見的坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換。常見的坐標(biāo)系有像素坐標(biāo)系、圖像平面坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系，四個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

圖2 常見坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系

在受電弓輪廓檢測(cè)系統(tǒng)中，多視覺傳感器的標(biāo)定過(guò)程即為建立數(shù)學(xué)模型并求解系統(tǒng)參數(shù)過(guò)程。其關(guān)鍵在于建立世界坐標(biāo)系和二維圖像平面坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及各個(gè)視覺傳感器的位姿關(guān)系[10-11]。因此標(biāo)定過(guò)程可分為：相機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定、結(jié)構(gòu)光平面方程參數(shù)標(biāo)定和攝像機(jī)外部參數(shù)標(biāo)定。相機(jī)內(nèi)部參數(shù)指的是相機(jī)基本參數(shù)，每臺(tái)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)是固定的，它不隨安裝位置的變化而變化；而攝像機(jī)外部參數(shù)隨著相機(jī)之間的安裝位置變化；結(jié)構(gòu)光平面是指所擬合激光平面的方程參數(shù)。具體的待標(biāo)定矩陣如表1所示。

表1 預(yù)測(cè)模型初始參數(shù)設(shè)置

受電弓滑板輪廓檢測(cè)系統(tǒng)視覺傳感器的標(biāo)定示意圖如圖3所示，3臺(tái)視覺傳感器安裝在統(tǒng)一的橫梁上。要實(shí)現(xiàn)對(duì)三臺(tái)攝像機(jī)拍攝的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云重構(gòu)，需要對(duì)三臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行高精度的組合標(biāo)定。其中，攝像機(jī)1和2有公共視野，攝像機(jī)2和攝像機(jī)3有公共視野，因此可以把2攝像機(jī)作為全局?jǐn)z像機(jī)，攝像機(jī)2的坐標(biāo)系oc2xc2yc2zc2為全局坐標(biāo)系，其他位置都置于該全局坐標(biāo)系下。假設(shè)攝像機(jī)1坐標(biāo)系oc1xc1yc1zc1到全局坐標(biāo)系oc2xc2yc2zc2之間的剛體變換矩陣為，攝像機(jī)3坐標(biāo)系oc3xc3yc3zc3與全局坐標(biāo)系oc2xc2yc2zc2的外部參數(shù)為。

圖3 多視覺傳感磨耗測(cè)量系統(tǒng)（單位:mm）

2.1 攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定

攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程實(shí)質(zhì)上是求解空間坐標(biāo)系到攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系的變換矩陣的過(guò)程。單個(gè)相機(jī)作為多視覺傳感器的基本單元，其內(nèi)參的標(biāo)定直接影響著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度。

攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定原理圖如圖4所示。圖中有四大坐標(biāo)系，分別是世界坐標(biāo)系：OwXwYwZw，相機(jī)坐標(biāo)系：OcXcYcZc，圖像坐標(biāo)系：OuXuYuZu，像素坐標(biāo)系：Ouv。世界坐標(biāo)系向攝像機(jī)坐標(biāo)系的變換是剛體變換，攝像機(jī)坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的變換是投影變換，圖像坐標(biāo)系到像素坐標(biāo)系的變換為物理尺度變換下的二次變換。

圖4 攝像機(jī)標(biāo)定示意圖

假設(shè)在理想的線性模型中，世界坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)為P(Xw,Yw,Zw)，在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P(Xc,Yc,Zc)，在二維圖像里的坐標(biāo)為P(x,y)，像素坐標(biāo)為P(u,v)。在線性模型下，有如下的計(jì)算公式：

式中：s——比例伸縮因子；

M1——投影變換矩陣；

M2——旋轉(zhuǎn)平移矩陣。

通過(guò)上式可以看出，待測(cè)量的Xw，Yw，Zw的坐標(biāo)可以通過(guò)剛體變換矩陣，然后再通過(guò)投影矩陣轉(zhuǎn)換到圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

但是上面求坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際位置只是理想的數(shù)學(xué)模型，由于鏡頭會(huì)產(chǎn)生微小的畸變和變形，所以，使用小孔成像原理得到的線性模型會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。我國(guó)對(duì)于相機(jī)畸變的研究相對(duì)較少，對(duì)于大視場(chǎng)區(qū)域，李佳螢等[12]通過(guò)相機(jī)主點(diǎn)為中心并按距離加權(quán)原則將相機(jī)視場(chǎng)分為若干區(qū)域，通過(guò)多組共線四點(diǎn)坐標(biāo)建立交比畸變不變性畸變系數(shù)求解模型，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)域相機(jī)畸變矯正。而本實(shí)驗(yàn)使用三組攝像機(jī)對(duì)整弓進(jìn)行拍攝，每臺(tái)相機(jī)視場(chǎng)區(qū)域相對(duì)較小，因此只需要引入各個(gè)非線性的畸變修正系數(shù)，建立攝像機(jī)的非線性模型：

式中：r——圖像任意點(diǎn)到圖像平面主點(diǎn)距離r2=x2+y2；

xcorrected、ycorrected——畸變后的實(shí)際圖像坐標(biāo)；

k1、k2、k3——徑向畸變系數(shù)；

p1、p2——切向畸變系數(shù)。

在至少3個(gè)不同方向獲取二維靶標(biāo)圖像，即可求出攝像機(jī)內(nèi)參M和旋轉(zhuǎn)平移矩陣。再將式(2)得到的實(shí)際圖像坐標(biāo)進(jìn)行二次變換得到像素坐標(biāo)，然后結(jié)合世界坐標(biāo)系下的點(diǎn)在左右視覺傳感器投影點(diǎn)公式即可求出該點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置，最后將得到的世界坐標(biāo)代入式(1)即可求得攝像機(jī)非線性模型表達(dá)式。

2.2 結(jié)構(gòu)光平面方程參數(shù)標(biāo)定

本系統(tǒng)所使用的是用相機(jī)拍攝激光斷面，從而獲取受電弓滑板表面的輪廓數(shù)據(jù)。因此除了對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定外，還需要對(duì)線結(jié)構(gòu)光的激光平面進(jìn)行標(biāo)定。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于線結(jié)構(gòu)光的標(biāo)定方法有很多，比如：拉絲法、交比不變法、鋸齒靶法和基于平面的點(diǎn)陣靶標(biāo)法[13]?？紤]到立體靶標(biāo)的制作成本高，因此使用二維棋盤并基于交比不變法對(duì)線結(jié)構(gòu)光平面標(biāo)定。其原理圖如圖5所示。

圖5 結(jié)構(gòu)光平面標(biāo)定原理圖

如圖，Ai、Bi、Ci3個(gè)點(diǎn)共處于L2直線上，線結(jié)構(gòu)光平面投射到靶標(biāo)上的直線為L(zhǎng)1，與L2交于點(diǎn)Qi。在二維靶標(biāo)一角上建立局部世界坐標(biāo)系，則可以得到Ai、Bi、Ci坐標(biāo)，并且可以通過(guò)坐標(biāo)變換得到對(duì)應(yīng)的圖像平面上的坐標(biāo)ai、bi、ci和L1和L2交點(diǎn)的圖像坐標(biāo)qi。通過(guò)交變比不變?cè)砜芍我?個(gè)共線點(diǎn)在二維平面標(biāo)定板上的交比等于在圖像平面的投影點(diǎn)的交比，由此可得：

根據(jù)公式(3)，可以獲得光平面與二維靶標(biāo)相交輪廓線上的特征點(diǎn)Qi的局部世界坐標(biāo)。要獲得多個(gè)標(biāo)定特征點(diǎn)，只需要在線結(jié)構(gòu)光范圍內(nèi)移動(dòng)二維靶標(biāo)即可，但求出的特征點(diǎn)是二維靶標(biāo)坐標(biāo)系下的特征點(diǎn)，因此需要把特征點(diǎn)轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系進(jìn)行后續(xù)求解。

假設(shè)Qi在局部世界坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)矩陣為Qi=[XiYiZi1]T，在相機(jī)坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)矩陣為Qc=[XcYcZc1]T，由2.1可得到特征點(diǎn)Qi在相機(jī)坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)矩陣：

理論上，獲取線結(jié)構(gòu)平面上三個(gè)不共線的三個(gè)特征點(diǎn)就可確定一個(gè)空間平面，設(shè)線結(jié)構(gòu)光在相機(jī)坐標(biāo)系下的方程表示為：acxc+bcyc+cczc+dc=0，然后將所求的m個(gè)特征點(diǎn)帶入該方程，并以特征點(diǎn)到該平面的歐氏距離的平方和為目標(biāo)函數(shù)，即：

式中：ac,bc,cc,dc——線結(jié)構(gòu)光平面方程系數(shù)；

di——點(diǎn)到該平面的距離。

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，使特征點(diǎn)到擬合平面的歐氏距離平方和最小，得到線結(jié)構(gòu)光平面方程參數(shù)，求得攝像機(jī)坐標(biāo)系下的線結(jié)構(gòu)光平面方程。

2.3 攝像機(jī)外部參數(shù)標(biāo)定

前面兩節(jié)已經(jīng)完成對(duì)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)、線結(jié)構(gòu)光平面的標(biāo)定，這樣就完成了單臺(tái)攝像機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定。接下來(lái)需要對(duì)受電弓磨耗測(cè)量系統(tǒng)多視覺傳感器進(jìn)行外部參數(shù)標(biāo)定，即確定每臺(tái)視覺傳感器的位姿關(guān)系。多視覺傳感器的標(biāo)定示意圖如圖6所示。

圖6 多視覺傳感器標(biāo)定示意圖

三臺(tái)視覺傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，使用公共視場(chǎng)下的每個(gè)三維靶標(biāo)的最高臺(tái)階進(jìn)行標(biāo)定，在相鄰攝像機(jī)視角下分別獲得了激光光條圖像，得到的圖像是各個(gè)攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，因此，需要通過(guò)攝像機(jī)相互映射關(guān)系來(lái)分別計(jì)算左右攝像機(jī)到全局坐標(biāo)系下的空間位姿變換矩陣，得到相鄰攝像機(jī)之間的相對(duì)位置。攝像機(jī)針孔關(guān)系模型：

由于兩個(gè)空間坐標(biāo)系可以通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣和一個(gè)平移矩陣進(jìn)行空間變換，假設(shè)在三維空間有一個(gè)點(diǎn)P(Xw,Yw,Zw)在視覺傳感器1和2的視角下坐標(biāo)分別為Pc1(xc1,yc1,zc1)、Pc2(xc2,yc2,zc2)，已知世界坐標(biāo)系變換到兩個(gè)相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣分別為R1和R2及平移向量t1和t2，得到下面關(guān)系：

整理可得下式:

從相機(jī)1的坐標(biāo)系變換得到相機(jī)2坐標(biāo)系方程為：

由此可知，從相機(jī)1到相機(jī)2的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量分別為：

式中：R——旋轉(zhuǎn)矩陣；

T——平移向量。

兩個(gè)矩陣構(gòu)成了兩坐標(biāo)系的剛體變換，為使下式的目標(biāo)函數(shù)得到最小的、，求得兩坐標(biāo)系變換矩陣后用下面式子進(jìn)行優(yōu)化：

3 實(shí) 驗(yàn)

受電弓磨耗測(cè)量系統(tǒng)是由3臺(tái)CCD攝像機(jī)和3臺(tái)線結(jié)構(gòu)光源組成。首先需要對(duì)每臺(tái)視覺傳感器內(nèi)參進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定實(shí)物圖見圖7（a）。采用了5 mm×5 mm的高精度棋盤靶標(biāo)，并把視覺傳感器激光光條遮擋，攝像機(jī)從不同方向拍攝平面棋盤格靶標(biāo)，獲取多組標(biāo)定圖像。拍攝過(guò)程中需要保證靶標(biāo)平面能在相機(jī)視野內(nèi)能清晰成像，標(biāo)定結(jié)果見表2。

表2 受電弓滑板磨耗系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)pixel

圖7 受電弓磨耗檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定圖像

當(dāng)完成對(duì)攝像機(jī)內(nèi)參標(biāo)定進(jìn)行后，即可對(duì)線結(jié)構(gòu)光平面進(jìn)行標(biāo)定，使用一套相機(jī)并開啟線結(jié)構(gòu)光光源，標(biāo)定圖如圖7（b）所示，并在攝像機(jī)視角范圍內(nèi)拍攝9組激光光條圖像。借助激光光條的亞像素提取方法，提取光條中心線以獲得特征點(diǎn)，再結(jié)合2.2節(jié)激光平面方程標(biāo)定方法，計(jì)算激光平面系數(shù)，標(biāo)定結(jié)果如下：

當(dāng)完成對(duì)攝像機(jī)內(nèi)參和激光平面標(biāo)定后，通過(guò)2.3節(jié)方法，求得相鄰攝像機(jī)外部參數(shù)。相鄰攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)如表3所示。

表3 攝像機(jī)外部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果

當(dāng)完成對(duì)受電弓滑板磨耗檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定后，將該系統(tǒng)安裝在檢測(cè)架上，并通過(guò)測(cè)量三維靶標(biāo)特征點(diǎn)之間的間距進(jìn)行驗(yàn)證。首先將三維靶標(biāo)放在測(cè)量平臺(tái)上，在傳感器測(cè)量視角下移動(dòng)任意位置。通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量不同位置下邊緣特征點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算靶標(biāo)臺(tái)階在XYZ三個(gè)方向的邊長(zhǎng)，即各個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)寬高，并與靶標(biāo)的長(zhǎng)寬高的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)判斷檢測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性并計(jì)算絕對(duì)誤差。每個(gè)階梯的水平截面都是 30 mm×30 mm的正方形，垂直方向的尺寸分別為30 mm、15 mm、5 mm，具體尺寸如圖8所示。通過(guò)線結(jié)構(gòu)光源對(duì)該凸臺(tái)靶標(biāo)XYZ三個(gè)方向進(jìn)行掃描，測(cè)量3個(gè)臺(tái)階XYZ方向的尺寸數(shù)據(jù)，并且測(cè)量3次，避免隨機(jī)偶然誤差，測(cè)量結(jié)果見表4，發(fā)現(xiàn)該凸臺(tái)橫向、縱向和垂直方向的測(cè)量誤差均控制在0.5 mm以內(nèi)，滿足受電弓磨耗測(cè)量系統(tǒng)的要求。

表4 測(cè)量距離與真實(shí)距離誤差對(duì)比mm

圖8 受電弓磨耗檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定圖像（單位：mm）

當(dāng)完成對(duì)受電弓磨耗系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定后，得到受電弓表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后通過(guò)一系列的點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波、點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合拼接等過(guò)程，構(gòu)建出完整的受電弓滑板的點(diǎn)云圖，如圖9所示，從而驗(yàn)證出該碳滑板磨耗測(cè)量系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

圖9 滑板輪廓重建（單位：mm）

4 結(jié)束語(yǔ)

1）本文針對(duì)受電弓碳滑板磨耗測(cè)量問題，使用二維靶標(biāo)和三維靶標(biāo)相結(jié)合的標(biāo)定方式，提出了對(duì)多視覺傳感器組合測(cè)量的測(cè)量方案。

2）本文詳細(xì)推導(dǎo)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)、線結(jié)構(gòu)光平面方程、攝像機(jī)外部參數(shù)的計(jì)算方法，建立了多視覺傳感器的全局測(cè)量模型，解決了受電弓滑板磨耗測(cè)量中多視覺傳感器全局標(biāo)定問題。

3）基于線結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)，使用該測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量三維凸臺(tái)靶標(biāo)尺寸和真實(shí)尺寸進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明了該標(biāo)定方法切實(shí)可行。

4）使用該系統(tǒng)得到了受電弓滑板表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集，并經(jīng)過(guò)后序處理成功對(duì)滑板輪廓進(jìn)行了重構(gòu)，并得到了滑板磨耗數(shù)據(jù)。