基于特征点位置校正的靶标位姿测量方法

针对图像式路基沉降监测系统中由于振动等因素导致靶标与相机发生偏转产生测量误差的问题,本文在设计监测系统靶面位姿测量系统的基础上提出了基于4特征点位置校正的位姿测量方法.首先介绍了图像式路基沉降监测方法的工作原理;然后根据实际情况设计了区别于传统特征点的4特征点靶面的位姿测量系统,并利用特殊特征点对靶面特征点进行位置校正;最后根据设计的4特征点靶面测量系统提出已知矩形4特征点边长的位姿求解方法.实验结果表明:本文方法比迭代法位姿解算后角度误差值更小,其位姿解算相对误差减小1.2%.当偏转角度小于2°时,本文方法位姿求解旋转角度误差小于0.09°,相对角度误差为1.003%.其时间和测量精度都能够达到监测系统要求,可以应用于监测系统中需要对相机和靶标进行实时标定的场景.

图像式无砟轨道沉降监测靶面相对位姿修正方法

图像式无砟轨道路基沉降监测系统中,列车运营过程中受振动等因素影响,靶面和相机的相对偏转会影响光斑中心定位结果的精度。因此,设计了一种监测靶面位姿测量系统,通过靶面位姿解算得到偏转角,实现对光斑中心定位结果的修正。首先,将单目视觉和监测靶面相结合,根据靶面二维特征点之间已知的几何约束关系建立摄像机的透视投影模型;然后,基于P5P问题,使用HOMO算法对靶面位姿进行线性求解,在此基础上通过非线性Levenberg-Marqurdt算法得到位姿优化解。系统可以进行实时的特征点图像处理和位姿解算。搭建了无砟轨道表面沉降监测中靶面位姿测量系统的实验平台,以高精度的三维精密旋转台为基准,将靶面竖直安装在三维精密仪上,通过控制三维精密仪的旋转角度获取靶面位姿测量的数据。实验结果表明:当分别绕X、Y和Z轴转动角度在[-5°,5°]时,位姿测量系统三个方向的均方根误差分别是0.048°,0.052°,0.056°,整个测量过程时间为0.9s,测量系统的时间和精度均满足图像式无砟轨道路基表面沉降监测系统的测量要求。