Development of the 3D Rail Profile Reconstruction Method Improving the Measurement Accuracy of Railway Abrasion

레일 마모도의 측정 정밀도 향상을 위한 3차원 레일 프로파일 재구성 기법 개발

The The contactless railway abrasion measurement system have to satisfy two conditions to increase the measurement accuracy as follows. The laser region projected on the rail have to be extracted without the geometrical distortion. The mapping of the acquired laser region data on the rail profile have to be matched with the cross section of rail, exactly. But, the conventional railway abrasion measurement system is required the post image processing with a camera model and a perspective transform for the exact mapping between the cross section of rail and the coordinate data extracted from a line laser region or the raw image obtained from a camera because the image captured from the camera has an oblique viewpoint. So, the measured rail profile data had limits to the measurement accuracy because of a discontinuity point. In this Paper, we propose the 3D rail profile reconstruction method to increase the accuracy of the railway abrasion measurement system applying the modified camera model and perspective transform to the image obtained from the bidirectional rail.

2차원 카메라와 라인 레이저를 이용한 비접촉식 레일 마모도 측정 시스템은 레일의 정확한 마모도 측정을 위하여 레일에 조사된 레이저 영역을 왜곡 없이 획득하고 이를 레일 단면과 정확하게 일치시켜야 한다. 그러나 일반적인 비접촉식 레일 마모도 측정 시스템의 카메라는 레일의 측면에서 비스듬하게 레일을 촬영하여 사선방향(Oblique Viewpoint)의 원시영상을 획득하는 방식을 취하기 때문에 카메라 모델(Camera Model)과 투시 변환(Perspective Transform)을 이용하여 카메라로부터 획득한 원시영상이나 영상으로부터 추출된 레이저 영역의 좌표 데이터를 레일의 단면과 일치시키기 위한 영상 후처리 작업을 수행하게 된다. 이때 라인 레이저가 조사된 지점에서 획득한 레일 프로파일 데이터는 전체 측정 구간에 대하여 일정한 간격으로 측정된 불연속 데이터의 특성을 가지므로 측정된 각 레일 프로파일 데이터 사이의 영역에서는 정확한 레일의 마모도를 측정할 수 없는 한계를 가진다. 본 논문에서는 레일의 양방향에서 획득한 영상에 대하여 3차원 레일 프로파일 생성을 위한 변형된 카메라 모델과 투시 변환을 적용함으로서 레일 마모도의 측정 정밀도를 향상하기 위한 3차원 레일 프로파일 재구성 기법을 제안하고자 한다. 제안된 3차원 레일 프로파일 재구성 기법을 통하여 전체 측정 구간내에 포함된 레일 마모도 측정 데이터의 불연속성을 효과적으로 제거하여 연속적인 측정면(Measurement Surface)을 생성함으로서 측정하고자 하는 전체 레일에 대한 향상된 측정 정밀도를 제공하고자 한다.