[發明專利]一種基于數字圖像處理的鋼軌光帶異常自動檢測方法

有效

• 申請號: 201210047032.8
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN102628814A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 陳俊周;關大成;彭強
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N21/956
• 分類號: G01N21/956;G01B11/02;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及軌道平穩性能測量，尤其是高速鐵路鋼軌平穩性監測的采集鋼軌圖像并檢測其中鋼軌光帶是否發生異常的方法。

背景技術

隨著高速鐵路的發展，列車運行速度越來越快，對軌道平穩性的要求不斷提高。然而，受到鐵路修建、地理環境以及列車運行等因素的影響，軌道的平穩性難免會出現問題。由于軌道的平穩性會直接影響列車的運行安全，因此，對于軌道平穩性的檢測，事關廣大人民的生命財產安全。

一般對軌道平穩性的檢測是通過列車運行過程中留在鋼軌上的光帶進行判斷的。鋼軌光帶是指當列車車輪在鋼軌面滾動、滑動時，車輪輪緣與鋼軌間相互作用，在鋼軌上留下的亮痕。傳統的鋼軌光帶檢測是通過人工觀察的方式進行判斷的。由于高速列車在白天一直處于運行狀態，在夜間停運，因此只能通過在夜間無車通行的情況下，使用探測燈對鋼軌人工地逐一檢測。全國高速鐵路軌道在2012年將達到1.3萬公里，要在短時間內通過人工檢測的方法來判斷鋼軌光帶是否發生異常極為困難。同時，由于人在夜間處于疲勞狀態，加上光線等原因，容易對軌道平穩性的檢測產生漏檢和誤檢。這使得列車在高速運行時的安全難以得到有效保障。一種高效、自動、智能的鋼軌平穩性檢測方法成為必要。

在人工檢測的過程中，通常是觀察鋼軌頂面光帶是否有明顯的波紋、光帶的寬度是否增大或減小來判斷軌道是否平穩。在對鋼軌頂面光帶特征進行充分考慮，結合計算機視覺、數字圖像處理技術，可以有效地降低人力投入、減少檢測時間，并保障檢測的準確率。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明旨在提供一種利用計算機視覺、數字圖像處理技術分析相機拍攝的軌道圖片，并檢測其鋼軌光帶是否發生異常的方法，使之克服現有技術的以上不足，高效、自動、智能地完成檢測任務。

本發明的目的通過如下手段來實現。

1)一種基于數字圖像處理的鋼軌光帶異常自動檢測方法，采用數字圖像處理技術分析相機拍攝的軌道圖片并檢測其鋼軌光帶是否發生異常，其處理包含如下步驟：通過對大量正常鋼軌表面區域進行實際測量，用刻度尺測量光帶區域的寬度和兩側非光帶區域的寬度，根據統計的大量數據得到光帶區域的寬度閾值(寬度閾值為光帶區域與非光帶區域的比值)，然后根據方差計算每段鋼軌區域光帶邊緣的波動值，得到光帶區域的波紋閾值；

2)讀取拍攝的鋼軌圖片，使用邊緣檢測的方法，提取出鋼軌圖像中的邊緣紋理；

3)對步驟2得到的邊緣圖像進行濾波，降低圖像中的噪聲干擾；

4)若已知鋼軌在圖像當中的大致方向，則通過旋轉使得鋼軌在圖像中接近垂直，直接轉步驟6，否則，使用直線檢測的方法找到步驟3得到的邊緣紋理圖像中最長的直線，用其方向作為圖像中鋼軌的方向；

5)若步驟4得到的鋼軌方向接近垂直狀態，則直接轉步驟6，否則，對步驟3得到的邊緣紋理圖像進行旋轉，使得鋼軌方向接近垂直；

6)從左到右提取邊緣紋理圖像中接近垂直方向上的直線，合并在垂直方向上過于接近的平行線，然后通過直線的長度以及其在原圖對應區域的紋理特征、顏色特征，判斷該直線是否為鋼軌頂面兩側的邊緣線，若是，則保存直線參數，最終，獲得鋼軌頂面兩側的邊緣線。

7)提取邊緣紋理圖像中接近水平方向的直線，選取其中兩條最長且非近鄰的直線，作為圖像中垂直于軌道的參考線；

8)將提取出的鋼軌頂面兩側邊緣直線和接近水平方向的直線兩兩相交，得到四個交點；

9)將步驟8所得四個交點對應的四邊形映射為新的圖片中的一個矩形，該矩形的四個頂點分別與步驟8所得四個交點一一對應；

10)利用步驟8所得四個交點與步驟9矩形四頂點的對應關系，計算將四邊形轉換成矩形的轉換矩陣；

11)利用步驟10所得轉換矩陣將鋼軌圖像映射至步驟9所得新圖，新圖矩形兩條垂直方向邊之間區域為鋼軌表面區域；

12)利用鋼軌光帶及非光帶區域的顏色分布特征，結合閾值處理得到鋼軌區域的光帶區域和非光帶區域，提取鋼軌表面光帶區域與非光帶區域交界的邊緣線，利用預先統計的波紋閾值分析光帶是否存在波紋，如果存在波紋，則轉步驟14；

13)計算光帶區域在鋼軌表面所占寬度比例，利用預先統計的寬度閾值分析光帶區域是否過寬或過窄，如果光帶區域寬度正常，則提示正常，如果光帶區域寬度異常，則轉步驟14，轉步驟2；

14)記錄軌道表面異常，并記錄異常點的物理位置信息，發出異常提示信號。