[發明專利]鐵路貨車手制動機鏈條丟失故障的自動檢測方法

有效

• 申請號: 201310484576.5
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103499584A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 周富強;鄒榮;邱亞飛;劉柳;魏振忠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/89;G06T9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種鐵路貨車手制動機鏈條丟失故障的視覺圖像檢測方法，屬于鐵路檢測領域。?

背景技術

為確保安全運營，故障檢測在交通領域扮演了一個主要角色。鐵路，航空，航海以及公路橋梁維護中存在著運用故障檢測的大量典型事例。由于交通領域責任重大，一旦重要設備出現故障，將引起人員和財產的巨大損失，因此世界上許多國家都投入了大量的人力、物力和財力進行故障檢測的研究。故障檢測已經成為了當今交通領域的研究熱點之一。?

故障檢測通常采用無損檢測手段來實現。無損檢測是包含各種手段和方法的非常寬泛的名稱，其根本原則是所檢測目標的所有方面不會因檢測過程而發生損壞。在常用的故障檢測技術中，圖像信息是一類重要的故障信息形式，隨著計算機視覺技術的發展，視覺圖像檢測已逐漸成為無損檢測的最佳手段。?

目前，我國現行鐵路貨車上都裝配有鏈條式手制動機，而鏈條是手制動機這種制動系統中的一個重要部件，由于貨車運行過程中的振動以及溫差變化等外界因素的影響，往往導致手制動機鏈條發生脫落，從而對鐵路貨車的行車安全造成重大隱患。如果不及時檢測出這種故障并加以維修，會導致重大行車事故的發生。?

通常國內鐵路貨車手制動機鏈條丟失故障的檢測主要由人工進行，這種檢測方式費時費力且維護成本高。由于鐵路貨車在行進過程中長期的顛簸震動，常造成手制動機鏈條丟失故障的發生，是一類多發且較為嚴重的故障。對鐵路部門來說，需要采用能有效保持維護成本的最小化方式來進行這種故障的檢測。?鑒于以上問題，該鐵路貨車手制動機鏈條丟失故障的自動檢測方法應運而生以解決上述問題。?

發明內容

本發明針對現有鐵路故障檢測方式存在的不足，提供一種鐵路貨車手制動機鏈條丟失故障的自動檢測方法，既可降低鐵路貨車故障檢測的成本，又提高了鐵路貨車故障檢測的效率，為鐵路提速提供了可靠的安全保障。?

本發明是通過以下技術方案實現的，其特征在于：1）對固定高速攝像機所采集的手制動機鏈條部位圖像，基于圖像場景分類思想，將手制動機鏈條丟失故障檢測問題轉化為多類場景分類問題；2）通過提取一種新穎的中心變換編碼塊特征，采用編碼匯聚方式學習生成的中等層次特征；3）在空間金字塔算法框架下采用線性支持向量機實現手制動機鏈條丟失故障的檢測。?

按上述方案，所述的將手制動機鏈條丟失故障檢測問題轉化為多類場景分類問題是指一幅完整的手制動機鏈條圖像首先被分割為上部區域和下部區域，并對這兩個區域分別進行檢測，鏈條所在區域所對應的狀態會有很高的置信度，而非鏈條區域則獲得較低的置信度。通過置信度大小最終判別手制動機鏈條所在位置和狀態。?

所述的中心變換編碼塊特征是指：在獲取中心矩形塊的平均灰度和其相鄰的9個矩形塊的平均灰度后，利用中心變換方式編碼這些矩形區域，以形成與Haar特征相類似的矩形塊特征，但中心變換編碼塊特征能捕捉更多的圖像結構信息。?

所述的編碼匯聚方式是指：編碼是輸入數據和已有同維向量的點積或距離計算過程。這種事先提供的向量即為通常所說的基函數，其可以是模板、濾波器組、視覺字典等等。匯聚本質上也是一種特殊形式的編碼，通過計算鄰域附?近的無序統計量，并去除樣本中的那些非本質的東西，最終形成半局部的中等層次特征。?

所述的中等層次特征是指：通過學習方法將低層次特征轉變為更高層次特征，從而獲得更多更有用的細節信息。這些特征建立在低層次特征基礎上，盡管類似于圖像層面的信息，但并沒有試圖形成高層次的、結構化的圖像描述（，因此被稱為中等層次特征。中等特征僅提取了對后續分類有用的低層次像素信息，對那些無關信號和噪聲很魯棒，為基于像素信息的低層次特征和高層次語義特征之間建立了一座橋梁。?

所述的空間金字塔是指：參考Svetlana?Lazebnik等人于2006年在《IEEE?Computer?Society?Conference?on?Computer?Vision?and?Pattern?Recognition》（國際電子電氣工程師協會計算機學會計算機視覺與模式識別會議）論文集第2卷2169頁至2178頁上發表的論文“Beyond?bags?of?features:Spatial?pyramid?matching?for?recognizing?natural?scene?categories”（超越特性袋：利用空間金字塔匹配識別自然場景類別），并采用其提出的空間金字塔算法框架來實現手制動機鏈條丟失故障的檢測。?