[發(fā)明專利]鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的自動檢測方法

有效

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• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103500328B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周富強;鄒榮;邱亞飛;劉柳;魏振忠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62;G06T7/13
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的視覺圖像檢測方法，屬于鐵路檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為確保安全運營，故障檢測在交通領(lǐng)域扮演了一個主要角色。鐵路，航空，航海以及公路橋梁維護(hù)中存在著運用故障檢測的大量典型事例。由于交通領(lǐng)域責(zé)任重大，一旦重要設(shè)備出現(xiàn)故障，將引起人員和財產(chǎn)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(jìn)行故障檢測的研究。故障檢測已經(jīng)成為了當(dāng)今交通領(lǐng)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(xiàn)。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(biāo)的所有方面不會因檢測過程而發(fā)生損壞。在常用的故障檢測技術(shù)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(shù)的發(fā)展，視覺圖像檢測已逐漸成為無損檢測的最佳手段。

轉(zhuǎn)向架是鐵路貨車安全檢測的重點部件，因為轉(zhuǎn)向架的狀態(tài)，特別是轉(zhuǎn)向架中交叉支撐裝置的狀態(tài)是否良好，將直接影響到鐵路車輛的安全運行。而在鐵路貨車行駛時，在頻繁震動的工況條件下，交叉桿端部螺栓往往會發(fā)生松動，其外在表現(xiàn)為鎖緊板發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如果不及時檢測出這種故障并加以維修，會進(jìn)一步造成螺栓的脫落和斷裂，從而導(dǎo)致重大行車事故的發(fā)生。

通常國內(nèi)鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的檢測主要由人工進(jìn)行，這種檢測方式費時費力且維護(hù)成本高。由于鐵路貨車在行進(jìn)過程中長期的顛簸震動，常造成鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的發(fā)生，是一類多發(fā)且較為嚴(yán)重的故障。對鐵路部門來說，需要采用能有效保持維護(hù)成本的最小化方式來進(jìn)行這種故障的檢測。鑒于以上問題，該鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的自動檢測方法應(yīng)運而生以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有鐵路故障檢測方式存在的不足，提供一種鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)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(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明對軌邊固定高速攝像機所采集的鎖緊板部位圖像，采用無故障目標(biāo)自動識別模式來實現(xiàn)鐵路貨車鎖緊板偏轉(zhuǎn)故障的自動識別，其特征在于：1）基于鎖緊板的近直線段輪廓，采用直線段特征描述；2）為實現(xiàn)對偏轉(zhuǎn)角度的估計，在直線段特征基礎(chǔ)上對直線段的方向進(jìn)行方向編碼，方向編碼的間隔為鎖緊板最大正常偏轉(zhuǎn)角度；3）利用有向Chamfer匹配實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)范圍估計，并判定出無偏轉(zhuǎn)故障的鎖緊板圖像，從而分離出有偏轉(zhuǎn)故障的鎖緊板圖像。

按上述方案，所述的無故障目標(biāo)自動識別模式是指對所采集的鎖緊板部位圖像，從中識別出那些無偏轉(zhuǎn)故障的鎖緊板圖像，以實現(xiàn)故障圖像和無故障圖像的分離。

所述的直線段特征描述是指：對所采集的鎖緊板圖像，采用一種快速直線段檢測算法。可在線性計算時間內(nèi)提供無虛假檢測的直線段特征，并能在雜亂的背景下給出整潔的直線段特征圖像，十分接近人類感官描述。

所述的對直線段的方向進(jìn)行方向編碼是指：根據(jù)直線段特征輸出列表中的直線段的方向角，對方向角進(jìn)行量化從而獲得方向編碼。更具體地，在180°范圍內(nèi)依據(jù)鎖緊板最大正常偏轉(zhuǎn)角度為間隔進(jìn)行量化，生成方向編碼圖。

所述的有向Chamfer匹配是指：在對直線段特征進(jìn)行匹配時，采用Chamfer匹配方法。即在距離變換圖像基礎(chǔ)上，通過計算鎖緊板特征模板覆蓋下距離變換圖像中的各像素值總和的均值來衡量匹配的優(yōu)劣程度。但由于基本Chamfer匹配不能很好地勝任復(fù)雜場景下的圖像匹配任務(wù)，因此在匹配中加入方向因素。

本發(fā)明的原理是，考慮到鎖緊板所具有的近直線段輪廓，采用直線段特征描述方式，相對于邊緣點特征，直線段特征可看作點特征的稀疏表示，有效減小了對內(nèi)存的需求。為實現(xiàn)對偏轉(zhuǎn)角度的估計，在直線段特征基礎(chǔ)上對直線段的方向進(jìn)行方向編碼，并使方向編碼的間隔為鎖緊板最大正常偏轉(zhuǎn)角度。利用有向Chamfer匹配實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)范圍估計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用的特征簡單，不受目標(biāo)位置、表面紋理變化影響，具有很強的魯棒性和抗噪聲能力，在復(fù)雜場景下可準(zhǔn)確估計偏轉(zhuǎn)角度范圍并定位出無故障的鎖緊板位置，整個過程僅需一個模板，保證了故障識別的效率，為貨車故障圖像識別的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工作流程圖。

圖2是直線段特征生成示意圖。

圖3是方向編碼生成示意圖。

圖4是鎖緊板無故障檢測結(jié)果圖。

具體實施方式