[發明專利]基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測方法及系統

有效

• 申請號: 201610232538.4
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105938554B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 尹輝;黃華;高亮;劉文才
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/68
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;段俊峰

本發明公開了基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測方法，該方法的步驟包括：實時獲取現場尖軌伸縮位移圖像S1；基于空間支撐的深度卷積神經網絡刻度尺定位方法，對刻度尺進行魯棒性全天候的檢測及定位S2；基于特征色度分量積分的刻度尺精確區域提取S3；結合特征色度分量積分與數字匹配，對尖軌伸縮位移進行判讀S4。本發明進一步公開了一種基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測系統。本方案適用于尖軌伸縮位移的實時監測，可以進一步推廣應用至如道岔心軌、鋼軌伸縮調節器基本軌等其他關鍵結構部件的位移檢測中，為保障鐵路的運營安全提供快速、準確、可靠的理論技術支持。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，特別是涉及一種基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測方法及系統。

背景技術

尖軌是道岔的關鍵部件之一，其服役狀態直接影響列車的行車安全。當氣溫發生劇變時，因熱脹冷縮，尖軌與基本軌間會產生明顯的伸縮位移。尖軌位移嚴重時可引起道岔卡阻，嚴重影響列車運行。因此，為了保證行車安全，必須實施對尖軌伸縮位移的實時監測，并嚴格管控其量值。

當前，尖軌伸縮位移一般是由布于尖軌側面的攝像機進行現場采集圖像，并通過網絡實時傳送至服務器，以實現非接觸式的監測。目前國內外對于尖軌伸縮位移圖像仍采用人工判讀的方法，由于人工判讀的眾多不確定因素，加之判讀耗費的大量時間，無法滿足實時監測及預警的現場需求，不利于行車安全保障。

在實際工程應用中，當前基于計算機視覺技術的圖像自動判讀大多用于儀表盤、標尺以及數字電氣表的讀數。在尖軌伸縮位移圖像中，包含鋼軌、尖軌及刻度尺等主要目標在尺度上不同目標的差異很大，且判讀目標刻度尺在整幅圖像中只占5％左右；同時，尖軌伸縮位移圖像為全天候戶外采集，采集的圖像受到復雜因素如光照、天氣、各類噪聲的影響較大，如日間采集為彩色圖像，夜間采集為黑白圖像。此外，受到戶外因素的影響，圖像傳感器可能會出現對焦錯誤及鏡頭傾斜的情況，從而導致圖像模糊及圖像錯誤。加之受采集設備成本的限制，圖像本身分辨率較低。因此，傳統的判讀方法難以實現尖軌伸縮位移圖像的判讀。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測方法及系統，以解決現有技術中由于人工判讀尖軌伸縮位移圖像導致無法滿足尖軌伸縮位移實時監測及預警的現場需求，以及受外界因素導致的圖像退化致使傳統的判讀方法無法準確對尖軌伸縮位移進行判讀的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：

基于圖像自動判讀的尖軌伸縮位移監測方法，該方法的步驟包括：

S1、實時獲取現場尖軌伸縮位移圖像；

S2、基于空間支撐的深度卷積神經網絡刻度尺定位方法，對刻度尺進行魯棒性全天候的檢測及定位；

S3、基于特征色度分量積分的刻度尺精確區域提取方法，對已定位的刻度尺區域進行精確提取；

S4、結合特征色度分量積分與數字匹配，對尖軌伸縮位移進行判讀。

優選地，所述步驟S1中實時獲取的現場尖軌伸縮位移圖像可以存儲在存儲設備當中，或上傳至服務器上，待后續設備調取使用。

優選地，所述步驟S2包括：

S21、基于獲取的尖軌伸縮位移圖像，構建用于訓練的尖軌伸縮位移圖像數據集；

S22、基于深度卷積神經網絡算法對數據集進行訓練學習，分別生成刻度尺區域及其空間支撐區域的檢測及定位模型，并構建基于空間支撐的刻度尺檢測及定位計算模型；

S23、基于空間支撐的刻度尺檢測及定位計算模型，對所述尖軌伸縮位移圖像中的刻度尺進行檢測及定位。

優選地，所述步驟S22包括：