[發明專利]一種高速鐵路落石實時檢測方法

有效

• 申請號: 202110226904.6
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112949484B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 厲小潤;張楠;王森榮;季文獻;林超;王建軍;梅琴;鄢祖建;王晶;孫立
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G06V20/52
• 分類號: G06V20/52;G06V10/25;G06T5/00;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/41;G06T7/90;G06N20/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種基于聚合通道特征和紋理特征的高速鐵路落石實時檢測方法，屬于圖像目標檢測領域。采集無落石的樣本圖像并進行圖像預處理，建立初始背景模型；利用建立好的背景模型，確定檢測區域，提取圖像中的聚合通道特征；基于背景減差法，得到二值化圖像作為初步檢測結果；引入HSV顏色空間，基于紋理特征去除二值化圖像中的虛景，將去除虛景后的二值化圖像作為當前時刻的落石檢測結果，并在當前圖像中標出檢測結果；更新背景模型。本發明可從RGB圖像中快速劃分鐵軌區域，無需利用先驗信息，也無需進行大量特征匹配計算，同時利用聚合通道特征和紋理特征，有效解決因光照等室外因素帶來的干擾，同時可以有效檢測出高速鐵路上的落石。

技術領域

本發明屬于圖像目標檢測領域，更具體地，涉及一種基于聚合通道特征和紋理特征的高速鐵路落石實時檢測方法。

背景技術

鐵路沿線地質條件復雜多變，軌道結構還面臨滑坡、崩塌、泥石流、地震等多種自然災害導致的異物入侵風險，每年因此導致鐵路事故頻發，對鐵路運輸安全構成極大安全隱患。因此，軌道結構安全監測問題已成為亟待解決的關鍵問題。

目前，雖然我國鐵路軌道結構防外物入侵建設和運營具有多年工程實踐經驗，在軌道結構外物入侵報警與視頻監控領域也積累了一定的理論研究成果，但針對高速鐵路軌道結構防外物入侵安全防護面臨的長距離、大范圍、全天候、復雜環境條件下的可靠預警與安全運行的挑戰，如何提升預警性能和應急保障機制，提前化解各類潛在安全事故，尚未形成一套成熟的理論指導體系，相關基礎研究仍滯后于工程，制約了高速鐵路的健康可持續發展。因此，系統深入地研究一套鐵路軌道結構安全防護監控預警與識別理論方法及技術手段，確保列車可靠高效運行，具有十分迫切的現實意義。

基于視頻圖像下的高速鐵路異物檢測技術，主要檢測目標為落石，鐵路作業工具等影響列車安全運行的物體。由于監控視頻圖像覆蓋范圍大，圖像中會同時具備鐵軌區域和非鐵軌區域，且落石、鐵路作業工具等目標在圖像中所占據的圖像區間較小，甚至肉眼難以分辨。故基于視頻圖像的落石、鐵路作業工具檢測需要先定位鐵軌監測區域，再基于定位的鐵軌區域對目標進行檢測。

以高速鐵路軌道為背景的檢測場景，其主要特點為存在復雜的室外因素影響，鐵軌環境色調單一，多呈灰色，在檢測時需區分圖像中的鐵軌區域及非鐵軌區域，避免誤檢。在檢測時，室外的天氣因素，如雨水，光照變化等對目標的檢測有較大影響，會造成較多虛景或誤檢。這些因素的存在使得室外復雜場景目標檢測一直是圖像檢測中的難點。

當前高速鐵路背景下落石體積較小，不明顯，檢測時需要先劃定鐵軌區域，再基于劃分出的鐵軌區域進行目標檢測。目前，現有檢測方法主要不足主要包括：

(1)落石目標形狀大小不一，無明顯突出特征，既無法采用傳統的特征匹配方法檢測，也無法采用深度學習的方式進行特征學習。且落石目標一般較小，在圖像中所占像素點較少，易受噪聲干擾。

(2)處于復雜的室外環境中，雨水，光照變化的影響易對鐵路作業工具等目標造成陰影，在檢測時將會形成干擾，造成虛景。陰影區域與正常區域并無明顯差異，特性較少，傳統方式只是基于亮度特性去除陰影影響，對陰影區域的特性描述過少，不能有效的消除陰影影響。具有一定的局限性。

發明內容

針對現有技術在落石目標檢測時，既無法采用傳統的特征匹配方法檢測，也無法采用深度學習的方式進行特征學習，無法進行有效檢測；在復雜室外背景下，目標檢測時易受雨水，光照變化等室外因素的影響造成誤檢等問題，本發明提出一種基于聚合通道特征和紋理特征的高速鐵路落石檢測方法來解決這些問題。

首先，初始幀圖像建立背景模型，通過濾波、圖像增強等技術，強化圖像特征，利用hough變換，邊緣檢測等方法檢測鐵軌區域并進行劃定，根據聚合通道特征，初步篩選出感興趣目標，進一步利用空間幾何特征以及紋理特征等多維特性，實現異常目標檢測的任務。