[發明專利]一種高速鐵路接觸網目標檢測與跟蹤方法

在審

• 申請號: 202110797636.3
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113409303A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 楊玲;李培云;龍永紅
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/246;G06T7/70
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;杜梅花

一種高速鐵路接觸網目標檢測與跟蹤方法，屬于圖像目標檢測與跟蹤技術領域，包括以下步驟：S1：采集樣本紅外視頻；S2：對S1中的樣本紅外視頻進行幀處理，得到樣本圖像；S3：對S2中的樣本圖像進行預處理；S4：對于S3中得到的圖像，利用Hough變換連接樣本圖像中的承力索和導線的邊緣；S5：確定受力接觸導線的跟蹤策略，并對其進行跟蹤；S6：基于Kalman濾波預測目標接觸導線運動軌跡，在出現漏檢或錯檢的情況下修正跟蹤結果。針對背景環境復雜、高鐵接觸網目標特征非常不明顯、道岔口需要頻繁換線、硬橫支架部分遮擋等干擾問題，該方法克服了這些問題，在一定程度上解決了在行車過程中弓網脫離而引發的安全事故，為城市軌道安全運行提供了保障。

技術領域

本發明屬于圖像目標檢測與跟蹤技術領域，更具體地，設計一種高速鐵路接觸網目標檢測與跟蹤方法。

背景技術

隨著我國電氣化鐵路不斷的往高速、重載方向發展，使得接觸網－受電弓在高速運行工作狀態下越來越受到關注。由于接觸網長期保持和受電弓滑板相互接觸，在機車行駛過程中，時刻磨損，從而給機車取電的性能帶來了很多不可靠的因素，直接影響機車的行駛狀態，嚴重時會導致發生安全事故。因此需要實時檢測接觸網的運行狀態，以保障機車安全行駛。

目前對于接觸網的實時監控數據，主要來源于高鐵車廂頂部攝像頭的監控圖像。由于在高鐵運行過程中會出現過隧道、橋梁、硬橫支架以及接觸網換線等情況，因此視頻圖像中會出現不可預測的突變和干擾，如光照變化、室內直線陰影干擾、遮擋直線背景干擾、雜亂線路干擾等。對接觸線的檢測與跟蹤主要考慮兩個問題：弓網接觸的狀態，即滑板和接觸導線接觸的好不好；在道岔口地方進行換線模式。從場景角度分析，有站內和站外兩類場景。在站內環境下，由于接觸網線路簡單，只有承力索導線和接觸網導線，目標與背景具有較大的區分度，目標檢測跟蹤比較容易；由于受光照變化、陰影、遮擋和換線等干擾，導致站外環境下接觸網檢測與跟蹤成為難點。

傳統的目標檢測方法通常有背景建模法，幀差法，光流法等。但是在高鐵接觸網系統中，由于檢測導線和承力索目標問題的特殊性，傳統的檢測算法效果并不理想，所以我們接下來的思路是借助特征參數跟蹤來獲取目標運動趨勢，進而優化目標檢測的效果。如2009年《基于圖像處理的鐵路接觸網檢測系統的研究》大連理工大學鄂永的論文，運用傳統的接觸線識別算法，即基于灰度信息識別接觸線算法，主要是利用接觸線的灰度信息，提前檢測圖像的某一行像素進行粗略搜索，然后根據接觸線和承力索的位置和寬度區別定位接觸線。這種方法雖然能夠有效準確識別接觸線，但在換線過程中無法準確檢測，只能適用于只有一條接觸線和一條承力索的簡單線路條件下，并且無法實現實時處理。

在本申請的實際環境中，由于導線和承力索無顯著視覺特征，在出現直線干擾時判別性較弱，因此對其進行跟蹤具有一定的難度。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明提出一種高速鐵路接觸網目標檢測與跟蹤方法，彌補接觸線和承力索無視覺顯著特征的不足，克服了多個相似運動目標同時運動復雜情況問題，并且該方法能在大多數情況下實時、準確地檢測跟蹤接觸線，在一定程度上解決了在行車過程中弓網脫離而引發的安全事故，為城市軌道安全運行提供了保障。

本發明采用以下具體的技術方案：

一種高速鐵路接觸網目標檢測與跟蹤方法，包括以下步驟：

S1：采集樣本紅外視頻；

S2：對S1中的樣本紅外視頻進行幀處理，得到樣本圖像；

S3：對S2中的樣本圖像進行預處理；

S4：對于S3中得到的圖像，利用Hough變換連接樣本圖像中的承力索和導線的邊緣；

S5：確定受力接觸導線的跟蹤策略，并對其進行跟蹤；

S6：基于Kalman濾波預測目標接觸導線運動軌跡，在出現漏檢或錯檢的情況下修正跟蹤結果。