[發(fā)明專利]多模視覺融合的無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷檢測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211619613.4
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115841477A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高亮;苗帥杰;尹輝;黃華;李雅馨;鐘陽龍;陳志裴
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/10;G06T5/50
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 鄒芳德

本發(fā)明提供一種多模視覺融合的無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷檢測方法及系統(tǒng)，屬于基于計算機(jī)視覺的軌道缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，獲取無砟軌道結(jié)構(gòu)的二維圖像數(shù)據(jù)；基于二維圖像，對無砟軌道裂縫、共面離縫、破損掉塊和異面離縫進(jìn)行初步辨識；提取初步辨識的破損掉塊和異面離縫對應(yīng)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)；基于空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)，判斷初步辨識的破損掉塊和異面離縫是否為誤判，得到最終的缺陷檢測結(jié)果。本發(fā)明利用計算機(jī)視覺處理技術(shù)，通過對2D圖像和3D點(diǎn)云信息采集設(shè)備的合理布局，實現(xiàn)快速巡檢條件下的無砟軌道隱性缺陷表觀視覺信息采集，通過對圖像和點(diǎn)云信息分級利用，滿足無砟軌道結(jié)構(gòu)多種典型隱性缺陷的準(zhǔn)確辨識、定位及定量測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于計算機(jī)視覺的軌道缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多模視覺融合的無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)在列車荷載、循環(huán)溫度荷載等復(fù)雜環(huán)境長期作用下，軌道板、填充層以及板間結(jié)構(gòu)的裂縫、離縫、開裂破損等隱性缺陷逐漸顯現(xiàn)，如未及時發(fā)現(xiàn)、修整，其可誘發(fā)軌道漲板、不平順加劇等顯性病害，對高速行車安全和舒適性造成威脅，同時會降低無砟軌道結(jié)構(gòu)服役耐久性

高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷具有高突發(fā)性、隨機(jī)分布性，當(dāng)前以大型高速檢測車周期性動檢+人工肉眼結(jié)合小型檢測儀”的既有軌道檢測體系對顯著病害具有良好檢測效果，但對所提隱性缺陷的檢測及診斷能力不足，長期處于“病顯就醫(yī)”管養(yǎng)模式，難以對隱性缺陷實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早診治。此外，已有基于彈性波、空氣超聲耦合技術(shù)、激光掃描技術(shù)、紅外成像等多種新型隱性缺陷檢測技術(shù)也有報道，但全部為處于試驗研究階段的單一手段的檢測方法，且檢測“速度-精度相互制約”技術(shù)瓶頸難以突破，難以滿足無砟軌道隱性缺陷工務(wù)快速精準(zhǔn)檢測工程化需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種對隱性缺陷實現(xiàn)快速、精準(zhǔn)檢測識別的多模視覺融合的無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷檢測方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種多模視覺融合的無砟軌道結(jié)構(gòu)隱性缺陷檢測方法，包括：

獲取無砟軌道結(jié)構(gòu)的二維圖像數(shù)據(jù)；

基于二維圖像，對無砟軌道結(jié)構(gòu)層間及板間的裂縫、共面離縫進(jìn)行精準(zhǔn)識別和量化分析。同時對板間結(jié)構(gòu)破損、填充層表面脫空掉塊、填充層-底座板之間的異面離縫進(jìn)行初步定位和辨識；

提取初步辨識的破損掉塊和異面離縫對應(yīng)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

基于空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)，判斷初步辨識的破損掉塊和異面離縫是否為誤判，得到最終的缺陷檢測結(jié)果。

可選的，對二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖片濾波去噪、圖像增強(qiáng)、閾值化處理預(yù)處理操作，采用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像裂紋識別以及尺寸量化，結(jié)合圖像設(shè)定的無砟軌道覆蓋區(qū)域和圖中裂紋分布位置先驗知識，實現(xiàn)對軌道板、板間結(jié)構(gòu)及填充層表面裂縫、軌道板-填充層層間共面離縫、軌道板-板間結(jié)構(gòu)表面板間離縫的精準(zhǔn)辨識和尺寸測量。

可選的，對無砟軌道上表面及側(cè)面的二維圖像數(shù)據(jù)先進(jìn)行形態(tài)學(xué)圖像處理，后提取圖像特征，結(jié)合灰度異常區(qū)域分割出異常塊狀區(qū)域并根據(jù)此二值圖像測量面積，結(jié)合相機(jī)對無砟軌道的覆蓋區(qū)域以及圖像中異常塊狀區(qū)域分布位置，實現(xiàn)軌道板及板間結(jié)構(gòu)表面破損掉塊、填充層脫空掉塊的初步圖像識別。

可選的，對分割后的二值化圖像擬采用基于關(guān)鍵點(diǎn)的尺寸測量，通過計算分段后每一部分的外接矩形垂線得到裂縫的最大寬度，對填充層-底座板層間異面離縫是否存在進(jìn)行初步圖像識別。

可選的，若初步辨識中識別隱性缺陷為填充層脫空掉塊或板間結(jié)構(gòu)側(cè)面破損掉塊時，調(diào)取對應(yīng)里程處的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，計算得到結(jié)構(gòu)異常體積形態(tài)，進(jìn)行脫空掉塊、破損掉塊缺陷精準(zhǔn)辨識和量化分析，若分析判定為無破損掉塊，則糾正初步辨識結(jié)果為誤判。