一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法技术

本发明专利技术公开一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，属于铁轨检测领域。包括以下步骤：利用线阵成像系统沿列车或检测平台前进方向对轨道路面进行线阵扫描成像，获取包含轨枕的线阵图像；在线阵图像轨枕区域设定多个检测区域，在各个检测区域内进行图像灰度值水平投影，得到多条水平投影曲线；对多条水平投影曲线进行滤波平滑后进行融合，得到联合投影曲线；然后根据联合投影曲线中方波数量或联合投影曲线一阶导数中波峰或波谷数量用作轨枕计数。本发明专利技术方法对轨枕定位和计数后，可实现高精度里程计数，为轨道巡检系统提供精准的位置信息，方便轨道巡检结果准确定位，和在后期维护中快速查找。

A method for locating and counting sleepers in linear array images based on multi area gray projection

The invention discloses a linear array image sleeper positioning and counting method based on multi-region gray projection, which belongs to the rail detection field. It includes the following steps: using linear array imaging system to scan the track surface along the direction of the train or the detection platform to obtain the linear array image containing the sleeper; setting multiple detection areas in the sleeper area of the linear array image, horizontal projection of the image gray value in each detection area, and obtaining multiple horizontal projections. The joint projection curve is obtained by filtering and smoothing several horizontal projection curves, and then the number of peaks or troughs in the number of square waves in the joint projection curve or the first derivative of the joint projection curve is used as the sleeper count. After positioning and counting the sleeper, the method can realize high-precision mileage count, provide accurate position information for the track patrol system, facilitate accurate positioning of the track patrol results, and quickly find in the later maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法
本专利技术涉及铁轨检测
，具体指一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法。
技术介绍
轨道交通包括普通铁路、高速铁路、地铁等，在国民经济发展、人民生活出行中发挥着重大作用。为保证轨道交通运行安全，轨道交通运营部门需定期对轨道安全进行巡检。具体巡检内容包括：铁轨几何参数检测，铁轨扣件松动、缺失、裂纹等异常检测，铁轨磨损检测，弓网线路检测，路面异物检测等。目前，铁轨几何参数检测，主要采用惯导系统、激光图像测量系统，用于自动检测轨道几何参数；扣件异常检测，主要采用人工巡检。近期，也有学者将图像检测技术引入扣件异常巡检中。在自动巡检系统中，通常需将所检测的异常结果与里程关联，作为事后维修时定位依据。目前，我国轨道巡检系统多常采用光电编码器、GPS定位系统用于里程计数。由于GPS在隧道、山区等环境下定位会受到严重影响，目前，多采用光电编码器用于里程计数，再采用间隔yKm处设置RFID电子标签对里程计数进行修正，y的取值为1～10。但是，在yKm以内，采用光电编码器进行里程计数时，还存在这样的问题：1)当光电编码器安装在列车或检测平台的驱动轮上时，在列车或检测平台启动或刹车时，驱动轮在铁轨上容易打滑，产生里程计数误差；2)当光电编码器安装于列车或检测平台的随动轮(随动轮自身不具备驱动能力，跟随列车或检测平台在铁轨上滚动)时，虽然在列车或检测平台启动或刹车时，随动轮不会有明显打滑现象发生，但是，在列车或检测平台运动过程中，随动轮与铁轨之间存在一定的相对运动，即存在轻微打滑现象，从而使里程计数存在累积误差。当我们采用随动轮驱动的线阵摄像机对轨道路面进行线阵扫描成像时，在扫描的初期，2次线阵扫描成像结果基本可以重合，如图1所示，但是，随着扫描距离的增加，光电编码器的累积误差效应变得非常明显，如图2所示(图1所位置到图2所示位置的距离仅有20m)。对于扣件、轨道损伤等异常检测而言，定位精度<0.5m。当y＝1、光电编码器累积误差为1％时，里程定位偏差将达到10m，这显然不能满足实际应用需求。由于铁路轨枕安装位置固定，而且间隔已知，因此，可通过对铁轨轨枕或扣件计数实现高精度里程计数。为此，专利CN2016112135719提出一种利用机器视觉对铁轨扣件计数，进行里程计数的方法。该方法同光电编码器、光电测距传感器及GPS定位系统等扣件定位方法相比，具有定位精度高、无累积误差等优势。但是，专利CN2016112135719中采用面阵摄像机用于获取扣件图像，需要精准的扣件触发成像控制系统，才能保证所扣件拍摄图像中同一扣件只出现一次。在没有扣件触发成像控制系统时，当检测平台运行速度大于摄像机拍摄速度时，拍摄图像中会遗漏扣件，导致里程计数错误；当检测平台运行速度小于摄像机拍摄速度时，同一个扣件会出现在多幅图像中，需要在拍摄图像中剔除多余的扣件图像，从而增加计算复杂度。此外，该专利采用硬阈值检测方法直接对扣件区域进行处理还存在这样的问题：1)硬阈值方法容易受到图像亮度变化干扰，不能较好地适应场景中亮度变化；2)直接对扣件区域进行处理时，还容易受到扣件异常干扰，比如扣件缺少和扣件存在两种情况下，相同阈值的检测结果是不同的，从而影响检测结果的可靠性。为此，迫切需要一种可为自动巡检系统提供高精度里程计数的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铁路轨枕定位和计数方法，以用于轨道交通自动巡检系统高精度里程计数，以解决现有里程计数方法精度低、可靠性差等问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案来如下：一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：利用线阵成像系统沿列车或检测平台前进方向对轨道路面进行线阵扫描成像，获取包含轨枕的线阵图像；在线阵图像轨枕区域设定多个检测区域，在各个检测区域内进行图像灰度值水平投影，得到多条水平投影曲线；对多条水平投影曲线进行滤波平滑后进行融合，得到联合投影曲线；然后，根据联合投影曲线中方波数量或联合投影曲线一阶导数中波峰或波谷数量用作轨枕计数。所述线阵成像系统由线光源、线阵摄像机和成像控制器组成，线光源与线阵摄像机固定于列车或检测平台底部，位于铁路正上方、朝向轨道路面，线光源投射平面和线阵摄像机成像平面共面、并与铁轨垂直；所述线光源是波长为a的窄带光源，并在所述线阵摄像机前端设置波长为a的窄带滤光片，以消除环境光干扰，a的取值范围为300nm～1000nm；所述成像控制器由固定在车轮转轴上的光电码盘或光电编码器、信号调理装置组成，其中光电码盘或光电编码器对车轮转动角度进行编码，产生脉冲信号或编码信号给信号调理装置，信号调理装置接受到光电码盘或光电编码器产生的脉冲信号或编码信号以后，生成线阵摄像机触发控制信号，用于控制线阵摄像机成像；用于固定光电码盘或光电编码器的车轮为随动轮，随动轮自身不带动力、不具备驱动能力，跟随列车或检测平台贴合在铁轨上滑动；线阵摄像机沿着列车或检测平台前进方向对铁路路面进行线扫描成像，拍摄包含轨枕、铁轨、扣件的轨道二维图像；在拍摄的线阵扫描图像中，轨枕与图像横坐标平行。第一种利用联合投影曲线中方波数量进行轨枕计数的方法：利用所述线阵成像系统获取Q幅包含轨枕的轨道二维图像，并对Q幅轨道二维图像依次进行以下处理：步骤1：取第q幅轨道二维图像I，在图像I中选取K个检测区域{R1...RK}，K的取值范围为1～10，分别对K个检测区域{R1...RK}中像素值进行水平投影，得到K条水平投影曲线{S1...SK}，K个检测区域的高度相等，且在检测区域中只包含轨枕，不包含扣件和铁轨；步骤2：对K条水平投影曲线{S1...SK}进行融合，得到联合投影曲线S′；步骤3：采用自适应阈值方法对联合投影曲线S′进行二值化处理，得到二值化曲线B；步骤4：提取二值化曲线B中方波左右两侧的坐标，作为轨枕在图像中的行坐标，用于轨枕定位；步骤5：统计联合投影曲线S′二值化结果中方波个数，作为该幅轨道二维图像中枕木的数量；步骤6：对于线阵成像系统拍摄的Q幅轨道二维图像，依次采用步骤1-5进行处理，计算每幅图像中枕木的数量并求和，作为所扫描轨道中轨枕数量。第二种利用联合投影曲线一阶导数中波峰或波谷数量进行轨枕计数的方法：利用所述线阵成像系统获取Q幅包含轨枕的轨道二维图像，并对Q幅轨道二维图像依次进行以下处理：步骤1：取第q幅轨道二维图像I，在图像I中选取K个检测区域{R1...RK}，K的取值范围为1～100，分别对K个检测区域{R1...RK}中像素值进行水平投影，得到K条水平投影曲线{S1...SK}，K个检测区域的高度相等，且在检测区域中只包含轨枕，不包含扣件和铁轨；步骤2：对K条投影曲线{S1...SK}进行融合，得到联合投影曲线S′；步骤3：对联合投影曲线S′进行一阶差分滤波，得到联合投影曲线S′的一阶导数S″；步骤4：提取联合投影曲线S′的一阶导数S″中波峰、波谷，获取波峰的数量和坐标以及波谷的数量和坐标步骤5：取一阶导数S″中配对的波峰、波谷坐标用于轨枕定位；步骤6：依次采用步骤1～5对Q幅图像进行处理，计算每幅图像中波峰数量波谷数量对Q幅图像中波峰数量求和：对Q幅图像中波谷数量求和：取或作为该段轨道中轨枕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：利用线阵成像系统沿列车或检测平台前进方向对轨道路面进行线阵扫描成像，获取包含轨枕的线阵图像；在线阵图像轨枕区域设定多个检测区域，在各个检测区域内进行图像灰度值水平投影，得到多条水平投影曲线；对多条水平投影曲线进行滤波平滑后进行融合，得到联合投影曲线；然后，根据联合投影曲线中方波数量或联合投影曲线一阶导数中波峰或波谷数量用作轨枕计数。

【技术特征摘要】
1.一种基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：利用线阵成像系统沿列车或检测平台前进方向对轨道路面进行线阵扫描成像，获取包含轨枕的线阵图像；在线阵图像轨枕区域设定多个检测区域，在各个检测区域内进行图像灰度值水平投影，得到多条水平投影曲线；对多条水平投影曲线进行滤波平滑后进行融合，得到联合投影曲线；然后，根据联合投影曲线中方波数量或联合投影曲线一阶导数中波峰或波谷数量用作轨枕计数。2.根据权利要求1所述的基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：所述线阵成像系统由线光源、线阵摄像机和成像控制器组成，线光源与线阵摄像机固定于列车或检测平台底部，位于铁路正上方、朝向轨道路面，线光源投射平面和线阵摄像机成像平面共面、并与铁轨垂直；所述线光源是波长为a的窄带光源，并在所述线阵摄像机前端设置波长为a的窄带滤光片，以消除环境光干扰，a的取值范围为300nm～1000nm；所述成像控制器由固定在车轮转轴上的光电码盘或光电编码器、信号调理装置组成，其中光电码盘或光电编码器对车轮转动角度进行编码，产生脉冲信号或编码信号给信号调理装置，信号调理装置接受到光电码盘或光电编码器产生的脉冲信号或编码信号以后，生成线阵摄像机触发控制信号，用于控制线阵摄像机成像；用于固定光电码盘或光电编码器的车轮为随动轮，随动轮自身不带动力、不具备驱动能力，跟随列车或检测平台贴合在铁轨上滑动；线阵摄像机沿着列车或检测平台前进方向对铁路路面进行线扫描成像，拍摄包含轨枕、铁轨、扣件的轨道二维图像；在拍摄的线阵扫描图像中，轨枕与图像横坐标平行。3.根据权利要求1所述的基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：利用所述线阵成像系统获取Q幅包含轨枕的轨道二维图像，并对Q幅轨道二维图像依次进行以下处理：步骤1：取第q幅轨道二维图像I，在图像I中选取K个检测区域{R1...RK}，K的取值范围为1～10，分别对K个检测区域{R1...RK}中像素值进行水平投影，得到K条水平投影曲线{S1...SK}，K个检测区域的高度相等，且在检测区域中只包含轨枕，不包含扣件和铁轨；步骤2：对K条水平投影曲线{S1...SK}进行融合，得到联合投影曲线S′；步骤3：采用自适应阈值方法对联合投影曲线S′进行二值化处理，得到二值化曲线B；步骤4：提取二值化曲线B中方波左右两侧的坐标，作为轨枕在图像中的行坐标，用于轨枕定位；步骤5：统计联合投影曲线S′二值化结果中方波个数，作为该幅轨道二维图像中枕木的数量；步骤6：对于线阵成像系统拍摄的Q幅轨道二维图像，依次采用步骤1-5进行处理，计算每幅图像中枕木的数量并求和，作为所扫描轨道中轨枕数量。4.根据权利要求1所述的基于多区域灰度投影的线阵图像轨枕定位及计数方法，其特征在于：利用所述线阵成像系统获取Q幅包含轨枕的轨道二维图像，并对Q幅轨道二维图像依次进行以下处理：步骤1：取第q幅轨道二维图像I，在图像I中选取K个检测区域{R1...RK}，K的取值范围为1～100，分别对K个检测区域{R1...RK}中像素值进行水平投影，得到K条水平投影曲线{S1...SK}，K个检测区域的高度相等，且在检测区域中只包含轨枕，不包含扣件和铁轨；步骤2：对K条投影曲线{S1...SK}进行融合，得到联合投影曲线S′；步骤3：对联合投影曲线S′进行一阶差分滤波，得到联合投影曲线S′的一阶导数S″；步骤4：提取联合投影曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都精工华耀科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51