一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法及系统，其中检测定位方法包括步骤：获取并缓存多帧受电弓原始图像；在所述图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，并对预处理的图像进行图像分割，提取受电弓碳滑板区域；对所述受电弓碳滑板区域进行水平边缘检测，提取受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点；根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点确定所述受电弓碳滑板区域外部轮廓在感兴趣区域图像中的位置，并在受电弓原始图像中对受电弓进行检测定位。本发明专利技术对单目红外图像中的受电弓可以进行实时且无接触的测量，提高检测速度和检测准确性。

A Pantograph Detection and Location Method and System Based on Monocular Infrared Image

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法及系统
本专利技术涉及交通安全工程
，尤其涉及一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法及系统。
技术介绍
受电弓滑板是电力机车与接触网唯一接触的部件，是整个电力机车供电系统中最重要的取电设备。受电弓滑板安装在机车或动车车顶上，从接触网上获取电能，对电力机车能否安全平稳运行有直接影响。而在电力机车运行过程中，受电弓滑板不断与接触网接触造成损耗，若损耗严重，受电弓会与接触网供电线上的硬点产生碰撞，致使受电弓摇晃、变形甚至脱落造成机车故障。因此，及时有效的检测和识别受电弓，对保证弓网安全运行和避免安全事故尤为重要。目前受电弓检测主要有三种方式：地面在线检测、人工登顶检测和车载设备检测，但都存在这一定的局限性。地面在线检测只能检测受电弓滑板厚度，功能单一，应用范围有限；人工登顶检测只能在列车入库和接触网断电时才能检测，耗费人力和资源，不及时且效率低；车载设备检测要求每台机车都安装车载设备，成本高且不适合大规模推广。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术提出一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法及系统，有效解决了受电弓检测定位的功能单一、不及时、效率低和成本高的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法,包括以下步骤：S1、获取并缓存多帧受电弓原始图像；S2、在所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，并对预处理的所述感兴趣区域图像进行图像分割，提取受电弓碳滑板区域；S3、对所述受电弓碳滑板区域进行水平边缘检测，提取受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点；S4、根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点确定所述受电弓碳滑板区域外部轮廓在感兴趣区域图像中的位置，并在所述受电弓原始图像中对受电弓进行检测定位。本专利技术所述的方法中，步骤S2具体包括步骤：S21、所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，包括灰度处理、滤波处理、图像增强处理和二值化处理，并记录所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系；S22、利用固定阈值分割算法对预处理后的所述感兴趣区域图像进行图像分割，根据受电弓碳滑板区域的特征，如区域面积、灰度值、高度和宽度等，提取所述受电弓碳滑板区域。本专利技术所述的方法中，步骤S3具体包括步骤：S31、对所述受电弓碳滑板区域进行平滑处理；S32、计算每一个像素点横向和纵向的灰度大小；S33、对平滑处理后的所述受电弓碳滑板区域图像通过水平边缘检测算法进行边缘检测，得到边缘检测图像；S34、在所述边缘检测图像中搜索所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集；S35、提取满足受电弓外部轮廓特征的点集作为所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集。本专利技术所述的方法中，所述步骤S34中的在所述边缘检测图像中搜索所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集采用邻域搜索算法横向搜索，具体步骤为：S341、以所述边缘检测图像的每一行第一列的像素点为起点，顺序扫描搜索在其右、右上和右下3个邻域连续的外部轮廓点，其中右邻域外部轮廓点允许间断一定阈值，直到找不到外部轮廓点为止，并将这些连续的点组成点集；S342、判断外部轮廓点集长度，若其长度小于阈值t，则舍弃该点集，反之保存点集并继续；S343、执行S341步骤直到所述边缘检测图像不存在未被遍历的点为止。本专利技术所述的方法中，步骤S4具体包括步骤：S41、标记所述受电弓中心参考位置和两个端点的参考位置；S42、根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓确定所述受电弓的中心位置和两个端点的图像位置；S43、根据所述受电弓中心参考位置、所述受电弓中心位置、所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置对受电弓进行检测定位。通过比较所述受电弓中心参考位置和所述受电弓中心位置确定受电弓左右平移量，规定向左偏移为正值，向右偏移为负值；通过比较所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置确定受电弓的上下倾斜量，规定左高右低为正值，左低右高为负值；S44、根据受电弓在所述感兴趣区域图像中的左右平移量和上下倾斜量，以及所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系，计算得到受电弓在所述受电弓原始图像中的实际中心位置和两个端点的实际位置，实现对受电弓的检测定位。本专利技术所述的方法中，所述步骤S42中根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓确定所述受电弓中心位置和所述受电弓两个端点的图像位置具体步骤如下：S421、采用最小二乘算法对所述受电弓碳滑板区域外部轮廓线段进行拟合；S422、提取所述拟合线段的中心位置和两个端点的图像位置。本专利技术还提供了一种基于单目红外图像的受电弓检测定位系统，包括：图像采集模块，获取并缓存多帧受电弓原始图像；受电弓提取模块，用于在所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，记录所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系，并将预处理后的所述感兴趣区域图像进行图像分割和水平边缘检测，提取受电弓碳滑板区域和受电弓区域外部轮廓的像素点；受电弓检测定位模块，根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点确定所述受电弓碳滑板区域外部轮廓在所述感兴趣区域图像中的位置，并在所述受电弓原始图像中对受电弓进行检测定位。本专利技术所述的系统中，所述受电弓检测定位模块具体用于：标记受电弓中心参考位置和受电弓两个端点的参考位置；根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓确定受电弓的中心位置和受电弓两个端点的图像位置；根据所述受电弓中心参考位置、所述受电弓中心位置、所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置对受电弓进行检测定位，通过比较所述受电弓中心参考位置和所述受电弓中心位置确定受电弓左右平移量，通过比较所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置确定受电弓的上下倾斜量；根据受电弓在所述感兴趣区域图像中的左右平移量和上下倾斜量，以及所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系，计算得到受电弓在所述受电弓原始图像中的实际中心位置和两个端点的实际位置，实现对受电弓的检测定位。本专利技术所述的系统中，所述受电弓提取模块具体用于：对所述受电弓原始图像中提取的所述感兴趣区域图像进行预处理，包括灰度处理、滤波处理、图像增强处理和二值化处理，并记录所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系；利用固定阈值分割算法对预处理后的所述感兴趣区域图像进行图像分割，根据所述受电弓碳滑板区域的特征，如区域面积、灰度值、高度和宽度等，提取所述受电弓碳滑板区域；对所述受电弓碳滑板区域进行平滑处理；计算每一个像素点横向和纵向的灰度大小；对平滑处理后的图像通过水平边缘检测算法进行边缘检测，得到所述边缘检测图像；在所述边缘检测图像中搜索所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集；提取满足所述受电弓外部轮廓特征的点集作为所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术根据受电弓碳滑板区域的特征，如区域面积、灰度值、高度和宽度等，从获取并缓存的多帧受电弓原始图像提取感兴趣区域图像进行预处理，并对预处理的图像进行图像分割，提取受电弓碳滑板区域，对所述受电弓碳滑板区域进行水平边缘检测，并在所述边缘检测图像中确定受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集，进而计算受电弓中心位置和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：图像采集模块，获取并缓存多帧受电弓原始图像；S1、获取并缓存多帧受电弓原始图像；S2、在所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，并对预处理的所述感兴趣区域图像进行图像分割，提取受电弓碳滑板区域；S3、对所述受电弓碳滑板区域进行水平边缘检测，提取受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点；S4、根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点确定所述受电弓碳滑板区域外部轮廓在感兴趣区域图像中的位置，并在所述受电弓原始图像中对受电弓进行检测定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于单目红外图像的受电弓检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：图像采集模块，获取并缓存多帧受电弓原始图像；S1、获取并缓存多帧受电弓原始图像；S2、在所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，并对预处理的所述感兴趣区域图像进行图像分割，提取受电弓碳滑板区域；S3、对所述受电弓碳滑板区域进行水平边缘检测，提取受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点；S4、根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点确定所述受电弓碳滑板区域外部轮廓在感兴趣区域图像中的位置，并在所述受电弓原始图像中对受电弓进行检测定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括步骤：S21、所述受电弓原始图像中提取感兴趣区域图像进行预处理，包括灰度处理、滤波处理、图像增强处理和二值化处理，并记录所述感兴趣区域图像与所述受电弓原始图像的坐标对应关系；S22、利用固定阈值分割算法对预处理后的所述感兴趣区域图像进行图像分割，根据受电弓碳滑板区域的特征，如区域面积、灰度值、高度和宽度等，提取所述受电弓碳滑板区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括步骤：S31、对所述受电弓碳滑板区域进行平滑处理；S32、计算每一个像素点横向和纵向的灰度大小；S33、对平滑处理后的所述受电弓碳滑板区域图像通过水平边缘检测算法进行边缘检测，得到边缘检测图像；S34、在所述边缘检测图像中搜索所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集；S35、提取满足受电弓外部轮廓特征的点集作为所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S34中的在所述边缘检测图像中搜索所述受电弓碳滑板区域外部轮廓的像素点集采用邻域搜索算法横向搜索，具体步骤为：S341、以所述边缘检测图像的每一行第一列的像素点为起点，顺序扫描搜索在其右、右上和右下3个邻域连续的外部轮廓点，其中右邻域外部轮廓点允许间断一定阈值，直到找不到外部轮廓点为止，并将这些连续的点组成点集；S342、判断外部轮廓点集长度，若其长度小于阈值t，则舍弃该点集，反之保存点集并继续；S343、执行S341步骤直到所述边缘检测图像不存在未被遍历的点为止。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括步骤：S41、标记所述受电弓中心参考位置和两个端点的参考位置；S42、根据所述受电弓碳滑板区域外部轮廓确定所述受电弓的中心位置和两个端点的图像位置；S43、根据所述受电弓中心参考位置、所述受电弓中心位置、所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置对受电弓进行检测定位；通过比较所述受电弓中心参考位置和所述受电弓中心位置确定受电弓左右平移量，规定向左偏移为正值，向右偏移为负值；通过比较所述受电弓两个端点的参考位置和所述受电弓两个端点的图像位置确定受电弓的上下倾斜量，规定左高右低为正值，左低右高为负值；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄正华，王硕，孙建国，张耀宗，洪汉玉，张天序，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42