一种高效刚性接触线结构光光条提取方法技术

本申请涉及轨道交通技术领域，公开了一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，包括图像阈值化步骤、连通区域提取步骤、Blob几何分析步骤、形状判别分析步骤和导线轮廓定位输出步骤。采用8邻域的连通区域提取方法，对阈值化后的图像进行区域提取，降低了4邻域在锯齿效应明显的图像上提取连通区域的缺陷，而采用Hausdorff Distanc判别来进行几何形状的识别，则满足了软件的时效性要求。本申请在满足接触网导线定位准确率的同时，整体耗时也极低，能够满足实时在线检测的基本需求。

An efficient extraction method of structured light stripe of rigid contact line

【技术实现步骤摘要】
一种高效刚性接触线结构光光条提取方法
本专利技术涉及轨道交通
，具体涉及一种高效刚性接触线结构光光条提取方法。
技术介绍
接触网主要由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱及相关基础设施等构成，是沿铁路线上空架设的一种特殊输电线路。它的功能是通过接触线与受电弓之间的接触，从而为电力机车提供电能。因此，要保证机车行车安全，保证受电弓与接触线良好接触以及稳定受流，除了对接触悬挂的设计施工和运营需要严格要求之外，对接触网各个设施设备进行状态检测也必不可少。评价接触网受流性能的重要参数包括几何参数，而几何参数则主要包括几项测量指标：接触线高度、接触线拉出值、定位管坡度、线岔、接触线磨耗和支柱位置等。基于激光扫描方法(也称为结构光式)实现的几何参数测量，主要通过在列车车顶安装高速工业数字相机，具备一定倾斜角度的朝上拍摄采集激光光条在接触网导线区域的成像图像，然后通过采用图像视觉处理的方法定位接触网导线在图像中的位置，从而计算导线相对于相机的高度与横向位移，最后根据相机安装车顶的位置关系，实现接触网几何参数的导高与拉出值测量。图像检测定位接触网导线位置主要通过采用基础图像处理方法，对相机采集图像进行分析，实现对接触网导线位置的定位计算，而定位接触网导线位置处理过程中，最重要的就是导线光条成像的提取。由于成像环境干扰多和导线光条图像复杂等因素，传统的图像处理方法对于刚性接触线结构光光条的提取效率与提取精度有待提高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的旨在于提供一种能够快速、精准的提取接触网导线光条，并最终实现接触网几何参数精准测量的高效刚性接触网线结构光光条的提取方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，包括以下步骤：图像阈值化步骤：利用图像灰度直方图的分布特性，设定一个合理的阈值，对图像进行阈值化处理；连通区域提取步骤：采用基于8邻域的连通区域提取方法，对阈值化结果图像进行区域提取，将具备连通性的各个前景目标进行组合，形成具备形状与位置特征的不同区域目标；Blob几何分析步骤：对各个连通区域的位置分布和尺寸几何关系进行特性分析，对较小的区域或者较大的区域进行相应的滤除工作以及将分布相对密集的多个单连通区域组合合并形成一个大的连通区域，从而计算生成有效的导线连通区域候选集合；形状判别分析步骤：采用HausdorffDistance判别来进行几何形状的识别，并最终得到刚性接触线轮廓；导线轮廓定位输出步骤：输出刚性接触线导线轮廓，从而实现接触网几何参数的在线实时监测。优选地，所述图像阈值化步骤具体包括以下步骤：A1.基于检测图像的成像特性，初始化算法参数：前景最小占比因子fmin、前景最大占比因子fmax、阈值Gthresh和迭代阈值步长Gstep；A2.根据参数Gthresh进行阈值化，并计算前景占比f；A3.根据阈值化后的前景占比f与fmin和fmax之间的关系，判别阈值化是否合理；若阈值化合理，则阈值化结束；若不合理，则进行下一步处理；A4.调整阈值参数Gthresh，若前景占比f与fmin的差距较大，则进行较大步长调整Gthresh+＝Gstep；否则进行微小步长调整Gthresh+＝1；A5.重新执行上述步骤A2～A4，直到在步骤A3中得到合理的结果，跳出迭代计算，从而完成图像的阈值化处理。优选地，所述步骤A4中，若f＜0.5fmin，表示前景占比f与fmin的差距较大。优选地，所述Blob几何分析步骤具体包括以下步骤：B1.根据导线优先分布在图像最底部的成像特性，首先计算最低区域Rref；B2.在Rref的最低点位置，根据导线的标准宽度Wref和高度Href，生成一个标准区域R'ref；B3.判别连通区域与R'ref之间的关系，若连通区域与R'ref在水平方向和垂直方向都存在交集，则进行Rref的融合扩大，否则该区域无效；B4.经融合处理后，得到一个实际的完整导线区域，对得到的完整导线区域再次进行前景计算。优选地，所述形状判别分析步骤的具体方法为：假设有两组集合A＝{a1，a2,...，ap}和B＝{b1，b2,...，bp}，则这两个点集合之间的Hausdorff距离定义为：H(A,B)＝max(h(A,B),h(B,A)(1)点集A为标准刚性接触线图像模板，点集B为Blob几何分析后提取的目标区域图像，h(A，B)和h(B，A)分别称为从A集合到B集合以及从B集合到A集合的单向Hausdorff距离，双向Hausdorff距离H(A，B)是单向距离h(A，B)和h(B，A)两者中的较大者，它度量了两个点集间的最大不匹配程度；采用第一最大不匹配度和第二最大不匹配度对提取的目标区域图形进行形状判别，并最终得到刚性接触线轮廓。优选地，所述第二最大不匹配度不大于所述第一最大不匹配度的2倍。本技术方案的有益效果如下：经过大量数据试验统计结果表明，本申请方法能够准确、快速的完成导线光条的定位提取工作，满足接触网几何参数在线实时监测的基本要求。本申请的快速图像阈值化方法基于迭代判别法，结合城市轨道线路成像环境特性以及基于激光扫描式图像成像基本原理，本申请所要处理的图像中，目标前景所占比例较少，而背景则占图像绝大部分区域(导线光条为目标前景，而较暗的黑色区域则为图像背景)。为了提高处理效率，参考了以上的图像特性，从而提出了快速的图像阈值化方法。该快速图像阈值化方法不是一种简单的全局性阈值化方法，也不是一种基于邻域性质的阈值化方法，而是一种结合灰度直方图基本思想的迭代判别阈值处理方法，显著提高了前景图像提取的处理效率。本申请引入轻量级的几何形状识别，以便更准确的提取导线，去除噪声干扰。考虑设备软件要求的实时性较高，因此抛弃了复杂度较高的特征点提取、匹配等算法，采用了HausdorffDistance判别来进行几何形状的识别。本申请采用采用了8邻域的连通区域提取，降低了4邻域在锯齿效应明显的图像上提取连通区域的缺陷。附图说明本专利技术的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：图1是本专利技术的高效刚性接触线结构光光条提取方法流程图；图2是本专利技术的图像阈值化结果图；图3是本专利技术的导线连通区域提取示意图；图4是本专利技术的连通区域融合图。具体实施方式下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本专利技术目的技术方案，需要说明的是，本专利技术要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。实施例1如图1所示，本实施例公开了一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，包括图像阈值化步骤、连通区域提取步骤、Blob几何分析步骤、形状判别分析步骤和导线轮廓定位输出步骤；图像阈值化步骤：由于刚性接触网主要安装于城市轨道线路的隧道环境中，同时基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，其特征在于：包括以下步骤：/n图像阈值化步骤：利用图像灰度直方图的分布特性，设定一个合理的阈值，对图像进行阈值化处理；/n连通区域提取步骤：采用基于8邻域的连通区域提取方法，对阈值化结果图像进行区域提取，将具备连通性的各个前景目标进行组合，形成具备形状与位置特征的不同区域目标；/nBlob几何分析步骤：对各个连通区域的位置分布和尺寸几何关系进行特性分析，对较小的区域或者较大的区域进行相应的滤除工作以及将分布相对密集的多个单连通区域组合合并形成一个大的连通区域，从而计算生成有效的导线连通区域候选集合；/n形状判别分析步骤：采用Hausdorff Distance判别来进行几何形状的识别，并最终得到刚性接触线轮廓；/n导线轮廓定位输出步骤：输出刚性接触线导线轮廓，从而实现接触网几何参数的在线实时监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
图像阈值化步骤：利用图像灰度直方图的分布特性，设定一个合理的阈值，对图像进行阈值化处理；
连通区域提取步骤：采用基于8邻域的连通区域提取方法，对阈值化结果图像进行区域提取，将具备连通性的各个前景目标进行组合，形成具备形状与位置特征的不同区域目标；
Blob几何分析步骤：对各个连通区域的位置分布和尺寸几何关系进行特性分析，对较小的区域或者较大的区域进行相应的滤除工作以及将分布相对密集的多个单连通区域组合合并形成一个大的连通区域，从而计算生成有效的导线连通区域候选集合；
形状判别分析步骤：采用HausdorffDistance判别来进行几何形状的识别，并最终得到刚性接触线轮廓；
导线轮廓定位输出步骤：输出刚性接触线导线轮廓，从而实现接触网几何参数的在线实时监测。


2.根据权利要求1所述的一种高效刚性接触线结构光光条提取方法，其特征在于：所述图像阈值化步骤具体包括以下步骤：
A1.基于检测图像的成像特性，初始化算法参数：前景最小占比因子fmin、前景最大占比因子fmax、阈值Gthresh和迭代阈值步长Gstep；
A2.根据参数Gthresh进行阈值化，并计算前景占比f；
A3.根据阈值化后的前景占比f与fmin和fmax之间的关系，判别阈值化是否合理；若阈值化合理，则阈值化结束；若不合理，则进行下一步处理；
A4.调整阈值参数Gthresh，若前景占比f与fmin的差距较大，则进行较大步长调整Gthresh+＝Gstep；否则进行微小步长调整Gthresh+＝1；
A5.重新执行上述步骤A2～A4，直到在步骤A3中得到合理的结果，跳出迭代计算，从而完成图像的阈值化处理。


3.根据权利要求2所述的一种高效刚性接触线结构光光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，徐安雄，万壮，陈诚，胡传，徐杨溢，苟然，鲁涛，周兴龙，
申请(专利权)人：成都地铁运营有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51