一种接触网导线磨耗区域的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种接触网导线磨耗区域的提取方法，涉及城市轨道交通中的地铁系统接触网导线测量技术领域。本发明专利技术利用Direct3D软件做图像计算加速，使用高阶着色器语言（HLSL）进行图像计算的管道编码；将图像处理计算由传统CPU更换为GPU显卡，利用GPU强大的图像计算能力，将全部核心交由GPU显卡工作，处理速度大大提升，对计算机配置要求较为宽松，集成显卡或独立显卡均可实现，可大大提高从图像中提取磨耗区域的计算效率。耗区域的计算效率。耗区域的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种接触网导线磨耗区域的提取方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通中的地铁系统接触网导线测量
，尤其涉及一种接触网导线磨耗区域的提取方法。

技术介绍

[0002]接触网是电气化铁路中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线，是电气铁路的重要组成部分。接触线与受电弓相作用时，弓网相互作用的接触面会产生侵蚀及磨损现象，这种现象被称为接触线磨耗。接触线与碳滑板之间的不均匀摩擦、维护周期过长、环境侵蚀等原因都是产生接触线磨耗的主要原因。接触线磨耗检测对列车运营意义重大。
[0003]国家知识产权局于2020年3月20日，公开了一件公开号为CN109269416B，名称为“一种接触网导线磨耗测量方法及装置”的专利技术专利，该专利技术专利根据接触线拉出值的范围确定相机数量n；n路相机对应采集包括接触网导线底部的n幅接触网导线图像；n大于等于1；从n幅接触网导线图像中对应分割出包含L1、L2以及L3的n个导线最大连通区域、n个边界E1及n个边界位置E2；基于n个导线最大连通区域的阈值化处理得到n个阈值化图像T(x,y)；根据连通区域特性，n个阈值化图像T(x,y)分别对应结合n个边界位置E1、n个边界位置E2，得到n个L1、L2以及L3的位置信息；利用导线L2的定位信息，计算导线磨耗值d。
[0004]上述现有技术通过CPU编译运行的C++程序调用OpenCV计算机视觉和机器学习库，计算出L1、L2、L3区域像素宽度，以达到计算出接触线磨耗目的。而目前采用的技术方案，图像灰度及筛选导线区域等计算量庞大的耗时操作都由CPU来计算。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种接触网导线磨耗区域的提取方法。本专利技术的专利技术目的在于将轨道交通领域中对接触网图像的处理计算由传统CPU更换为GPU显卡，利用GPU强大的图像计算能力，大大提高从图像中提取磨耗区域的计算效率。本专利技术的接触网导线磨耗区域的提取方法，是利用Direct3D软件做图像计算加速，使用高阶着色器语言(HLSL)进行图像计算的管道编码；将全部计算核心交由GPU显卡进行，使得图像处理速度得到大大地提升，且对计算机配置要求较为宽松，集成显卡或独立显卡均可实现。
[0006]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种接触网导线磨耗区域的提取方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、将接触网导线的原始灰度图像输入到高阶着色器语言的着色器脚本中，声明图像对应纹理采样器；将确定的纹理采样器与像素着色器之间进行绑定；在入口主函数中输入所述原始灰度图像，得到整张原始灰度图像的像素点纹理坐标元素矩阵tex；
[0009]步骤S2、在高阶着色器语言中调用tex2D映射函数，向tex2D映射函数中输入两个参数：其中一个参数为纹理采样器状态；另一个参数为整张原始灰度图像的像素点纹理坐
标元素矩阵tex；返回得到整张图像的像素点纹理值元素矩阵tex2D；
[0010]步骤S3、基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，提取导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，并归一化到[0,1]；
[0011]步骤S4、根据步骤S3中提取的导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，遍历所述像素点纹理值元素矩阵tex2D，从中筛选灰度值大于A
thr
的像素点，识别导线磨耗区域在原始灰度图像中的起始位置和截止位置。
[0012]遍历像素点纹理值元素矩阵tex2D，并逐行提取导线磨耗区域在原始灰度图像中的起始位置和截止位置后，对提取到的导线磨耗区域以内的像素点进行RGB着色，将该区域着色第一颜色。更进一步地，步骤S3中还包括，基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，提取接触网导线区域灰度分割阈值W
thr
，并归一化到[0,1]；根据提取到的导线区域灰度分割阈值W
thr
和导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，遍历所述像素点纹理值元素矩阵tex2D，从中筛选出灰度值小于A
thr
且大于W
thr
的像素点，识别导线在原始灰度图像中的第一起始位置、第一截止位置、第二起始位置和第二截止位置。
[0013]待逐行提取导线区域在原始灰度图像中的第一起始位置、第一截止位置、第二起始位置和第二截止位置后，对提取到的导线区域以内的像素点进行RGB着色，将该区域着色第二颜色。
[0014]在步骤S3中，基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，具体是指，通过接触网导线垂直投影的高斯分布的特性进行导线磨耗区域的阈值判定；具体步骤如下：
[0015]步骤S301、计算图像的垂直方向上的投影数据的期望m、标准差δ和最大峰值G
max
；
[0016]其中，图像垂直方向投影的计算方式为：
[0017]其中，x
i
(i＝1,2,3
…
M)为图像的x坐标，y
i
(i＝1,2,3
…
N)为图像的y坐标，M为图像宽度，N为图像高度，G为图像每一列的灰度值；
[0018]步骤S302、通过数据分析得出接触网导线的分布特征为：导线磨耗区域位于投影分布曲线的
±
10δ范围内；
[0019]步骤S303、在G
max
‑
10σ>G>G
max
+10σ的区域范围内计算灰度平均值即为导线磨耗区域分割阈值，如下所示：
[0020]其中G
sum
为G在G
max
±
10δ内的灰度投影和，C为投影灰度在G
max
±
10δ内的数量。
[0021]更进一步地，计算G在G
max
‑
16σ>G>G
max
+16σ的区域范围内地灰度投影和G
sum_16
以及数量C
16
，则接触网导线区域的阈值W
thr
通过下式计算得到：
[0022][0023]所述步骤S4，具体为：调用dot函数，输入A
thr
和像素点纹理值元素矩阵tex2D，获取到高于该灰度阈值的像素点集合A*。
[0024]根据提取到的导线区域灰度分割阈值W
thr
和导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，遍历
所述像素点纹理值元素矩阵tex2D，从中筛选出灰度值小于A
thr
且大于W
thr
的像素点，具体为：调用dot函数，输入W
thr
、A
thr
和像素点纹理值元素矩阵tex2D，获取到像素点纹理值元素矩阵tex2D中高于灰度阈值W
thr...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接触网导线磨耗区域的提取方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、将接触网导线的原始灰度图像输入到高阶着色器语言的着色器脚本中，声明图像对应纹理采样器；将确定的纹理采样器与像素着色器之间进行绑定；在入口主函数中输入所述原始灰度图像，得到整张原始灰度图像的像素点纹理坐标元素矩阵tex；步骤S2、在高阶着色器语言中调用tex2D映射函数，向tex2D映射函数中输入两个参数：其中一个参数为纹理采样器状态；另一个参数为整张原始灰度图像的像素点纹理坐标元素矩阵tex；返回得到整张图像的像素点纹理值元素矩阵tex2D；步骤S3、基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，提取导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，并归一化到[0,1]；步骤S4、根据步骤S3中提取的导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，遍历所述像素点纹理值元素矩阵tex2D，从中筛选灰度值大于A
thr
的像素点，识别导线磨耗区域在原始灰度图像中的起始位置和截止位置。2.如权利要求1所述的一种接触网导线磨耗区域的提取方法，其特征在于：遍历像素点纹理值元素矩阵tex2D，并逐行提取导线磨耗区域在原始灰度图像中的起始位置和截止位置后，对提取到的导线磨耗区域以内的像素点进行RGB着色，将该区域着色第一颜色。3.如权利要求1所述的一种接触网导线磨耗区域的提取方法，其特征在于：步骤S3中还包括，基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，提取接触网导线区域灰度分割阈值W
thr
，并归一化到[0,1]；根据提取到的导线区域灰度分割阈值W
thr
和导线磨耗区域灰度分割阈值A
thr
，遍历所述像素点纹理值元素矩阵tex2D，从中筛选出灰度值小于A
thr
且大于W
thr
的像素点，识别导线在原始灰度图像中的第一起始位置、第一截止位置、第二起始位置和第二截止位置。4.如权利要求3所述的一种接触网导线磨耗区域的提取方法，其特征在于：待逐行提取导线区域在原始灰度图像中的第一起始位置、第一截止位置、第二起始位置和第二截止位置后，对提取到的导线区域以内的像素点进行RGB着色，将该区域着色第二颜色。5.如权利要求1或3所述的一种接触网导线磨耗区域的提取方法，其特征在于：在步骤S3中，基于接触网导线的图像灰度垂直投影分布特征，具体是指，通过接触网导线垂直投影的高斯分布的特性进行导线磨耗区域的阈值判定；具体步骤如下：步骤S301、计算图像的垂直方向上的投影数据的期望m、标准差δ和最大峰值G
ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文军，刘颖强，李想，占栋，王瑞锋，张楠，周蕾，李治友，佘朝富，陈洪友，刘华云，
申请(专利权)人：成都唐源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：