一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，通过总控制模块控制相机拍摄并回传图片，控制曝光调整模块、接触网悬挂部件整体检测模块、接触网悬挂部件位置检测模块的运行，通过选图模型、关键点检测模型、关键点修正算法、dp动态规划算法，用于轨道交通接触网悬挂部件位移检测，在深度信息有限且缺乏尺度信息的情况下实现了较高的检测精度并将检测到的部件相对位置信息记录在数据库中，针对部件位移值超过阈值的情况，将相关图片和报警数据进行存储，以供后续分析，分析处理相机设备传回的图像数据，在列车行进过程中通过识别接触网悬挂部件，并计算悬挂部件内的各个连接部件的位置，并进行对比，判断悬挂部件是否发生位移。否发生位移。否发生位移。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法


[0001]本专利技术属于轨道交通视觉测量
，具体涉及一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法。

技术介绍

[0002]接触网悬挂部件位移检测是铁路领域的一个重要问题。传统的位移检测方法主要依赖于物理传感器(如加速度计、位移传感器等)，但存在着安装复杂、维护成本高以及对铁路运行产生干扰的问题。
[0003]目前常见的非接触式接触网悬挂部件检测方案有基于单目相机的算法和基于双目的相机算法，与双目相比，单目相机的具有如下优势：1.成本更低：使用单目相机进行位移检测相对于双目相机来说成本更低。双目相机需要两个摄像头和额外的处理单元来进行图像处理和匹配，而单目相机只需要一个摄像头。2.安装更方便：单目相机只需要安装一个摄像头即可，相对于双目相机而言安装更加简单。这样可以减少安装时间和劳动力成本。3.对场景要求更低：基于双目相机的算法通常需要相机之间具有一定的基线距离，以便进行视差计算和深度估计。而基于单目相机的算法不需要这个限制，因此更适用于不同尺度和距离的接触网悬挂部件位移检测。4.更广泛的应用范围：基于单目相机的算法可以应用于各种不同的铁路环境和场景，包括直线轨道、曲线轨道、桥梁、隧道等。它的灵活性和适应性更高。5.算法较为简单：相对于双目相机的算法来说，基于单目相机的位移检测算法通常更简单。这是因为双目相机需要进行视差计算和深度估计等复杂的计算过程，而单目相机可以通过特征提取和特征匹配等简单的计算来实现位移检测。但是单目相机的缺点有：1.深度信息有限：单目相机只能获取二维图像信息，无法直接获得物体的深度信息。相比之下，双目相机可以通过视差计算和立体视觉方法获得物体的三维深度信息，从而提供更准确的位移测量。2.缺乏尺度信息：单目相机无法直接获得物体的尺度信息。在位移检测中，尺度信息对于准确测量位移至关重要。而双目相机由于有基线距离，可以通过三角测量原理获取物体的尺度信息，从而提供更准确的位移测量结果。3.对纹理和特征依赖性高：单目相机在位移检测中更加依赖于图像中的纹理和特征点。如果接触网悬挂部件表面纹理较少或特征点不明显，单目相机的位移检测可能受到影响，精度可能较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，用于轨道交通接触网悬挂部件位移检测，在深度信息有限且缺乏尺度信息的情况下实现了较高的检测精度并将检测到的部件相对位置信息记录在数据库中。针对部件位移值超过阈值的情况，记录报警信息，并将相关图片和报警数据进行存储，以供后续分析。分析处理相机设备传回的图像数据，在列车行进过程中通过识别接触网悬挂部件，并计算悬挂部件内的各个连接部件的位置，并进行对比，判断悬挂部件是否发生位移。
[0005]本专利技术提供一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，包括以下步骤：
[0006]S1、总控制模块存储配置信息，配置信息包括相机配置信息、惯导配置信息，总控制模块根据惯导配置信息判断列车的行驶状态，并控制曝光调整模块、接触网悬挂部件整体检测模块、接触网悬挂部件位置检测模块的运行，控制相机拍摄并回传图片；
[0007]S2、曝光调整模块自动进行相机曝光的调整，通过设定亮度检测区域，实时分析相机回传图片中该亮度检测区域的像素亮度均值并进行判断，从而对相机曝光进行调整使得相机回传图片的像素亮度均值预设的阈值范围内；
[0008]S3、接触网悬挂部件整体检测模块自动抓取悬挂部件的最佳图像并记录；
[0009]S4、接触网悬挂部件位置检测模块对悬挂部件的各个部分的位置通过关键点检测模型进行定位；
[0010]S5、将检测到的悬挂部件的各个部分的位置的定位信息进行比对，根据比对结果判定是否发生位移，如发生位移，则记录信息并发出警报。
[0011]进一步地，所述S1中具体还包括：总控制模块采用json格式文件来存储配置信息，总控制模块根据惯导配置信息判断列车的行驶状态，当检测到列车启动时，总控制模块进行初始化并自检，自检无误后按频率控制相机拍摄并回传图片，当检测到列车暂时无速度时，继续保持运算，若检测到列车长时间无速度信号时，则会自动关闭总控制模块。
[0012]进一步地，所述S2中具体还包括：计算亮度检测区域的像素亮度均值，如果超出像素亮度阈值范围，曝光调整模块则调用相机的曝光调整接口动态调整相机的曝光值，曝光调整模块预留3帧图像的时间为曝光调整时间，之后再次对亮度检测区域的像素亮度均值进行检测判断，直至亮度检测区域的像素亮度均值在像素亮度阈值范围内。
[0013]进一步地，所述计算亮度检测区域的像素亮度均值的具体方法为：
[0014][0015][0016]其中，x,y代表亮度检测区域的像素的坐标，g(x,y)为该亮度检测区域像素的坐标的灰度值，th为像素亮度的灰度阈值，result为计算结果，与像素亮度阈值范围进行比较来判断是否需要调整曝光。
[0017]进一步地，所述S3中具体还包括：接触网悬挂部件整体检测模块采用YOLO系列目标检测模型，对相机回传图片的每帧图像进行实时检测，当检测识别到悬挂部件后，设置帧计数器并进入选图模式，在帧计数器的计数范围内，通过检测识别出的悬挂部件的尺寸信息来综合判断是否为当前悬挂部件的最佳图片，当帧计数器的计数达到计数范围阈值后，记录当前悬挂部件的最佳的相机回传图片和相关参数。
[0018]进一步地，所述S4中具体还包括：接触网悬挂部件位置检测模块采用YOLO
‑
POSE关键点检测模型通过额外开启线程的方法运行，对接触网的悬挂部件的各个部件的位置进行定位，进行实时检测。
[0019]进一步地，所述S4中具体还包括：接触网悬挂部件位置检测模块通过局部二值化、骨架提取的方法，修正偏移的像素位置，提升检测精度。
[0020]进一步地，所述S5中将检测到的悬挂部件的各个部分的位置的定位信息进行比对的具体方法是：采用dp动态规划算法，以悬挂部件的类型序列作为匹配依据，计算两趟线路数据中的最大匹配方案，实现两趟数据的精准匹配，当两趟线路数据中的同一个悬挂部件
的回传图片的像素的坐标的差值大于预设的位移阈值时，判断该悬挂部件发生位移，记录当前的悬挂部件图像、悬挂部件编号信息、报警信息。
[0021]进一步地，所述S5中将检测到的悬挂部件的各个部分的位置的定位信息进行比对的具体还包括：采用当前单趟线路的悬挂部件的检测数据与人工创建的历史悬挂部件的检测数据进行对比。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利方案采用了单目相机的方案实现了接触网悬挂部件的高精度位移检测，相比双目相机的方案，对设备的算力要求大大降低，减少了设备采购和维护成本。本技术方案利用总控制模块的惯导配置信息自动检测列车启停状态，实现列车启动即开始采集接触网数据，无需人工干预，同时结合高效的曝光调整模块、接触网悬挂部件整体检测模块、接触网悬挂部件位置检测模块，实现全天候高精度的悬挂部件的位移测量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、总控制模块存储配置信息，配置信息包括相机配置信息、惯导配置信息，总控制模块根据惯导配置信息判断列车的行驶状态，并控制曝光调整模块、接触网悬挂部件整体检测模块、接触网悬挂部件位置检测模块的运行，控制相机拍摄并回传图片；S2、曝光调整模块自动进行相机曝光的调整，通过设定亮度检测区域，实时分析相机回传图片中该亮度检测区域的像素亮度均值并进行判断，从而对相机曝光进行调整使得相机回传图片的像素亮度均值预设的阈值范围内；S3、接触网悬挂部件整体检测模块自动抓取悬挂部件的最佳图像并记录；S4、接触网悬挂部件位置检测模块对悬挂部件的各个部分的位置通过关键点检测模型进行定位；S5、将检测到的悬挂部件的各个部分的位置的定位信息进行比对，根据比对结果判定是否发生位移，如发生位移，则记录信息并发出警报。2.如权利要求1所述的一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，其特征在于，所述S1中具体还包括：总控制模块采用json格式文件来存储配置信息，总控制模块根据惯导配置信息判断列车的行驶状态，当检测到列车启动时，总控制模块进行初始化并自检，自检无误后按频率控制相机拍摄并回传图片，当检测到列车暂时无速度时，继续保持运算，若检测到列车长时间无速度信号时，则会自动关闭总控制模块。。3.如权利要求1所述的一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，其特征在于，所述S2中具体还包括：计算亮度检测区域的像素亮度均值，如果超出像素亮度阈值范围，曝光调整模块则调用相机的曝光调整接口动态调整相机的曝光值，曝光调整模块预留3帧图像的时间为曝光调整时间，之后再次对亮度检测区域的像素亮度均值进行检测判断，直至亮度检测区域的像素亮度均值在像素亮度阈值范围内。4.如权利要求3所述的一种基于单目相机的接触网悬挂部件位移检测方法，其特征在于，所述计算亮度检测区域的像素亮度均值的具体方法为：于，所述计算亮度检测区域的像素亮度均值的具体方法为：其中，x,y代表亮度检测区域的像素的坐标，g...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱天华，王洪亮，
申请(专利权)人：上海天链轨道交通检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：