基于视觉的列车车轮踏面擦伤定位方法
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2020-10-20
15:51:33
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基于视觉的列车车轮踏面擦伤定位方法基于视觉的列车车轮踏面擦伤定位方法
为了实现列车车轮踏面擦伤检测，建立了基于机器视觉的踏面擦伤动态检测系统。对该系统中踏面擦伤可疑图
像区域定位技术进行了研究。首先，采用快速中值滤波算法平滑原始图像，然后采用基于Canny算法的踏面区域
分割算法提取踏面区域，再根据踏面擦伤图像特征设计了基于踏面边缘线扫描搜索擦伤可疑区域的方法提取擦
伤可疑图像区域。实验结果表明,该系统对擦伤的定位准确率为97.62%，漏识率为2.38%，误识率为3.81%，为
后续擦伤的识别奠定了基础。
国外自20世纪70 年代开始对车轮踏面擦伤自动检测方法进行研究，提出的检测方法主要有振动法[1]、共振解调法[2]、电磁
超声检测法[3-4]、冲击载荷法[5]。但国内起步较晚，自20世纪90年代才开始对踏面擦伤动态检测系统进行研究，主要采用的
方法有振动法[6]、共振解调法[7]、踏板法[8]、电磁超声检测法[9]、冲击载荷法[10]。以上提到的踏面擦伤检测方法都存在测
量精度低和车轮检测兑现率低的缺点。目前，在我国铁路系统没有一种理想的检测方法，车辆检修部门仍然采用人工目视、静
态测量或凭经验听声音的方法检测，这种方法的缺点是劳动强度大、测量精度低。而机器
基于此，本文首先建立了基于机器视觉的车轮踏面擦伤动态检测系统，提出了基于Canny算法的踏面区域分割算法和一种基
于踏面边缘线扫描搜索的擦伤区域提取的算法。实验结果表明，本文算法可以有效地进行踏面擦伤可疑区域的定位。
1 系统结构系统结构
系统总体结构如图1所示，系统由左侧和右侧车轮检测装置、交换机和高速计算机组成。左侧和右侧车轮检测装置分别安装
在铁轨两侧，都是由3台数字摄像机、3个光源、3个车轮触发器组成。检测原理是：列车低速进入检测区段，当车轮触发器检
测到车轮时，光源打开，摄像机采集到踏面图像，通过以太网并经过交换机传送到高速计算机内进行图像处理和识别。
2 踏面擦伤可疑区域定位算法踏面擦伤可疑区域定位算法
图2是擦伤检测算法流程图。踏面擦伤检测包括擦伤可疑区域定位和擦伤识别两个模块。其中，擦伤可疑区域定位模块包括
图像平滑、踏面区域分割和擦伤可疑区域检测三部分。图像平滑的作用是去除图像噪声；踏面区域分割的目的是分割出踏面擦
伤所在的区域；擦伤可疑区域检测是在踏面区域内找到擦伤可疑区域；擦伤识别是利用识别算法进一步判断可疑区域是否属于
擦伤。本文重点介绍擦伤可疑区域定位算法。
2.1 图像平滑图像平滑
图像平滑的目的是去除图像噪声。本文选用快速中值滤波算法平滑图像。
2.2 踏面区域分割踏面区域分割
踏面区域分割的目的是缩小检测的范围。算法实现过程如下：
(1)采用传统Canny算法提取图像边缘线。
(2)采用轮廓跟踪法跟踪边缘，去除链码长度小于一定阈值的线段。
(3)判断保留下的两条不同的边缘线之间的最大距离(max)和最小距离(min)，把满足max<Tmax且min>Tmin的两条线保留
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