直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法
2023-10-09 01:55:34
專利名稱：直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法
技術領域：
本發明涉及鐵路轉轍機表示杆缺口監測技術領域，具體是一種採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像得出缺口數據的方法。
背景技術：
隨著我國鐵路現代化建設的迅速發展，列車運行速度和運行密度也隨之大大提高，為使鐵路信號設備保持良好的質量狀態，對維護工作的高效、科學性提出了更高的要求。轉轍機是鐵路道岔控制系統得主要信號設備，除用於道岔的轉換與鎖閉外，轉轍機表示杆缺口偏移量的大小反映了道岔尖軌(及芯軌)所處位置和狀態。轉轍機上設置有L型缺口指示標(主要是指示標的垂直部分，水平部分僅用來固定)，表示杆上杆、表示杆下杆。表示杆上杆設有缺口(缺口寬度6mm 7mm)，表示杆下杆也設有缺口(缺口寬度 6mm 7mm)。表示杆上杆的缺口和表示杆下杆的缺口統稱表示杆缺口。L型缺口指示標固定不變，表示杆上杆與表示杆下杆都可能左右移動，也就是表示杆上杆的缺口和表示杆下杆的缺口都可能左右移動。正常工作時，轉轍機有2個位置，分別是定位和反位，即定反位位置信息。轉轍機在定位，表示杆上杆的缺口正對L型缺口指示標的中心，此時，L型缺口指示標的左邊沿到表示杆上杆缺口的左邊沿之間的距離，稱定位缺口，其距離的大小，稱為定位缺口數據。轉轍機在反位，表示杆下杆的缺口正對L型缺口指示標的中心，此時，L型缺口指示標的左邊沿到表示杆下杆缺口的左邊沿之間的距離，稱反位缺口，其距離的大小，稱為反位缺口數據。定位缺口數據與反位缺口數據統稱為缺口數據。由於轉轍機工作環境非常惡劣，動作頻繁，加之軌溫變化，軌道線路整修，道岔杆件磨耗曠動等，使得表示杆狀態會發生變化，當缺口偏移量超標時，嚴重影響行車安全。轉轍機表示杆缺口監測產品主要有開關量式、數字式、視頻式。開關量式缺口監測產品，價格低廉、安裝方便、而且與溫溼度等環境無關，但是它只能定性檢測轉轍機表示缺口狀態，不能把缺口的變化狀態完全量化，已慢慢被市場淘汰。數字式缺口監測產品，實現了缺口變化狀態的量化，但是由於不夠直觀，作業人員需學習並記住監測產品傳輸上來的不同數字的含義，然後根據數字分析缺口的狀態，對作業人員的要求較高。視頻式缺口監測產品，可以直觀的隨時查看轉轍機表示杆缺口圖像，提高了工作效率，減少了作業人員的工作強度，不受環境限制。但目前的視頻監測式缺口監測裝置其攝像頭解析度低，並且使用現場多達上百臺轉轍機，轉轍機內的攝像設備將圖像壓縮為JPG數字圖像，分別上傳到設備機房，集中由監測軟體計算出缺口偏移量，圖像質量有損失，處理速度慢、實時性不強，沒有過車視頻、振動視頻、溫溼度、振動強度監測功能。此外，目前的視頻監測方式都是間接計算缺口的大小，其方法是在轉轍機內缺口旁確定一固定位置，做一標記，如畫一直線，在轉轍機內缺口處固定一個金屬片，金屬片隨缺口移動，金屬片上畫一直線，與標記的直線平行，採用攝像頭對缺口進行拍照，得到缺口圖像，對缺口圖像進行分析，計算出標記的直線與隨缺口移動的直線之間的位置坐標差， 根據已經確定的對應關係，間接計算缺口的大小。由於要在表示杆上設置標記，需對轉轍機進行改造，施工比較困難，標記的設置精度也比較難以控制。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的是提供一種直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法，該方法包括以下步驟1)、存儲採集到的表示杆缺口圖像；2)、讀取要處理的表示杆缺口圖像；3)、在表示杆缺口圖像上，將表示杆缺口限定在一預設的區域內，該區域的限定參數根據採集到的表示杆缺口圖像進行預設；在豎直坐標軸上設定表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線的豎直坐標記為y0 ；4)對限定區域內圖像中的表示杆缺口圖像進行包括二值化和形態濾波的處理，再進行特徵提取，得到表示杆缺口圖像中L型缺口指示標的邊沿圖；對L型缺口指示標的邊沿圖進行直方圖統計，在水平坐標軸上得到L型缺口指示標的左邊沿坐標記為xl、右邊沿坐標記為x2 ；5)、採用SOBEL邊沿查找方法提取步驟b3)得到的限定區域內圖像中的表示杆缺口的邊沿信息；6)、對於提取到的表示杆缺口的邊沿信息進行形態學濾波，得到缺口分析圖像，並對缺口分析圖像進行規整處理；7)、對於缺口分析圖像進行直方圖統計，對統計到的直方圖進行二次轉化，得到表示杆缺口的兩個邊沿；8)、對於得到的表示杆缺口的兩個邊沿進行精確邊沿查找，在水平坐標軸上得出缺口兩邊沿坐標即缺口左邊沿坐標記為x3、缺口右邊沿坐標記為x4 ；取缺口左邊沿上的一點記為x3、y3 ；或取缺口右邊沿上的一點記為x4、y4 ；進行精確邊沿查找時首先，利用擬合的方法進行精確邊沿查找找到兩條邊沿線之後將查找到的兩條邊沿線進行延伸，精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法失效，則利用矩形樣本特徵提取方法進行精確邊沿查找探測矩形計算圖像左右之間的差值，停留在圖像左右差值最大的點上即為圖像，最終精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法、矩形樣本特徵提取方法都失效，則通過對直方圖得到的兩個邊沿進行統計進行精確邊沿查找，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；9)、根據預設的表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線豎直坐標y0、缺口左邊沿上的一點的豎直坐標y3或缺口右邊沿上的一點豎直坐標y4得出所述的定反位位置信息；根據採集的表示杆缺口圖像的解析度及得到的L型缺口指示標的左邊沿坐標、L 型缺口指示標的右邊沿坐標，缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標得出缺口數據；10)、輸出所述的定反位位置信息、L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標、缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標及所述的缺口數據；11)、再重新採集表示杆缺口圖像並重複以上步驟。作為本發明的進一步的技術方案該鐵路轉轍機表示杆缺口視頻監測方法，步驟10)中，通過將L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標、所述分界線的豎直坐標、缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標及所述的缺口數據在所述的表示杆缺口圖像上標出進行輸出。本發明的有益效果是該方法不需要預先在轉轍機設置標誌，從而不需要對轉轍機進行任何改造，而是直接根據採集到的轉轍機表示杆缺口圖像直接得出缺口數據；具體實現時該方法所依賴的系統不需要新敷設電纜，可根據現場情況靈活組網；設置更簡便，即該方法有利於降低缺口監測系統的實現的難度。而且能避免因標誌本身的設置精度對監測結果的精確度的影響，使得監測結果更精確，誤差更小，滿足缺口的誤差不大於0. Imm的要求。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明圖1為本發明實施例的流程具體實施例方式如圖1所示，該直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法，包括以下步驟1)、將採集到的所述表示杆缺口圖像存儲到存儲器的指定區域；2)、讀取要處理的表示杆缺口圖像，如圖2所示；3)、在表示杆缺口圖像上，將表示杆缺口限定在一預設的區域內，該區域的限定參數根據採集到的表示杆缺口圖像進行預設；在豎直坐標軸上設定表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線的豎直坐標記為y0 ；4)對限定區域內圖像中的表示杆缺口圖像進行包括二值化和形態濾波的處理，再進行特徵提取，得到表示杆缺口圖像中L型缺口指示標的邊沿圖，如圖3所示；對L型缺口指示標的邊沿圖進行直方圖統計，在水平坐標軸上得到L型缺口指示標的左邊沿坐標、右邊沿坐標，如圖4所示；L型缺口指示標的左邊沿坐標記為xl、右邊沿坐標記為x2 ；5)、採用SOBEL邊沿查找方法提取步驟b3)得到的限定區域內圖像中的表示杆缺口的邊沿信息；為了追求適中的邊沿查找效果，可以對參數進行限制，對於圖像關心的像素點的信息進行去邊沿；6)、對於提取到的表示杆缺口的邊沿信息進行形態學濾波，即圖像的開閉運算，形成缺口分析圖像，並對缺口分析圖像進行規整處理，規整處理後得到圖像如圖5所示；規整處理時，如果圖像當中的幹擾信息比較多，可以通過進行腐蝕運算實現規整處理，如果圖像的信息不明顯，可以通過進行膨脹運算實現規整處理；7)、對於缺口分析圖像進行直方圖統計，因為圖像的上下大小不一致，因此對統計到的直方圖進行二次轉化，得到缺口的兩個邊沿；轉化的比例可以通過設定參數進行調整；8)、對於得到的表示杆缺口的兩個邊沿進行精確邊沿查找，在水平坐標軸上得出缺口兩邊沿坐標即缺口左邊沿坐標記為x3、缺口右邊沿坐標記為x4 ；取缺口左邊沿上的一點記為x3、y3 ；或取缺口右邊沿上的一點記為x4、y4 ；進行精確邊沿查找時首先，利用擬合的方法進行精確邊沿查找找到兩條邊沿線之後將查找到的兩條邊沿線進行延伸，精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法失效，則利用矩形樣本特徵提取方法進行精確邊沿查找探測矩形計算圖像左右之間的差值，停留在圖像左右差值最大的點上即為圖像，最終精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法、矩形樣本特徵提取方法都失效，則通過對直方圖得到的兩個邊沿進行統計進行精確邊沿查找，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；9)、根據預設的表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線豎直坐標y0、缺口左邊沿上的一點的豎直坐標y3或缺口右邊沿上的一點豎直坐標y4得出所述的定反位位置信息；因為轉轍機處於一個位置時，表示杆上杆的缺口、表示杆下杆的缺口兩者只能有一個，如果轉轍機處於定位則是表示杆上杆的缺口，則缺口高於分界線，即缺口邊沿上的點豎直坐標y3或y4 >所述分界線的豎直坐標y0 ；如果轉轍機處於反位則是表示杆下杆的缺口，則缺口低於分界線，即缺口邊沿上的點豎直坐標y3或74 y0，則轉轍機處於定位；如果y3 < y0，則轉轍機處於反位；根據採集的表示杆缺口圖像的解析度及得到的L型缺口指示標的左邊沿坐標、L 型缺口指示標的右邊沿坐標，缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標得出缺口數據；該方法採集的是S700K轉轍機表示杆缺口圖像，S700K轉轍機表示杆缺口寬度為 6mm，經過坐標計算，如缺口左右兩邊沿在水平軸即X軸上的坐標之間的差為302，則圖像解析度=6mm/302 = 0. 0198mm ；本應用中由於攝像頭的焦距固定，所以圖像解析度也是固定的；計算L型缺口指示標的左邊沿坐標Xl與缺口左邊沿坐標x3之差，則缺口數據= 0. 0198X xl-x3|mm ；10)、輸出所述的定反位位置信息、L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標、缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標及所述的缺口數據；該方法中是將上述坐標及缺口數據在表示杆缺口圖像上用標示線標出，如圖6所示；
11)、再重新採集表示杆缺口圖像並重複以上步驟。通過上述方法直接採用缺口圖像進行計算得出缺口大小並計算缺口數據，不用設置標誌，從而能避免因標誌本身的設置精度對監測結果的精確度的影響，使得監測結果更精確，誤差更小，滿足缺口的誤差不大於0. Imm的要求。此外，不用再做標誌，從而在實現時不需對現有的轉轍機進行設備改造，使得監測系統安裝實現更簡便。本發明並不僅僅局限於上述實施例。
權利要求
1.直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法，其特徵是，該方法包括以下步驟1)、存儲採集到的表示杆缺口圖像；2)、讀取要處理的表示杆缺口圖像；3)、在表示杆缺口圖像上，將表示杆缺口限定在一預設的區域內，該區域的限定參數根據採集到的表示杆缺口圖像進行預設；在豎直坐標軸上設定表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線的豎直坐標記為y0 ；4)對限定區域內圖像中的表示杆缺口圖像進行包括二值化和形態濾波的處理，再進行特徵提取，得到表示杆缺口圖像中L型缺口指示標的邊沿圖；對L型缺口指示標的邊沿圖進行直方圖統計，在水平坐標軸上得到L型缺口指示標的左邊沿坐標記為xl、右邊沿坐標記為x2 ；5)、採用SOBEL邊沿查找方法提取步驟b3)得到的限定區域內圖像中的表示杆缺口的邊沿信息；6)、對於提取到的表示杆缺口的邊沿信息進行形態學濾波，得到缺口分析圖像，並對缺口分析圖像進行規整處理；7)、對於缺口分析圖像進行直方圖統計，對統計到的直方圖進行二次轉化，得到表示杆缺口的兩個邊沿；8)、對於得到的表示杆缺口的兩個邊沿進行精確邊沿查找，在水平坐標軸上得出缺口兩邊沿坐標即缺口左邊沿坐標記為x3、缺口右邊沿坐標記為x4 ；取缺口左邊沿上的一點記為x3、y3 ；或取缺口右邊沿上的一點記為x4、y4 ；進行精確邊沿查找時首先，利用擬合的方法進行精確邊沿查找找到兩條邊沿線之後將查找到的兩條邊沿線進行延伸，精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法失效，則利用矩形樣本特徵提取方法進行精確邊沿查找探測矩形計算圖像左右之間的差值，停留在圖像左右差值最大的點上即為圖像，最終精確定位缺口兩邊沿，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；如果擬合的方法、矩形樣本特徵提取方法都失效，則通過對直方圖得到的兩個邊沿進行統計進行精確邊沿查找，得出缺口左邊沿坐標、得出缺口右邊沿坐標；9)、根據預設的表示杆上杆與表示杆下杆之間的分界線豎直坐標y0、缺口左邊沿上的一點的豎直坐標y3或缺口右邊沿上的一點豎直坐標y4得出所述的定反位位置信息；根據採集的表示杆缺口圖像的解析度及得到的L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標，缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標得出缺口數據；10)、輸出所述的定反位位置信息、L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標、缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標及所述的缺口數據；11)、再重新採集表示杆缺口圖像並重複以上步驟。
2.根據權利要求1所述的一種鐵路轉轍機表示杆缺口視頻監測方法，其特徵是步驟 10)中，通過將L型缺口指示標的左邊沿坐標、L型缺口指示標的右邊沿坐標、所述分界線的豎直坐標、缺口左邊沿坐標、缺口右邊沿坐標及所述的缺口數據在所述的表示杆缺口圖像上標出進行輸出。
全文摘要
一種直接採集鐵路轉轍機表示杆缺口圖像測得缺口數據的方法，其特徵是包括以下步驟存儲採集的表示杆缺口圖像；讀取要處理的表示杆缺口圖像；表示杆缺口限定在預設區域；得到表示杆缺口圖像中L型缺口指示標的邊沿坐標；用SOBEL邊沿查找方法提取缺口的邊沿信息；對缺口的邊沿信息形態學濾波形成缺口分析圖像；對缺口分析圖像進行直方圖統計，二次轉化，得到缺口的兩邊沿；對缺口的兩邊沿進行精確邊沿查找得出缺口的邊沿坐標；根據圖像解析度及上述坐標得出缺口數據；輸出上述坐標及缺口數據，再重新採集表示杆缺口圖像並重複以上步驟。該方法不用設置標誌，不對轉轍機進行改造，且結果不受標誌設置精度的影響，更精確。
文檔編號G06T7/00GK102556119SQ201110425828
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者盧立清, 李志方, 秦廣軍 申請人:濟南鐵路天龍高新技術開發有限公司