一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法及系統與流程
2024-03-07 14:07:15 1
本發明涉及電氣化高鐵接觸網安全檢測領域，具體涉及一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法及系統。
背景技術：
隨著高速鐵路運輸技術的進一步發展及其廣泛應用，高鐵接觸網作為向機車提供電能的重要設施，其是否處於安全工作狀態也越來越受到關注。為了保證接觸網處於良好工作狀態，以利於電氣化鐵道的安全運營，越儘早發現並處理接觸網故障。實際中，高鐵接觸網故障主要由零部件的松、脫、缺、裂等造成。
旋轉雙耳是接觸網中支持及懸掛裝置中重要的緊固件之一，旋轉雙耳上的開口銷是否處於良好的工作狀態是旋轉雙耳上容易出現的故障之一，開口銷的脫落將會給接觸網的安全帶來隱患。目前，對於高鐵接觸網檢測模式是在天窗作業時人工上線巡檢，但由於線路所處環境複雜，人為觀察危險性高及職工素質不均等因素，極有可能出現漏檢的情況，從而造成安全隱患。另外，對於旋轉雙耳開口銷的工作狀態的檢測目前尚未出現有比較成熟的自動檢測方法，因此，如何快速準確檢測高鐵旋轉雙耳開口銷的狀態是一個亟待解決的問題。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法及系統，通過該方法及系統能夠高效準確的檢測出旋轉雙耳豎向開口銷是否缺失。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，包括以下步驟：
(1)採集高鐵接觸網的支持定位裝置的圖像；
(2)採用模板匹配的方式，定位出支持定位裝置圖像中旋轉雙耳所在的區域；
(3)以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為感興趣區域圖像；
(4)將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域；
(5)根據旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像判斷旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失，判斷方式為：
5.1)計算旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的寬度，所述寬度為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的連通域的最小外接矩形的水平寬度；
5.2)判斷所述寬度是否大於設定閾值，若是，則判斷所述豎向開口銷存在，若否，則判斷所述豎向開口銷缺失。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，步驟(3)中，以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪，包括：
3.1)根據模板圖像將所述支持定位裝置圖像進行空間域變換，使變換後旋轉雙耳所在區域的中心坐標與模板圖像的中心坐標重合；
3.2)以模板圖像的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對變換後的圖像進行裁剪。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，步驟3.1)中，根據模板圖像採用變換矩陣的方式將所述支持定位裝置圖像進行空間域變換；所述變換矩陣hommat2dglobal為：
hommat2dglobal＝
hommat2dtranslate*hommat2dscale*hommat2drotate
其中，hommat2dtranslate表示平移變換矩陣，hommat2dscale表示縮放變換矩陣，hommat2drotate表示旋轉變換矩陣；
所述平移變換矩陣計算方式為：
其中，modelrow、modelcolumn分別表示模板圖像的中心的行坐標和列坐標，row、column分別表示旋轉雙耳所在的區域的中心的行坐標和列坐標；
所述縮放變換矩陣為：
其中，modelscale表示支持定位裝置圖像相對於模板圖像的縮放係數；
所述旋轉變換矩陣為：
其中，phi表示待匹配圖像歸一化時，支持定位裝置圖像相對於模板圖像的旋轉角度，即phi＝modelangle。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，步驟(4)中，將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的方式為：
4.1)將感興趣區域圖像進行二值化處理，得到二值化圖像；
4.2)採用預設的結構元素依次對所述二值化圖像進行形態學腐蝕和膨脹處理，得到膨脹處理後的圖像；
4.3)獲取所述二值化圖像和膨脹處理後圖像的差值圖像，標記差集圖像中的連通區域，將差值圖像中面積最大的連通區域確定為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方 法，步驟4.3)中，確定出旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域之後，以確定出的旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的中心為中心，按照第二預設圖像尺寸對所述二值化圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，步驟(1)中，採集高鐵接觸網的支持定位裝置的圖像後，還包括對支持定位裝置的圖像進行預處理的步驟；所述預處理包括將圖像進行增強和去噪。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，所述將待檢測圖像進行增強的公式為：
g′＝g×mult+add
mult＝255/(gmax-gmin)
add＝mult×gmin
其中，g為增強處理前圖像中像素點的灰度值，g′為增強處理後結果圖像灰度值；mult為線性變換係數，add為線性變換增量，gmax和gmin分別表示增強處理前圖像中的最大灰度值和最小灰度值。
本發明實施例中還提供了一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測系統，包括：
圖像採集模塊，用於採集高鐵接觸網的支持定位裝置的圖像；
旋轉雙耳定位模塊，用於採用模板匹配的方式，定位出支持定位裝置圖像中旋轉雙耳所在的區域；
圖像裁剪模塊，用於以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為感興趣區域圖像；
雙耳豎向開口銷定位模塊，用於將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域；
開口銷缺失判斷模塊，用於根據旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像 判斷旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失；開口銷缺失判斷模塊包括：
開口銷區域寬度計算單元，用於計算旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的寬度，所述寬度為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的連通域的最小外接矩形的水平寬度；
缺失判斷單元，用於判斷所述寬度是否大於設定閾值，若是，則判斷所述豎向開口銷存在，若否，則判斷所述豎向開口銷缺失。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測系統，所述雙耳豎向開口銷定位模塊包括：
圖像二值化單元，用於將感興趣區域圖像進行二值化處理，得到二值化圖像；
腐蝕膨脹處理單元，用於採用預設的結構元素依次對所述二值化圖像進行形態學腐蝕和膨脹處理，得到膨脹處理後的圖像；
第一開口銷區域定位單元，用於獲取所述二值化圖像和膨脹處理後圖像的差值圖像，標記差集圖像中的連通區域，將差值圖像中面積最大的連通區域確定為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域。
進一步，如上所述的一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測系統，所述雙耳豎向開口銷定位模塊還包括：
第二開口銷區域定位單元，用於在確定出旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域之後，以確定出的旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的中心為中心，按照第二預設圖像尺寸對所述二值化圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像。
本發明的有益效果在於：本發明所提供的檢測方法及系統，能夠快速準確的檢測出旋轉雙耳豎向開口銷的狀態，判斷出開口銷是否缺失，以儘早發現高鐵接觸網中的故障，為高鐵接觸網的安全提供了保障，能夠有效減少安全隱患。
附圖說明
圖1為本發明具體實施方式中一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法的流程圖；
圖2為具體實施方式中裁剪出的感興趣區域圖像的示意圖；
圖3為具體實施方式中裁剪旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像的示意圖；
圖4為具體實施方式中豎向開口銷存在時的示意圖；
圖5為具體實施方式中豎向開口銷缺失時的示意圖；
圖6為本發明具體實施方式中一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測系統的結構框圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖與具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。
圖1示出了本發明具體實施方式中一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法的流程圖，該方法主要包括以下步驟：
步驟s100：採集高鐵接觸網的支持定位裝置的圖像；
步驟s200：採用模板匹配的方式定位出支持定位裝置圖像中旋轉雙耳所在的區域；
步驟s300：根據定位出的旋轉雙耳所在的區域，對支持定位裝置進行裁剪，得到感興趣區域圖像；
首先通過高清圖像採集設備採集高鐵接觸網支持定位裝置的圖像，由於採集到的圖像中支持定位裝置的灰度值較背景高(本實施方式中圖像的背景色接近黑色)，為了更加突出支持定位裝置的特徵，首先對採集到的圖像進行預處理，所述預處理包括對圖像進行增強和去除噪聲。
本實施方式中，採用線性變換增強圖像，線性變換增強的公式為：
g′＝g×mult+add
mult＝255/(gmax-gmin)
add＝mult×gmin
其中，g為增強處理前圖像中像素點的灰度值，g′為增強處理後結果圖像灰度值；mult為線性變換係數，add為線性變換增量，gmax和gmin分 別表示增強處理前圖像中的最大灰度值和最小灰度值。
圖像採集設備採集到的圖像通常會含有各種噪聲，另一方面，在進行圖像增強處理時也會引入噪聲，為了去除噪聲，可以採用高斯濾波器對圖像進行平滑處理。
完成圖像的預處理後，對預處理後的支持定位裝置圖像採用模板圖像匹配的方式粗略定位出圖像中旋轉雙耳所在的區域，具體的：製作旋轉雙耳的模板圖像(將旋轉雙耳的輪廓做成圖像，模板圖像中旋轉雙耳所連接的定位管水平放置)，將支持定位裝置圖像採用模板圖像匹配的方式，定位出支持定位裝置圖像中旋轉雙耳所在的區域。
本實施方式中，在根據模板圖像匹配出旋轉雙耳所在的區域後，記錄匹配時所採用的模板圖像的中心坐標為(modelrow,modelcolumn)，匹配到的目標的旋轉角度為modelangle，匹配到的目標的縮放係數為modelscale。其中，modelrow、modelcolumn分別為行坐標和列坐標，本實施方式中，圖像的坐標原點為圖像的左上角，modelangle為模板圖像與目標區域圖像匹配時目標區域圖像相對於模板圖像的旋轉的角度，modelscale為支持定位裝置圖像相對於模板圖像大小的縮放倍數。採用模板匹配的方式定位出待處理圖像中相對應的區域為現有技術，在此不再詳細描述。
完成旋轉雙耳所在區域的粗略定位後，以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為感興趣區域圖像。在實際應用中，所述第一預設圖像尺寸可以根據實際應用場景進行設置。
由於在實際處理過程中，待處理的支持定位裝置的圖像是非常多的，為了使得到的感興趣區域圖像都能夠歸一化(圖像中各零部件的大小和位置都歸一化到基本一樣的形式)，本實施方式中，所述以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪的具體方式為：
在完成旋轉雙耳所在區域的粗略定位後，首先根據模板圖像將所述支持定位裝置圖像進行空間域變換，使變換後旋轉雙耳所在區域的中心與模板圖像的中心重合；之後，以旋轉雙耳所在區域的中心為中心，按照第一預設圖 像尺寸對變換後的圖像進行裁剪，得到感興趣區域圖像。
本實施方式中，採用圖像變換矩陣將所述支持定位裝置進行空間域變換，包括對圖像的平移變換、縮放變換和旋轉變換。本實施方式中，圖像的變換矩陣hommat2dglobal為：
hommat2dglobal＝
hommat2dtranslate*hommat2dscale*hommat2drotate
其中，hommat2dtranslate表示平移變換矩陣，hommat2dscale表示縮放變換矩陣，hommat2drotate表示旋轉變換矩陣；
所述平移變換矩陣計算方式為：
其中，modelrow、modelcolumn分別表示模板圖像的中心的行坐標和列坐標，row、column分別表示旋轉雙耳所在的區域的中心的行坐標和列坐標；
所述縮放變換矩陣為：
其中，modelscale表示支持定位裝置圖像相對於模板圖像的縮放係數；
所述旋轉變換矩陣為：
其中，phi表示待匹配圖像歸一化時，支持定位裝置圖像相對於模板圖像的旋轉角度，即phi＝modelangle。經過旋轉後，支持定位裝置圖像中的旋轉雙耳的區域的位置與模板圖像中旋轉雙耳的位置相一致。
圖2示出了本實施方式中按照第一預設圖像尺寸對空間域變換後的支持定位裝置圖像進行裁剪後的示意圖，該圖中旋轉雙耳的豎向開口銷是缺失 的。
步驟s400：將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域；
本實施方式中，將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的方式為：
1)將感興趣區域圖像進行二值化處理，得到二值化圖像；
2)採用預設的結構元素依次對所述二值化圖像進行形態學腐蝕和膨脹處理，得到膨脹處理後的圖像；
3)獲取所述二值化圖像和膨脹處理後圖像的差值圖像，標記差集圖像中的連通區域，將差值圖像中面積最大的連通區域確定為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域(開口銷及其軸所在區域)。
在通過blob分析確定出旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域之後，以確定出的旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的中心為中心，按照第二預設圖像尺寸對所述二值化圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像。本述第二預設圖像尺寸可以根據實際應用場景進行設定。如圖3所示的白色矩形框區域的圖像即為圖2中所示的感興趣圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像。
步驟s500：根據旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像判斷旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失。
本實施方式中，根據旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像判斷旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失的判斷方式為：
1)計算旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的寬度，所述寬度為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的連通域的最小外接矩形的水平寬度；
2)判斷所述寬度是否大於設定閾值，若是，則判斷所述豎向開口銷存在，若否，則判斷所述豎向開口銷缺失。本實施方式，所述寬度指的是所在開口銷所在區域橫向的像素個數，設定閾值的單位同樣是像素的個數，該設定閾值可以根據實際應用場景設置。
圖4和圖5分別示出了旋轉雙耳的豎向開口銷存在和缺失時的示意圖， 圖中的白色矩形為豎向開口銷對應的連通域的最小外接矩形，由兩幅圖中可以看出，當豎向開口銷存在時，豎向開口銷所在區域的連通域的最小外接矩形的水平寬度明顯要大於缺失時的寬度，因此，可以通過所述設定閾值判斷出豎向開口銷是否缺失。
本發明提供上述高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測方法，通過圖像採集及預處理、旋轉雙耳部件粗定位、開口銷區域精細定位以及開口銷是否缺失的檢測等幾大步驟，實現了旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失的快速自判斷，為後期高鐵基礎網的安全檢測優化提供了基礎。
與圖1中所示的方法相對應，本發明實施例中還提供了一種高鐵接觸網旋轉雙耳豎向開口銷缺失檢測系統，如圖6所示，該系統包括圖像採集模塊100，旋轉雙耳定位模塊200、圖像裁剪模塊300、雙耳豎向開口銷定位模塊400和開口銷缺失判斷模塊500。其中：
圖像採集模塊100，用於採集高鐵接觸網的支持定位裝置的圖像；
旋轉雙耳定位模塊200，用於採用模板匹配的方式，定位出支持定位裝置圖像中旋轉雙耳所在的區域；
圖像裁剪模塊300，用於以旋轉雙耳所在的區域的中心為中心，按照第一預設圖像尺寸對所述支持定位裝置圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為感興趣區域圖像；
雙耳豎向開口銷定位模塊400，用於將感興趣區域圖像進行blob分析，定位出圖像中旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域；該模塊包括圖像二值化單元、腐蝕膨脹處理單元、第一開口銷區域定位單元和第二開口銷區域定位單元；
圖像二值化單元，用於將感興趣區域圖像進行二值化處理，得到二值化圖像；
腐蝕膨脹處理單元，用於採用預設的結構元素依次對所述二值化圖像進行形態學腐蝕和膨脹處理，得到膨脹處理後的圖像；
第一開口銷區域定位單元，用於獲取所述二值化圖像和膨脹處理後圖像的差值圖像，標記差集圖像中的連通區域，將差值圖像中面積最大的連通區域確定為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域；
第二開口銷區域定位單元，用於在確定出旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域之後，以確定出的旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的中心為中心，按照第二預設圖像尺寸對所述二值化圖像進行裁剪，以裁剪出的圖像作為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像。
開口銷缺失判斷模塊500，用於根據旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的圖像判斷旋轉雙耳的豎向開口銷是否缺失；該模塊包括開口銷區域寬度計算單元和缺失判斷單元；
開口銷區域寬度計算單元，用於計算旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的寬度，所述寬度為旋轉雙耳的豎向開口銷所在區域的連通域的最小外接矩形的水平寬度；
缺失判斷單元，用於判斷所述寬度是否大於設定閾值，若是，則判斷所述豎向開口銷存在，若否，則判斷所述豎向開口銷缺失。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其同等技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。