一種基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法?；诎ㄓ擅骊囅鄼C(jī)及圖像處理模塊組成的面陣圖像采集處理系統(tǒng)、由線陣相機(jī)及圖像處理模塊組成的線陣圖像采集處理系統(tǒng)、模塊間通信系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)處理終端組成的實(shí)施平臺(tái)進(jìn)行軌道狀態(tài)的圖像處理檢測(cè)。本發(fā)明采用線陣相機(jī)與面陣相機(jī)結(jié)合的圖像采集結(jié)構(gòu)，一方面有效排除線陣圖像中目標(biāo)外區(qū)域的冗余數(shù)據(jù)，另一方面可實(shí)時(shí)光照信息可以為線陣圖像識(shí)別提供信息引導(dǎo)，提高閾值判斷、特征識(shí)別的準(zhǔn)確度，從而提高算法識(shí)別的實(shí)時(shí)性和魯棒性。
【專利說明】一種基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能軌道交通檢測(cè)、機(jī)器視覺等領(lǐng)域，對(duì)檢測(cè)目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像采集結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合了面陣相機(jī)的高覆蓋率與線陣相機(jī)的高采樣速度，作為提高基于圖像處理的實(shí)時(shí)視覺檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于圖像處理的軌道交通狀態(tài)檢測(cè)方式是一種非接觸檢測(cè)方式，檢測(cè)過程中不破壞檢測(cè)目標(biāo)力學(xué)特征，圖像信息直觀且智能化程度高，是一種具有應(yīng)用潛力的檢測(cè)方式。針對(duì)接觸網(wǎng)或軌道的磨損狀態(tài)檢測(cè)中，因?yàn)槟p狀態(tài)特征微弱，一般采用高分辨率高采樣速度的線陣列CCD相機(jī)進(jìn)行圖像采集，其在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)面臨兩個(gè)技術(shù)難題:(1)線陣CCD的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流非常龐大，難以完成實(shí)時(shí)檢測(cè)，且冗余數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)特征目標(biāo)產(chǎn)生識(shí)別干擾；(2)實(shí)際列車環(huán)境中存在光照多變、車體震動(dòng)等干擾因素，線陣相機(jī)不具備適應(yīng)能力，難以保證算法識(shí)別效果。因此雖然針對(duì)圖像處理的視覺檢測(cè)研究很多，但在實(shí)際應(yīng)用中難以克服檢測(cè)環(huán)境中復(fù)雜光照度、強(qiáng)烈抖動(dòng)等影響，距離工程應(yīng)用尚存在很大的差距。例如現(xiàn)行的接觸網(wǎng)檢測(cè)仍然以沿線工人手持設(shè)備定點(diǎn)檢測(cè)為主，接觸網(wǎng)檢測(cè)車通過安裝接觸式傳感器檢測(cè)為輔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有軌道交通傳感中線陣圖像實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)難以進(jìn)入工程應(yīng)用的不足，本發(fā)明旨在提供一種融合面陣相機(jī)智能性與線陣相機(jī)準(zhǔn)確性的新型圖像識(shí)別檢測(cè)方式，通過面陣圖像處理獲取實(shí)時(shí)引導(dǎo)信息，大幅度降低線陣圖像處理中存在的冗余數(shù)據(jù)，同時(shí)為閾值判斷提供實(shí)時(shí)引導(dǎo)信息，提高系統(tǒng)識(shí)別的實(shí)時(shí)性與魯棒性。
[0004]本發(fā)明的目的通過如下手段來實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法，基于包括由面陣相機(jī)及圖像處理模塊組成的面陣圖像采集處理系統(tǒng)、由線陣相機(jī)及圖像處理模塊組成的線陣圖像采集處理系統(tǒng)、模塊間通信系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)處理終端組成的實(shí)施平臺(tái)進(jìn)行軌道狀態(tài)的圖像處理檢測(cè)，包含以下的技術(shù)手段:
[0006]I)面陣圖像采集處理系統(tǒng)通過目標(biāo)檢測(cè)對(duì)識(shí)別目標(biāo)進(jìn)行定位，通過弓網(wǎng)特征識(shí)別進(jìn)行檢測(cè)目標(biāo)定位，確定拉出值信息及環(huán)境變量信息，在全景圖像中確定幾何參數(shù)，同時(shí)利用灰度直方圖確定一幀圖像的灰度信息，作為實(shí)時(shí)光照度信息為線陣圖像處理提供環(huán)境變量反饋；
[0007]2)線陣圖像采集處理系統(tǒng)，采集線陣圖像數(shù)據(jù)并接收由面陣圖像處理模塊傳遞的實(shí)時(shí)環(huán)境變量信息；根據(jù)傳遞值中的軌道環(huán)境定位信息及光照信息對(duì)采集圖像進(jìn)行無關(guān)區(qū)域分割和智能閾值判斷；
[0008]3)模塊間通信系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)處理終端完成線陣和面陣圖像采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，并進(jìn)一步處理軌道狀態(tài)信息，提供終端用戶。
[0009]面陣相機(jī)與線陣相機(jī)應(yīng)具有相近的光譜靈敏度，因而對(duì)通過面陣相機(jī)圖像分析得到的環(huán)境參數(shù)對(duì)線陣圖像處理具有準(zhǔn)確的引導(dǎo)作用。
[0010]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合面陣CCD相機(jī)與線陣CCD相機(jī)的解決方案，采用面陣CCD相機(jī)結(jié)合線陣CCD相機(jī)的圖像采集模式，面陣相機(jī)具有相對(duì)較大的覆蓋場(chǎng)景，且對(duì)不同的光照情況具有一定的適應(yīng)能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線目標(biāo)的快速識(shí)別定位，并且利用其面陣圖像的灰度信息可以為線陣相機(jī)提供實(shí)時(shí)光照信息。線陣相機(jī)具有采樣率高、橫向分辨率高的特點(diǎn)，可以完成對(duì)檢測(cè)細(xì)微目標(biāo)清晰成像，但是因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)流龐大難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，并且識(shí)別結(jié)果對(duì)光照度非常敏感。結(jié)合面陣相機(jī)與線陣相機(jī)，可以一方面對(duì)幾何參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，另一方圖像處理過程中提取實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)信息，為線陣相機(jī)提供光照等參數(shù)反饋，綜合提聞檢測(cè)精度。
[0011]本發(fā)明基于圖像處理的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從功能上分為面陣相機(jī)輔助識(shí)別部分和線陣相機(jī)磨損狀態(tài)識(shí)別部分。線陣相機(jī)用于對(duì)磨損面清晰成像，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。面陣相機(jī)進(jìn)行同步的全景圖像采集，提取同步環(huán)境參數(shù)信息，為圖像識(shí)別提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息引導(dǎo)。
[0012]本發(fā)明設(shè)計(jì)的圖像采集方案結(jié)合線陣/面陣相機(jī)兩種圖像采集模式，使高精度圖像識(shí)別具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)境下的機(jī)器視覺具有一定的實(shí)際意義。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0014]圖1為本發(fā)明所采用的圖像實(shí)時(shí)采集處理方案示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明線陣圖像處理模塊與面陣圖像處理模塊硬件框圖；
[0017]圖4為本發(fā)明面陣圖像處理軟件流程示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明線陣圖像處理軟件流程示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的描述。但是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下面的實(shí)施方式只是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及應(yīng)用。
[0020]圖1以接觸網(wǎng)和鋼軌狀態(tài)檢測(cè)為例，為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的圖像實(shí)時(shí)采集處理方案原理圖。圖像采集方案為線陣相機(jī)(1-D (XD)與面陣相機(jī)(2D (XD)結(jié)合復(fù)用的方案，其中線陣相機(jī)采用高采樣速度相機(jī)，根據(jù)物距設(shè)置合適的焦距，用以對(duì)軌道狀態(tài)(如接觸網(wǎng)磨損橫截面、鋼軌截面等)進(jìn)行圖像采樣。面陣相機(jī)與線陣CCD光譜敏感度相近，以確保二者對(duì)相同的光照條件具有相同的灰度值分布。
[0021]圖2為以接觸網(wǎng)為例，為對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)的相機(jī)安裝方案示意圖。圖3是面陣相機(jī)信號(hào)處理架構(gòu)。視頻信號(hào)以PAL制式發(fā)送至視頻解碼芯片TVP5150B，轉(zhuǎn)化為BT.656格式數(shù)字信號(hào)，DSP的Video Port端口接收原始數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并行處理結(jié)果通過串口控制芯片SC16C2550B轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，以RS485串口通信協(xié)議發(fā)送至上位機(jī)。上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與實(shí)時(shí)分析。
[0022]圖3為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原理圖。線陣CCD相機(jī)的信號(hào)采集、灰度圖像變換等操作對(duì)象為逐個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大且對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，但具有相對(duì)比較簡(jiǎn)單的運(yùn)算邏輯，這種大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單快速模式適于用FPGA實(shí)現(xiàn)。高層次圖像識(shí)別算法的軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在時(shí)域頻域轉(zhuǎn)換、卷積等復(fù)雜運(yùn)算，因此在本文中該模塊采用尋址方式靈活、支持硬件乘法運(yùn)算和運(yùn)算速度快的DSP芯片來實(shí)現(xiàn)。攝像機(jī)中的圖像數(shù)據(jù)通過CAT5非屏蔽雙絞線傳輸?shù)较到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊，然后利用該網(wǎng)絡(luò)接口送到CPU進(jìn)行處理，網(wǎng)絡(luò)模塊由數(shù)據(jù)鏈路層器件MAC和物理層器件PHY組成。對(duì)圖像進(jìn)行初步的預(yù)處理之后，F(xiàn)PGA會(huì)向DSP發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，通知DSP準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，然后借助雙端口 RAM開始將數(shù)據(jù)傳送到DSP數(shù)據(jù)處理模塊。
[0023]圖4為本發(fā)明面陣圖像處理軟件流程示意圖。軟件處理流程分為三個(gè)單線程:tsk_input、tsk_process和tsk_output。tsk_input實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的采集接收，同時(shí)采集完成后以信號(hào)量的線程通信方式向圖像處理線程發(fā)送消息；tSk_piX)CeSS實(shí)現(xiàn)對(duì)采集圖像的實(shí)時(shí)處理，包括對(duì)拉出值、燃弧等特征的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)一幀圖像處理完成后向串口通信線程發(fā)送處理完成消息；tsk_0UtpUt線程將處理結(jié)果以串口形式發(fā)送至上位機(jī)。
[0024]圖5為本發(fā)明線陣圖像處理軟件流程示意圖。首先相機(jī)進(jìn)行配置初始化，通過發(fā)送采集命令控制線陣相機(jī)開啟，等待圖像接收緩存區(qū)存滿。此時(shí)接收DSP模塊發(fā)送的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)信息，對(duì)采集圖像進(jìn)行分割，去除冗余無關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)光照度信息確定二值化閾值，對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。最后將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與保存。
[0025]本發(fā)明除了軌道交通狀態(tài)檢測(cè)(如接觸網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)、軌道平面磨損檢測(cè))以夕卜，還可適用于諸多場(chǎng)合，如基于流水線的產(chǎn)品工藝檢測(cè)、智能交通檢測(cè)、機(jī)器視覺等場(chǎng)合，可包括接觸網(wǎng)、鋼軌、隧道和橋梁等，可提高檢測(cè)的實(shí)時(shí)性與精確性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法，基于包括由面陣相機(jī)及圖像處理模塊組成的面陣圖像采集處理系統(tǒng)、由線陣相機(jī)及圖像處理模塊組成的線陣圖像采集處理系統(tǒng)、模塊間通信系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)處理終端組成的實(shí)施平臺(tái)進(jìn)行軌道狀態(tài)的圖像處理檢測(cè)，包含以下的技術(shù)手段: 1)面陣圖像采集處理系統(tǒng)通過目標(biāo)檢測(cè)對(duì)識(shí)別目標(biāo)進(jìn)行定位，通過弓網(wǎng)特征識(shí)別進(jìn)行檢測(cè)目標(biāo)定位，確定拉出值信息及環(huán)境變量信息，在全景圖像中確定幾何參數(shù)，同時(shí)利用灰度直方圖確定一幀圖像的灰度信息，作為實(shí)時(shí)光照度信息為線陣圖像處理提供環(huán)境變量反饋； 2)線陣圖像采集處理系統(tǒng)，采集線陣圖像數(shù)據(jù)并接收由面陣圖像處理模塊傳遞的實(shí)時(shí)環(huán)境變量信息；根據(jù)傳遞值中的軌道環(huán)境定位信息及光照信息對(duì)采集圖像進(jìn)行無關(guān)區(qū)域分割和智能閾值判斷； 3)模塊間通信系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)處理終端完成線陣和面陣圖像采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，并進(jìn)一步處理軌道狀態(tài)信息，提供終端用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述面陣相機(jī)與線陣相機(jī)應(yīng)具有相近的光譜靈敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，圖像采集方案采用線陣相機(jī)(1-D CCD)與面陣相機(jī)(2D CCD)結(jié)合復(fù)用的方案，其中，線陣相機(jī)采用高采樣速度相機(jī)，根據(jù)物距設(shè)置合適的焦距，對(duì)軌道狀態(tài)進(jìn)行圖像采樣；面陣相機(jī)與線陣CCD光譜敏感度相近，以確保二者對(duì)相同的光照條件具有相同的灰度值分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述之基于線陣面陣雙圖像采集通道的高速軌道狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于，所述軌道狀態(tài)，可以包括接觸網(wǎng)、鋼軌、隧道和橋梁等。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK103575255SQ201310545778
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】閆連山, 吳宗玲, 趙明杰, 熊如剛, 潘煒, 郭進(jìn), 羅斌, 張志勇 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)