一種貨車軸端螺栓故障檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種貨車軸端螺栓故障檢測方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國是一個幅員遼闊的國家，鐵路是重要的交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施之一，隨著社會經(jīng) 濟(jì)的高速發(fā)展，對鐵路的運(yùn)行速度和承載能力的要求也越來越高。為了創(chuàng)造更大的運(yùn)輸經(jīng) 濟(jì)效益，鐵路列車不斷向高速、重載兩個方向發(fā)展。截止2009年，中國鐵路貨車已實(shí)現(xiàn)載重 60t向70t的升級換代，貨車的速度已超過100km/h，有的已達(dá)到120km/h。因此，鐵路高效 安全的運(yùn)營對國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)鐵路列車的運(yùn)行維修主要由人工完成，列檢效率低而且質(zhì)量很難保證，為了 提高列檢質(zhì)量，相關(guān)部門推廣了一套自動安檢系統(tǒng)，即貨車運(yùn)行故障圖像動態(tài)檢測系統(tǒng) (TFDS，TroubleofmovingFreightcarDetectionSystem)。TFDS是一套集高速數(shù)字圖 像采集、大容量圖像數(shù)據(jù)實(shí)時處理和精確定位模式識別技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)。TFDS利用 電荷稱合元件（Charge-coupledDevice,CCD)高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)自動抓拍列車基礎(chǔ)制動裝 置、車鉤緩沖裝置、轉(zhuǎn)向架、車體、底架、空氣制動裝置等部位的全部圖像。采集的圖像直接 傳至列車檢測中心，采取人機(jī)結(jié)合方式進(jìn)行故障的判別，并及時通知室外檢車人員進(jìn)行處 理，可實(shí)現(xiàn)對列車關(guān)鍵部位的故障檢測和監(jiān)控。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，列車轉(zhuǎn)向架需要承受和傳遞車輛在運(yùn)行中的各種動載荷及輪軌間 的作用力，保證列車在規(guī)定速度范圍內(nèi)安全地在直線和曲線區(qū)段上運(yùn)行，是機(jī)車車輛的核 心部件。重載列車的運(yùn)用產(chǎn)生較大的輪軌動作用力，造成車輪與鋼軌的嚴(yán)重磨損，同時也加 快了轉(zhuǎn)向架零部件如軸端螺栓的磨損與故障。具體的，軸端螺栓故障包括螺栓丟失、折斷和 軸承蓋丟失三種狀況，一旦軸端螺栓故障，則不能起到應(yīng)有的緊固作用，進(jìn)而會導(dǎo)致重大行 車事故的發(fā)生。
[0005] 但是，現(xiàn)有TFDS系統(tǒng)的故障識別模塊能判定的故障類別有限，對軸端螺栓故障的 識別率較低，不能滿足現(xiàn)場應(yīng)用中的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種貨車軸端螺栓故障檢測方法及裝置，至少 能解決現(xiàn)有技術(shù)存在的對軸端螺栓故障的識別率很低的缺陷。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種貨車軸端螺栓故障檢測方法，所述方法包括：
[0009] 通過貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中的樣本圖像得到興趣區(qū)域定位分類器和螺栓子 區(qū)域定位分類器；
[0010] 通過所述興趣區(qū)域定位分類器確定貨車軸端螺栓圖像的興趣區(qū)域；
[0011] 通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定所述興趣區(qū)域內(nèi)的螺栓區(qū)域；
[0012] 根據(jù)所述螺栓區(qū)域計(jì)算歐氏距離，并根據(jù)所述歐氏距離及螺栓形狀約束輸出貨車 軸端螺栓故障檢測結(jié)果。
[0013] 優(yōu)選地，所述通過貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中的樣本圖像得到興趣區(qū)域定位分類 器包括：
[0014] 從所述貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中提取軸端正樣本圖像和軸端負(fù)樣本圖像；
[0015] 根據(jù)所述軸端正樣本圖像和軸端負(fù)樣本圖像分別得到軸端正樣本局部二值模式 編碼直方圖特征和軸端負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征；
[0016] 將所述軸端正樣本局部二值模式編碼直方圖特征和軸端負(fù)樣本局部二值模式編 碼直方圖特征輸入到多項(xiàng)式核函數(shù)支持向量機(jī)生成興趣區(qū)域定位分類器。
[0017] 優(yōu)選地，所述通過貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中的樣本圖像得到螺栓子區(qū)域定位分 類器包括：
[0018] 從所述貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中提取螺栓正樣本圖像和螺栓負(fù)樣本圖像；
[0019] 根據(jù)所述螺栓正樣本圖像和螺栓負(fù)樣本圖像分別得到螺栓正樣本局部二值模式 編碼直方圖特征和螺栓負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征；
[0020] 將所述螺栓正樣本局部二值模式編碼直方圖特征和螺栓負(fù)樣本局部二值模式編 碼直方圖特征輸入到多項(xiàng)式核函數(shù)支持向量機(jī)生成螺栓子區(qū)域定位分類器。
[0021] 優(yōu)選地，所述通過所述興趣區(qū)域定位分類器確定貨車軸端螺栓圖像的興趣區(qū)域包 括：
[0022] 讀取貨車軸端螺栓圖像；
[0023] 截取所述貨車軸端螺栓圖像中的設(shè)定區(qū)域，所述設(shè)定區(qū)域包括軸端螺栓的圖像；
[0024] 根據(jù)所述設(shè)定區(qū)域確定第一檢測窗口；
[0025] 提取所述第一檢測窗口在所述設(shè)定區(qū)域的水平方向和垂直方向滑動得到的第一 檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征；
[0026] 將所述第一檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征輸入到所述興趣區(qū)域定 位分類器得到興趣區(qū)域。
[0027] 優(yōu)選地，所述通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定所述興趣區(qū)域內(nèi)的螺栓區(qū)域包 括：
[0028] 通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第一個螺栓的位置；
[0029] 通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第二個螺栓的位置；
[0030] 根據(jù)所述第一個螺栓的位置和第二個螺栓的位置確定第三個螺栓的位置。
[0031] 優(yōu)選地，所述通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第一個螺栓的位置包括：
[0032] 根據(jù)所述興趣區(qū)域確定第二檢測窗口；
[0033] 從所述第二檢測窗口中提取第二檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征；
[0034] 將所述第二檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征輸入到所述螺栓子區(qū)域 定位分類器得到標(biāo)記點(diǎn)；
[0035] 根據(jù)所述標(biāo)記點(diǎn)確定第三檢測窗口；
[0036] 從所述第三檢測窗口中提取第三檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征；
[0037] 將所述第三檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征輸入到所述螺栓子區(qū)域 定位分類器確定第一個螺栓的位置。
[0038] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述螺栓區(qū)域計(jì)算歐氏距離，并根據(jù)所述歐氏距離及螺栓形狀 約束輸出貨車軸端螺栓故障檢測結(jié)果包括：
[0039] 根據(jù)所述螺栓區(qū)域分別計(jì)算每個螺栓的特征向量；
[0040] 計(jì)算特征向量之間的歐氏距離；
[0041] 判斷所述歐氏距離的最大值與最小值的差是否小于設(shè)定閾值，若是，則輸出螺栓 正常；否則，提取所述螺栓區(qū)域內(nèi)的直線段特征生成直線段輸出列表，從所述直線段輸出列 表中查找滿足螺栓形狀約束的直線段特征，若存在滿足螺栓形狀約束的直線段特征，則輸 出螺栓正常；否則，輸出螺栓故障。
[0042] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種貨車軸端螺栓故障檢測裝置，所述裝置包括：
[0043] 分類器生成單元，用于通過貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中的樣本圖像得到興趣區(qū)域 定位分類器和螺栓子區(qū)域定位分類器；
[0044] 興趣區(qū)域定位單元，用于通過所述興趣區(qū)域定位分類器確定貨車軸端螺栓圖像的 興趣區(qū)域；
[0045] 螺栓區(qū)域定位單元，用于通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定所述興趣區(qū)域內(nèi)的 螺栓區(qū)域；
[0046] 螺栓故障判別單元，用于根據(jù)所述螺栓區(qū)域計(jì)算螺栓的歐氏距離，并根據(jù)所述歐 氏距離及螺栓形狀約束輸出貨車軸端螺栓故障檢測結(jié)果。
[0047] 優(yōu)選地，所述分類器生成單元包括：
[0048] 興趣區(qū)域定位分類模塊，用于從所述貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中提取軸端正樣本 圖像和軸端負(fù)樣本圖像；根據(jù)所述軸端正樣本圖像和軸端負(fù)樣本圖像分別得到軸端正樣本 局部二值模式編碼直方圖特征和軸端負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征；將所述軸端正 樣本局部二值模式編碼直方圖特征和軸端負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征輸入到多 項(xiàng)式核函數(shù)支持向量機(jī)生成興趣區(qū)域定位分類器；
[0049] 螺栓子區(qū)域定位分類模塊，用于從所述貨車軸端螺栓圖像數(shù)據(jù)庫中提取螺栓正樣 本圖像和螺栓負(fù)樣本圖像；根據(jù)所述螺栓正樣本圖像和螺栓負(fù)樣本圖像分別得到螺栓正樣 本局部二值模式編碼直方圖特征和螺栓負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征；將所述螺栓 正樣本局部二值模式編碼直方圖特征和螺栓負(fù)樣本局部二值模式編碼直方圖特征輸入到 多項(xiàng)式核函數(shù)支持向量機(jī)生成螺栓子區(qū)域定位分類器。
[0050] 優(yōu)選地，所述興趣區(qū)域定位單元包括：
[0051]圖像讀取模塊，用于讀取貨車軸端螺栓圖像；
[0052] 圖像選擇模塊，用于截取所述貨車軸端螺栓圖像中的設(shè)定區(qū)域，所述設(shè)定區(qū)域包 括軸端螺栓的圖像；
[0053] 第一檢測窗口模塊，用于根據(jù)所述設(shè)定區(qū)域確定第一檢測窗口；
[0054] 特征提取單元，用于提取所述第一檢測窗口在所述設(shè)定區(qū)域的水平方向和垂直方 向滑動得到的第一檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征；
[0055] 興趣區(qū)域定位模塊，用于將所述第一檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征 輸入到所述興趣區(qū)域定位分類器得到興趣區(qū)域。
[0056] 優(yōu)選地，所述螺栓區(qū)域定位單元包括：
[0057] 第一定位模塊，用于通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第一個螺栓的位置；
[0058] 第二定位模塊，用于通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第二個螺栓的位置；
[0059] 第三定位模塊，用于根據(jù)所述第一個螺栓的位置和第二個螺栓的位置確定第三個 螺栓的位置。
[0060] 優(yōu)選地，所述第一定位模塊包括：
[0061] 第二檢測窗口器，用于根據(jù)所述興趣區(qū)域確定第二檢測窗口；
[0062] 第一特征提取器，用于從所述第二檢測窗口中提取第二檢測窗口圖像局部二值模 式編碼直方圖特征；
[0063] 標(biāo)記點(diǎn)定位器，用于將所述第二檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征輸入 到所述螺栓子區(qū)域定位分類器得到標(biāo)記點(diǎn)；
[0064] 第三檢測窗口器，用于根據(jù)所述標(biāo)記點(diǎn)確定第三檢測窗口；
[0065] 第二特征提取器，用于從所述第三檢測窗口中提取第三檢測窗口圖像局部二值模 式編碼直方圖特征；
[0066] 螺栓定位器，用于將所述第三檢測窗口圖像局部二值模式編碼直方圖特征輸入到 所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定第一個螺栓的位置。
[0067] 優(yōu)選地，所述螺栓故障判別單元包括：
[0068] 特征向量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述螺栓區(qū)域分別計(jì)算每個螺栓的特征向量；
[0069] 歐氏距離計(jì)算模塊，用于計(jì)算特征向量之間的歐氏距離；
[0070] 螺栓故障判別模塊，用于判斷所述歐氏距離的最大值與最小值的差是否小于設(shè)定 閾值，若是，則輸出螺栓正常；否則，提取所述螺栓區(qū)域內(nèi)的直線段特征生成直線段輸出列 表，從所述直線段輸出列表中查找滿足螺栓形狀約束的直線段特征，若存在滿足螺栓形狀 約束的直線段特征，則輸出螺栓正常；否則，輸出螺栓故障。
[0071] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的貨車軸端螺栓故障檢測方法及裝置，通過貨車軸端螺栓數(shù) 據(jù)庫中的樣本圖像得到興趣區(qū)域定位分類器和螺栓子區(qū)域定位分類器，能大大提高興趣區(qū) 域和螺栓子區(qū)域的定位精度；通過所述興趣區(qū)域定位分類器確定貨車軸端螺栓圖像的興趣 區(qū)域，能提高興趣區(qū)域的識別精度；通過所述螺栓子區(qū)域定位分類器確定所述興趣區(qū)域內(nèi) 的螺栓位置，可提高識別螺栓位置的速度；根據(jù)所述螺栓位置計(jì)算歐氏距離，并根據(jù)所述歐 氏距離輸出貨車軸端螺栓故障檢測結(jié)果，使得貨車軸端螺栓的故障識別率大大提高。
【附圖說明】
[0072] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1貨車軸端螺栓故障檢測方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；
[0073] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2貨車軸端螺栓故障檢測裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0074]