CN104192168B - 基于图像处理的轮轨位移检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的轮轨位移检测装置及方法，涉及采用光学方法测量位移的装置和方法技术领域。所述检测装置包括激光发射器、图像采集器以及数据处理***，所述激光发射器用于向火车轮发射激光，在火车轮上形成亮斑，图像采集器用于采集照射有亮斑的火车轮以及铁轨的图像信息，数据处理***用于对图像采集器采集到的图像信息进行处理，得出火车轮与铁轨的垂直位移和横向位移。所述装置和方法利用图像处理技术分析轮轨位移，可以直观的反映出轮轨的接触关系，检测装置简单，计算准确。

Description

基于图像处理的轮轨位移检测方法

技术领域

本发明涉及采用光学方法测量位移的装置和方法技术领域，尤其涉及一种基于图像处理的轮轨位移检测装置及方法。

背景技术

安全问题是铁路交通运输的永恒主题，高速和重载铁路的飞速发展对列车运行安全提出了新的挑战。相对于以前的机车，高速和重载列车一旦脱轨将引起更大危害，尤其是高速列车脱轨可能造成毁灭性的灾难。由于轮轨接触的复杂性，常规的力学分析手段并不能准确的分析轮轨接触状态。轮轨之间的相对位置是轮轨接触状态的最直接的反应，利用目前广泛使用的图像检测技术实现轮轨相对位置的监测对于检测列车运行的稳定性和安全性都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像处理的轮轨位移检测装置及方法，所述装置和方法利用图像处理技术分析轮轨位移，可以直观的反映出轮轨的接触关系，检测装置简单，计算准确。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于图像处理的轮轨位移检测装置，其特征在于：所述检测装置包括激光发射器、图像采集器以及数据处理***，所述激光发射器、图像采集器以及数据处理***固定于铁轨一侧的大地上，所述激光发射器用于向火车轮发射激光，在火车轮上形成亮斑，图像采集器用于采集照射有亮斑的火车轮以及铁轨的图像信息，数据处理***用于对图像采集器采集到的图像信息进行处理，得出火车轮与铁轨的垂直位移和横向位移。

进一步优选的技术方案在于：所述激光发射器通过支架固定在铁轨一侧的大地上，激光发射器的激光发射线与铁轨平面的夹角为45°。

进一步优选的技术方案在于：所述图像采集器与铁轨平面平行。

进一步优选的技术方案在于：所述图像采集器使用CCD摄像机。

本发明还公开了一种基于图像处理的轮轨位移检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）由激光发射器发射激光投射到经过的火车轮上，在火车轮上形成亮斑；

2）通过图像采集器获取包含激光亮斑的火车轮与轨道的图像信息；

3）数据处理***采集图像采集器获取的图像信息并进行分析处理，得到火车轮与轨道的垂直位移和横向位移。

进一步优选的技术方案在于：所述步骤3）中火车轮与轨道的垂直位移获取方法如下：

1）对采集到的图像进行灰度处理，然后通过中值滤波方法对图像进行处理；

2）通过canny边缘检测器提取出图像中的边缘信息；

3）通过Hough变换圆检测算法，从步骤2）提取的边缘信息中计算出火车轮圆心的坐标；

4）将计算得出的火车轮圆心纵坐标与轮轨正常接触时的基准纵坐标比较，得到轮轨的垂直方向的位移。

进一步优选的技术方案在于：所述步骤3）中火车轮与轨道的横向位移获取方法如下：

1）根据激光亮斑的RGB特性对图像矩阵进行阈值分割，得到图像空间中亮斑的坐标，

2）将得到的坐标代入公式 ，求出轮轨的横向位移，式中的Y₁表示得到的亮斑坐标的纵坐标，Y₀表示轮轨正常接触时亮斑的基准纵坐标，是激光发射器与铁轨平面的夹角。

进一步优选的技术方案在于：所述夹角为45度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置和方法利用图像处理技术分析轮轨位移，可以直观的反映出轮轨的接触关系，检测装置简单，计算准确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述装置的原理框图；

图2是本发明所述方法中对图像进行处理的流程图；

其中：1、激光发射器 2、图像采集器 3、数据处理*** 4、铁轨 5、火车轮 6、支架。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种基于图像处理的轮轨位移检测装置，所述检测装置包括激光发射器1、图像采集器2以及数据处理***3，所述激光发射器1、图像采集器2以及数据处理***3位于铁轨4的一侧。激光发射器采用半导体激光发射器，图像采集器采用高速ccd摄像机。考虑到后面计算的准确性，在安置设备时，需要用支架将激光发射器的激光发射线与铁轨平面的夹角固定在45度，摄像机与铁轨平面平行。

所述激光发射器1用于向火车轮5发射激光，在火车轮5上形成亮斑，图像采集器2用于采集照射有亮斑的火车轮5以及铁轨4的图像信息，数据处理***3用于对图像采集器2采集到的图像信息进行处理，得出火车轮5与铁轨4的垂直位移和横向位移。

本发明还公开了一种基于图像处理的轮轨位移检测方法，所述方法包括以下步骤：首先，由激光发射器1发射激光投射到经过的火车轮上，在火车轮上形成亮斑；然后，通过图像采集器2获取包含激光亮斑的轮轨图像；最后，由数据处理***3采集图像采集器2获取的图像并进行分析，得到轮轨的位移关系。

图2是对采集的图像进行处理的流程图，由图像采集器获取的图像会赋予到两个矩阵中，分别进行轮轨垂直位移和轮轨横向位移的计算。

轮轨横向位移的计算是根据激光亮斑的RGB特性对图像矩阵进行阈值分割，得到图像空间中亮斑的坐标，然后将得到的坐标代入公式，求出轮轨的横向位移，式中的Y₁表示得到的亮斑坐标的纵坐标，Y₀表示轮轨正常接触时亮斑的基准纵坐标，是激光发射器与铁轨平面的夹角为45度。

轮轨垂直方向上位移的检测需要经过以下步骤：

1）对图像进行灰度化，然后通过中值滤波对图像进行处理。

2）通过canny边缘检测器提取出图像中的边缘信息。

3）通过Hough变换圆检测算法，从步骤2）提取的边缘信息中计算出车轮圆心的坐标。

4）由车轮圆心纵坐标通过与轮轨正常接触时的基准纵坐标比较，得到轮轨的垂直方向的位移。

所述装置和方法利用图像处理技术分析轮轨位移，可以直观的反映出轮轨的接触关系，检测装置简单，计算准确。

Claims (3)

1.一种基于图像处理的轮轨位移检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）由激光发射器（1）发射激光投射到经过的火车轮（5）上，在火车轮（5）上形成亮斑；

2）通过图像采集器（2）获取包含激光亮斑的火车轮（5）与轨道（4）的图像信息；

3）数据处理***（3）采集图像采集器（2）获取的图像信息并进行分析处理，得到火车轮（5）与轨道（4）的垂直位移和横向位移；

所述步骤（3）中火车轮（5）与轨道（4）的垂直位移获取方法如下：

1）对采集到的图像进行灰度处理，然后通过中值滤波方法对图像进行处理；

2）通过canny边缘检测器提取出图像中的边缘信息；

3）通过Hough变换圆检测算法，从步骤（2）提取的边缘信息中计算出火车轮圆心的坐标；

4）将计算得出的火车轮（5）圆心纵坐标与轮轨正常接触时的基准纵坐标比较，得到轮轨的垂直方向的位移。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的轮轨位移检测方法，其特征在于所述步骤（3）中火车轮（5）与轨道（4）的横向位移获取方法如下：

1）根据激光亮斑的RGB特性对图像矩阵进行阈值分割，得到图像空间中亮斑的坐标，

2）将得到的坐标代入公式                                                ，求出轮轨的横向位移，式中的Y₁表示得到的亮斑坐标的纵坐标，Y₀表示轮轨正常接触时亮斑的基准纵坐标，是激光发射器与铁轨平面的夹角。

3.根据权利要求2所述的基于图像处理的轮轨位移检测方法，其特征在于：所述夹角为45度。