基于图像序列的铁路扣件自适应定位方法及高速探测系统

摘要

本发明提出一种基于图像序列的铁路扣件自适应定位方法及高速探测系统，所述系统由探测器、电缆和控制器三个部分组成；所述探测器一共有4个，均安装在列车车厢的下方，分别正对两根钢轨两侧的扣件所在区域的正上方；所述控制器安装于车厢内，通过电缆与4个探测器相连接；在列车运行过程中，探测器连续工作并实时获取扣件所在区域的图像，通过电缆传送到控制器，控制器通过图像处理和模式识别，根据采集到的图像序列中扣件出现的频数多少和扣件在视场中的位置，自动调整摄像机的采样频率，从而实现扣件的自适应定位和探测。

主权项

一种基于图像序列的铁路扣件自适应定位方法，其特征在于：所述方法采用基于图像序列的铁路扣件高速探测系统，所述系统由探测器、电缆和控制器三个部分组成；所述探测器一共有4个，均安装在列车车厢的下方，分别正对两根钢轨两侧的扣件所在区域的正上方；所述控制器安装于车厢内，通过电缆与4个探测器相连接；在列车运行过程中，探测器连续工作并实时获取扣件所在区域的图像，通过电缆传送到控制器，控制器通过图像处理和模式识别，根据采集到的图像序列中扣件出现的频数多少和扣件在视场中的位置，自动调整摄像机的采样频率，从而实现扣件的自适应定位和探测；所述方法包括以下步骤：(1)控制器的稳压电源打开之后，控制器中的工业计算机与探测器中的摄像机开始上电工作；(2)控制器中的计算机以一固定频率分别向探测器中的摄像机和光源发出采样控制信号和照明控制信号，该采样频率为扣件出现频率最大值的2倍以上；照明控制信号早于采样控制信号到达，晚于采样控制信号结束；探测器中的摄像机在接收到来自控制器的采样控制信号之后，快速捕获扣件所在区域的图像，并通过电缆实时传输到控制器的工业计算机之中；(3)当采样的图像数量达到一定数目之后，形成一个图像序列，该图像数目既要保证足够的图像序列长度，满足判断分析子的要求，同时也要考虑到床上的系统滞后量，此时，计算机对摄像机传来的图像序列进行处理、识别和判断：如果该图像序列中所有图像完全一致而没有变化，说明列车处于静止状态，则返回步骤(2)；如果该图像序列中所有图像存在明显变化，则判断为列车处在行驶过程之中，则进入下一步；(4)在上述图像序列中，统计扣件出现的频数即出现扣件的图像数与总的采样图像数之比，如果扣件出现的频数少于最大值100％，则说明采样频率过高，此时，逐渐降低采样频率，并重新采样一个图像序列，重复本步骤，直至扣件出现的频数达到最大值100％，此时的采样频率已经接近扣件出现频率；(5)在上述100％存在扣件的图像序列中，对每个图像中扣件所处的位置进行计算，如果每个图像中扣件的位置不一致，则说明采样频率与扣件出现频率仍然存在微小偏差，此时，根据图像序列中扣件位置相对与列车运行方向的变化规律进行判断：如果在图像序列中扣件位置的变化是向前的，则说明采样频率略高于扣件出现频率，应该略微降低采样频率；如果在图像序列中扣件位置的变化是向后的，则说明采样频率略低于扣件出现频率，应该略微增高采样频率；重复本步骤，直到图像序列中所有的扣件位置稳定不变且处于临近视场中心的位置，此时，采样频率恰好等于扣件出现频率，扣件自动定位过程即告完成；(6)扣件自动定位完成后，如果列车运行速度出现变化，则采样频率与扣件出现频率出现偏差，图像序列中扣件的位置也将再次出现变化，此时，应该重复步骤(5)的工作，重新改变采样频率，使之重新与扣件出现频率一致，从而实现扣件的自适应定位。