[发明专利]一种基于图像处理的弓网状态检测方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的弓网状态检测方法，其特征在于，通过安装在列 车车顶的四台摄像机及三台照明灯的不同组合，利用其中两摄像机组成的双目 三角形法，通过获取受电弓和接触线工作状态图像，采用一定的图像处理算法 对受电弓和接触线图像进行处理，并得到接触线拉出值和高度，最后取四台摄 像机6种组合得到的拉出值和抬升量的平均值，判断其是否超限及弓网工作状 态是否正常，具体方法如下；

1)安装在列车车顶的四台摄像机及三台照明灯的组合方法有：第一种方 式，一台照明灯和二台摄像机安装在车顶中心线位置，另外两台照明灯和摄像 机在同一水平线以车顶中心线对称布置；第二种方式，四台摄像机及三台照明 灯以车顶中心线对称、交叉等间距布置；第三种方式，三台照明灯以车顶中心 线对称布置，其中两台摄像机在照明灯的一侧以车顶中心对称布置，另外两台 摄像机在照明灯另一侧以车顶中心线对称布置；

2)安装在列车车顶的每两台摄像机与接触线目标组成一个三角形，利用 如下三角形方法求解拉出值与抬升量：

即由两个摄像机与接触线组成一个三角形，通过三角形求解的唯一性来计 算接触线高度，设两台摄像机以机车中心线对称布置，两台摄像机透镜中心点 之间的间距为L，f₁和f₂分别为两摄像机的焦距；点C为接触线原始位置，C₁为 接触线抬升位置；H₀为接触线原始高度，h为接触线抬升位置到两摄像机透镜 中心水平面的距离；d₁为接触线抬升位置在摄像机1焦平面上的投影点到该摄 像机焦平面中心点的距离，d₂为接触线抬升位置在摄像机2焦平面上的投影到 点该摄像机焦平面中心点的距离；摄像机1透镜中心分别至接触线原始位置和 接触线抬升位置的夹角为α，设摄像机2透镜中心分别至接触线原始位置和接 触线抬升位置的夹角为β，两摄像机主光轴与两透镜中心所在水平面的夹角为 θ，接触线抬升位置在两透镜中心所在水平面上的投影到摄像机1透镜中心的 距离为a，由三角形关系可得：

tan(θ-α)=ha---(1)]]>

tan(θ+β)=hL-a---(2)]]>

tanα=d1f1---(3)]]>

tanβ=d2f2---(4)]]>

由式(1)和式(2)可推出h和a的表达式：

h=tan(θ-α)·tan(θ+β)tan(θ-α)+tan(θ+β)×L---(5)]]>

a=tan(θ+β)tan(θ-α)+tan(θ+β)×L---(6)]]>

导高：H＝h+h₀        (7)

拉出值：s=a-L2---(8)]]>

抬升量：Δh＝H-H₀    (9)

从而求得拉出值：S=16Σi=16si---(10)]]>

接触线抬升量：ΔH=16Σi=16Δhi---(11)]]>

四台摄像机两两组合与接触线目标共组成六个三角形，共可求得6组拉出 值和抬升量，取6组值的平均值得到最终的拉出值与抬升量；

3)对弓网图像处理采用Canny算子边缘检测方法，得到弓网图像中的边 缘，其中采用自适应阈值算法对图像进行处理；通过对图像进行垂直边缘增强， 来增强接触线的边缘和抑制其他干扰边缘；接触线在图像中一定范围内运动， 将范围之外的部分进行背景处理，根据上一帧图像中接触线位置来跟踪和预测 该帧中接触线位置，通过设定一定搜索范围进一步确定接触线边缘位置，同时 将无关边缘进行背景化处理；将目标跟踪和位置搜索后的图像进行区域分割和 断点接续处理，其中区域分割方法采用图像膨胀和图像腐蚀运算将接触线的两 条边缘进行合并得到接触线真实宽度，接触线在图像中看作是一条直线，根据 接触线斜率一致性将断点位置图像进行接续，从而获得完整的接触线目标边 缘。