[发明专利]基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路安全系统中的模式识别技术领域，具体地，涉及一种基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法。

背景技术

铁路轨道异物侵限严重影响列车安全运行，部分异物侵限还导致了不少事故, 造成了大量人员伤亡。对铁路沿线进行实时监控，及时准确识别并清除入侵异物刻不容缓。中国国土辽阔，铁路网覆盖面积大，加上地形复杂多样，很多铁路线路附近环境十分复杂，如果对铁路线路实行全线实时监控，不仅成本太高，而且管理和维护都不方便，所以对容易发生异物入侵的铁路路段安装异物入侵识别装置，及时识别轨道入侵异物比较符合实际需求。

目前中国许多既有线路在比较容易发生事故的铁路路段安装视频监测装置，通过对视频监测装置采集的视频图像进行分析，判断实际场景中是否发生了异物入侵，这种视频监测方式，通常只是录制视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性，同时需要监测人员观测处理，劳动强度大，监测人员一旦稍有疏忽，很可能有异物漏检事件发生，这将会造成严重后果。迄今为止，中国铁路已经历了六次大提速，这对列车运营安全也提出了更高的要求，传统的铁路轨道异物入侵识别系统已经逐渐不能满足铁路发展的需要。因此，为保障铁路运营安全，需要建立能全自动、全天候、实时发现异物入侵的监测系统。

针对铁路轨道异物侵限的实时监测，国内、外专家学者进行了大量的理论研究，取得了较多的研究成果，但多数研究都存在一个算法较复杂、对环境变化自适应性差的共性问题，且算法复杂影响实时性。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在算法复杂、背景与前景易混淆的不足，造成实时性差、检测精度低的缺陷。

发明内容

本发明的第一目的在于，针对现有技术的不足，提出一种基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法，三背景建模可以弥补单背景建模或双背景建模的不足，具有解决背景与前景易混淆问题和提高检测精度的优点。

本发明的第二目的在于，针对现有技术的不足，提出一种基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法，三重差分可以得到三个差分图像，能弥补单一差分或双重差分的不足，具有提高检测精度的优点。

本发明的第三目的在于，针对现有技术的不足，提出一种基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法，三重差分的检测方法算法简单，可以改进复杂算法的不足，具有提高检测实时性的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于三背景建模的三重差分的铁路轨道异物侵限检测方法，包括依次递进的图像灰度化处理，以轨道为基准的图像分割处理，图像滤波去噪处理，以及三背景建模方法，三重差分方法与三重差分的检测方法。

进一步地，所述图像灰度化处理是将m幅原始图像进行灰度化处理，得到m幅灰度图像。

所述以轨道为基准的图像分割处理是将m幅灰度图像进行以轨道为基准的分割处理，得到m幅分割后的灰度图像，

所述以轨道为基准的图像分割是指以轨道边缘为参考点，然后向两侧扩展一定距离形成列车危险区域，再根据危险区域进行图像分割，

所述一定距离，中国常用的铁路轨距是1.435m，而火车车厢宽度一般为3.30m，所以所述一定距离是以铁轨边缘分别向外扩展1.20m来确定危险区域。

所述图像滤波去噪处理是将m幅分割后的灰度图像进行滤波去噪处理，得到m幅分割后的滤波去噪灰度图像。

进一步地，所述三背景建模方法，包括将得到的m幅滤波去噪后分割灰度图像中的第1幅保存为历史背景f₁，将得到的m幅滤波去噪后分割灰度图像中的第m-1幅保存为次帧实时背景，将得到的m幅滤波去噪后分割灰度图像中的第m幅保存为实时背景f₃。

进一步地，所述三重差分方法，包括用实时背景f₃减去次帧实时背景f₂的帧间差分法得到差分图像p₁，用实时背景f₃减去历史背景f₁的历史差分法得到差分图像p₂，用次帧实时背景减去历史背景的次帧历史差分法得到差分图像p₃。