[发明专利]一种基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法

权利要求书

1.一种基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用三维成像系统获取轨道扣件三维形貌数据；

步骤2：以轨道平面深度图像为水平面基准，将三维形貌数据转换为二维深度图像；

步骤3：在二维深度图像中检测扣件区域，根据螺帽在扣件中位置对螺帽进行粗定位，提取螺帽感兴趣区域ROI；

步骤4：在螺帽感兴趣区域ROI中计算螺帽高度；

步骤5：根据螺帽参考高度，计算螺帽浮起高度；

步骤6：设定判定阈值，当螺帽浮起高度时，判定螺帽松动，否则，判定螺帽未松动，的取值范围为0-1000；

所述二维深度图像的位宽为8～24bits，单位像素值所代表的实际高度小于1mm；

所述螺帽参考高度为当前检测扣件螺帽未浮起情况下的高度值，计算方法与相同；在检测时，当前螺帽参考高度，由轨枕或扣件计数得到当前螺帽编号K，从参考高度值数据集中，提取编号为K的螺帽参考高度。

2.根据权利要求1所述的基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：步骤4中所述螺帽高度的具体计算方法如下：

步骤a-4-1：设定阈值，对螺帽感兴趣区域ROI中像素进行阈值分割，得到区域R；

（1）

其中，表示螺帽感兴趣区域ROI中处的像素灰度值，阈值，其中，表示螺帽ROI中的像素灰度最大值，为固定常数，的取值范围为0~50；

步骤a-4-2：采用公式（2）或公式（3），计算区域R的中心位置：

（2）

（3）

其中，、分别表示区域R中包含像素点的最小和最大横坐标值，、分别表示区域R中包含像素点的最小和最大纵坐标值，是像素坐标，N是区域R中像素数量；

步骤a-4-3：设定为圆点、r1为半径的圆环，在二维深度图像上进行采样，得到采样序列，r1的取值范围是：r2r1r3，r2是螺帽螺孔半径，r3是螺帽外周六边形的内接圆半径，通过事先计算得到；

步骤a-4-4：设定阈值，对采样序列进行阈值化处理，得到新的采样序列；

步骤a-4-5：计算采样序列的均值或中值，作为螺帽高度。

3.根据权利要求1所述的基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：步骤4中所述螺帽高度的具体计算方法如下：

步骤b-4-1：设定阈值，对螺帽感兴趣区域ROI中像素进行阈值分割，得到区域R；

（1）

其中，表示螺帽ROI中处的像素灰度值，阈值，其中，表示螺帽ROI中的像素灰度最大值，为固定常数，的取值范围为0~50；

步骤b-4-2：计算区域R的外接圆半径r4，当r4r2+e1时，计算区域R内像素均值或中值，作为螺帽高度，否则转步骤4-3；

步骤b-4-3：对区域R进行圆形拟合，以该圆形的中心为圆心，设定半径为r5、r6的同心圆环C，r5=r2+e2，r6=r3-e3，取圆环C区域内像素均值或中值，作为螺帽高度；

其中，e1、e2、e3是偏差量，取值范围为0~50；r2是螺栓半径，r3是螺帽外接圆半径，通过事先计算得到。

4.根据权利要求3所述的基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：在所述步骤b-4-2中，当r4r2+e1时，取区域R中非零的、出现次数最多的像素值作为螺帽高度。

5.根据权利要求3所述的基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：在所述步骤b-4-2中，当r4r2+e1时，计算区域R内像素均值或中值为参考值，对螺帽感兴趣区域ROI中像素进行分割：

(4)

其中，表示螺帽感兴趣区域ROI中处的像素灰度值，取分割后非零区域内像素均值或中值作为螺帽高度，b为固定常数，b的取值范围为0~50。

6.根据权利要求3所述的基于高度比对的轨道扣件螺帽松动检测方法，其特征在于：在步骤b-4-3中，对区域R进行圆形拟合，以该圆形的中心为圆心，设定半径为r5的圆O，r5=r2+e4，e4是偏差量，取值范围为0~50，取圆O上像素均值或中值为参考值，对螺帽感兴趣区域ROI内像素进行分割：

(5)

其中，表示螺帽感兴趣区域ROI中处的像素灰度值，取分割后非零区域内像素均值或中值作为螺帽高度，c为固定常数，c的取值范围为0~50。