[发明专利]一种基于单目红外图像的受电弓接触点实时检测算法

说明书

本发明公开了一种基于单目红外图像的接触点实时检测算法。其中，所述方法包括：利用从红外视频帧序列的第一张原始图像中截取的弓模板对实时获取的单目红外原始图像进行模板匹配，确定受电弓位置；根据所述受电弓位置，在所述单目红外原始图像中分别提取弓以上接触线图像和受电弓感兴趣区域图像；分别对所述弓以上接触线图像和受电弓感兴趣图像执行图像增强操作，得到接触线增强图像和受电弓增强图像；分别对所述接触线增强图像和受电弓增强图像执行像素归一化操作和参数优化，提取接触线点集和受电弓碳滑板轮廓点集提取；分别对所述接触线点集和受电弓碳滑板轮廓点集进行直线的参数估计，计算接触线拟合直线以及受电弓滑板拟合直线的交点，实现接触点定位。

技术领域

本发明涉及交通安全工程技术领域，特别是涉及一种基于单目红外图像的接触点实时检测算法。

背景技术

电力机车通过受电弓从接触网导线上获取电能牵引列车前行，列车在行驶过程中其车顶的受电弓会自动升降使得受电弓顶部的滑板和接触网中的接触线能保持良好接触，并且为了提高滑板的使用寿命，防止在列车运行时接触线在滑板的某一处持续摩擦，人们将接触线以“之”字型的方式架设从而让接触线在滑板的有效范围内来回滑动，接触线的高度也要和受电弓所能达到的最大高度相匹配，接触线过高则在运行过程中可能导致弓网分离从而中断受流降低电流品质，过低则会加剧滑板的磨损降低其使用寿命进而增加运营成本。因此动态实时监测接触网的运行状态就变得十分重要，合适的导线高度、弓网是否良好接触等对高速铁路的安全运行具有重大意义，是进一步提高速度和提升效率的关键一环。

高速动车组在运行时会经历各种场景，在有些线路中会频繁经过隧道、桥梁、站场、顶棚等；在不同的运行时间段会有不同的天气状况，如大雾雨雪和云层等都会在红外图像中成像，并且不同场景下的接触线和背景的成像差别很大，如在隧道内图像整体噪声水平很高，有时接触线在图像中甚至出现“断裂”的现象；经过桥梁时红外图像中会出现大面积亮块，并且有时亮度甚至会高于接触线；经过站场或顶棚时会图像中会出现大面积的顶棚灯光或站场；云层较厚时在图像中也会有云层。这些不同的场景的背景区别大，图像噪声水平差异大，对识别接触线是非常大的干扰。

传统的边缘检测技术虽然能提取出接触线的轮廓，但是对图像中的边缘是无差别的，这使得边缘检测的结果中包含了大量背景元素，这对后续接触线的进一步检测带来了很大的干扰，因为边缘检测算法只关注图像中的边缘，并没有图像中景物的先验知识；传统的霍夫直线检测虽然能够准确地检测出图像中的直线，但是基于霍夫变换的直线检测方法速度较慢，首先需要获取接触线的二值图像，获得检测结果后还需要进一步判断接触线的位置，并且当图中接触线被定位器拉折时需要将两段短的直线拼接起来，进一步拖慢了检测速度。

发明内容

针对传统技术的缺陷或不足，本发明提出一种基于单目红外图像的接触点实时检测算法，有效解决传统边缘检测算子无差别地对待受电弓和接触线轮廓，不能很好地突出接触线和受电弓的特征并且存在大量背景边缘的问题。本发明通过下述技术方案实现：

为实现上述技术目的，本发明提供了一种基于单目红外图像的接触点实时检测算法，包括以下步骤：

S1、利用从红外视频帧序列的第一张原始图像中截取的弓模板对实时获取的电力机车单目红外原始图像进行模板匹配，确定受电弓位置；

S2、根据所述受电弓位置，在所述单目红外原始图像中分别提取弓以上接触线图像和受电弓感兴趣区域图像；

S3、分别对所述弓以上接触线图像和受电弓感兴趣图像执行图像增强操作，得到接触线增强图像和受电弓增强图像；

S4、分别对所述接触线增强图像和受电弓增强图像执行像素归一化操作和参数优化，提取接触线点集和受电弓碳滑板轮廓点集；

S5、分别对所述接触线点集和受电弓碳滑板轮廓点集进行直线的参数估计，计算接触线拟合直线以及受电弓滑板拟合直线的交点，实现接触点定位。