[发明专利]基于偏振图像融合的钢轨廓形检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于偏振图像融合的钢轨廓形检测方法及装置，该方法包括：采集钢轨多个方向的光条偏振图像；根据钢轨多个方向的光条偏振图像，确定Stokes参量图像；根据Stokes参量图像，确定线偏振度图像和线偏振角度图像；从钢轨多个方向的光条偏振图像、Stokes参量图像、线偏振度图像和线偏振角度图像中选取待融合图像，并对选取的待融合图像进行图像融合处理，得到融合图像；根据融合图像，提取钢轨廓形数据。本发明能够提供成像对比度和光条中心置信度均比较高的高质量钢轨廓形光条图像，从而降低从钢轨廓形光条图像中提取光条中心的难度，提高钢轨廓形检测的准确度。

技术领域

本发明涉及钢轨检测领域，尤其涉及一种基于偏振图像融合的钢轨廓形检测方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

众所周知，钢轨廓形的变化，会直接影响到铁路轨道的安全运行。对钢轨廓形检测，是掌握钢轨的服役状态，进而指导钢轨打磨作业，是铁路运营维护的重要手段。

钢轨廓形检测是指将实测的钢轨廓形数据，与钢轨标准廓形数据对比，从而得到钢轨的垂直磨耗量、侧面磨耗量等参数。目前，钢轨廓形检测的手段主要有两种类型：一种是接触式检测，这种方式由于需要将探头与钢轨接触，存在检测效率低、人工成本高等缺点；另一种是非接触式检测，利用钢轨表面反射光的强度信息来提取钢轨廓形数据，以线结构光廓形检测技术为代表，该技术由激光器发射光刀平面垂直入射到钢轨表面，由相机以一定的角度拍摄钢轨，得到包含钢轨轮廓信息的钢轨廓形光条图像，进而通过提取光条中心来获得钢轨廓形数据，这种方式具有高速、高精度等优点，目前普遍应用于钢轨廓形的动态检测。

在铁路现场应用中，由于工况恶劣，钢轨在服役一段时间后，钢轨表面状态会发生改变，例如，表面不平顺、表面异物、钢轨光带、轨头生锈等。这些表面状态的改变会干扰钢轨表面反射光的能量分布，造成能量分布异常，例如，在轨头光带区域，表面较为光滑，镜面反射能力很强，而漫反射能力很弱，入射光大部分能量分布在镜面反射方向附近，只有少量漫反射光被相机采集。

由于传统线结构光钢轨廓形检测技术获取的是钢轨表面反射光的强度信息，在该过程中，漫反射光是测量信号，镜面反射光是干扰信号，因此，在光滑的钢轨光带区域，传统结构光钢轨廓形检测方法获取钢轨廓形光强度图像，会出现欠曝(即曝光不足)现象。在欠曝区域，光条能量较弱，对比度和光条中心的置信度均比较低，很难得到准确的钢轨廓形数据，甚至当光条能量很弱时，会出现检测不到光条，导致廓形数据部分缺失，大大降低了钢轨廓形检测的准确度。虽然可以通过增大曝光时间的方式，能够解决光带区域的欠曝问题，但同时会使得同一幅图像中正常区域的光条曝光过量，仍然会影响整体廓形的检测准确度。

图1示出了基于反射光强度信息的钢轨廓形检测方法获取的钢轨廓形光条图像，可以看出，在轨头光带区域和轨距点附近区域，由于表面较光滑和曲率的变化，进入相机的漫反射光较少，导致该区域的对比度较低，出现欠曝现象。

图2所示为采用极大值法、灰度重心法和Steger法，分别对图1所示的钢轨廓形光条图像中轨头区域的光条中心进行提取的结果。如图2所示，图标a所示为采用极大值法提取出的光条中心，图标b所示为采用灰度重心法提取出的光条中心，图标c所示为采用Steger法提取出的光条中心，图标d所示为通过Miniprof轨廓仪测量的钢轨廓形数据映射到图像坐标中的结果。由于Miniprof轨廓仪能够实现钢轨廓形的接触式测量，测量结果比较准确，因而，可以作为不同光条中心提取方法的参考基准。

对图2所示的提取结果进行分析可知，对于曝光不足(即欠暴)的区域，由于光条能量较弱，对比度低，三种光条中心提取算法提取出的光条中心，均会出现不同程度的中断现象。这些中断的光条中心会使得转换得到的钢轨廓形数据发生缺失，无法反映真实的钢轨廓形，增大了钢轨廓形检测的误差。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容