[发明专利]基于激光条中心线定位提取算法的轮对踏面损伤检测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光条中心线定位提取算法的轮对踏面损伤检测方法，涉及铁路交通技术领域，该方法利用轮廓跟踪提取算法从踏面检测图像中提取出检测激光条的轮廓边界线，并在轮廓边界线的法线方向上筛选出预定范围的中心线待选区域，在中心线待选区域内应用Steger算法定位提取得到检测激光条的激光条中心线进而实现对轮对踏面的损伤检测；该方法的数据运算量较小，提取速度和实时性较优，而且既能有效定位检测激光条、排除杂散光斑的干扰，也能有效利用激光条图像的微分特性，最终实现高精度的快速提取，在提取速度和提取精度方面都有较好的表面，从而可以提升轮对踏面损伤检测的速度和精度。

技术领域

本发明涉及铁路交通技术领域，尤其是一种基于激光条中心线定位提取算法的轮对踏面损伤检测方法。

背景技术

伴随着轨道运输总量的日益庞大，轨道运输的高速化、大载荷化成为必然的发展趋势，这对车辆安全状态的检测提出严峻的考验。因此，列车零部件优劣尤其是轮对质量对铁路运输行业的运营安全有着不可忽视的影响。列车具有连续不间断的使用特点，在持续性运行过程中各个部件不可避免得会发生磨损，因此需要及时对列车的部件损伤进行检测，将磨耗超过规定限度的列车零部件进行维修、更换，以此提高列车安全性。

轮对承担着整个车体的重量，是列车最重要的部件之一，并由于在列车运行过程中与铁轨持续性接触碰撞，也是列车最易受损的部件，因此对轮对的损伤检测是列车安全检测的重要组成成分。其中，轮对踏面由于长期和铁轨直接接触，不可避免的成为轮对发生损伤的主要部位，因此如何对轮对踏面上的损伤进行快速、准确的检测成为铁路运输行业亟待解决的问题，也是该领域众多科研人员长期致力研究的重要课题，实现轮对踏面损伤的高精度检测尤其是在轨自动检测对我国铁路运输行业的发展将具有重大意义。

传统做法是由机车检修工作人员通过肉眼观察或声音识别的方法来进行机车轮对踏面的损伤检测，这种方法检测效率低下、自动化程度低。随着机器视觉检测技术的发展，逐渐会给予图像处理技术来实现机车轮对踏面的无损检测，比如一种做法可能会使用线结构光扫描技术来实现，该技术将线结构光投射在待检测物体表面，通过图像处理技术提取出畸变激光条的二维中心点坐标，再根据线结构光检测系统的结构参数反算出对应的三维坐标，从而获取物体表面的三维点云，继而实现对轮对踏面损伤的无损检测。由于激光条具有一定宽度、存在冗余信息，需提取出单像素宽度的中心线，其提取精度将直接决定后续的系统检测精度，因此如何实现快速、高精度、鲁棒性好的激光条中心线提取算法是线结构光扫描技术的关键。

现有激光条中心线提取方法主要可以分为两大类：一是仅考虑激光条灰度值分布特点的传统中心线提取方法，主要有极值法、阈值法、灰度重心法、边缘法和几何中心法等，但上述这些方法提取精度不高且鲁棒性差。二是基于激光条特性(如微分特性和形态特性等)的中心线提取方法，主要有Steger方法和方向模板法等，这类方法精度较高且具有一定的抗噪声能力，但提取速度较传统方法仍有一定差距。可见现有的激光条中心线提取方法很难在提取精度和提取速度两方面都表现良好，从而影响了使用线结构光扫描技术来实现轮对踏面损伤检测的效果。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于激光条中心线定位提取算法的轮对踏面损伤检测方法，本发明的技术方案如下：

一种基于激光条中心线定位提取算法的轮对踏面损伤检测方法，该方法包括：

当机车在轨道上行驶的过程中，通过激光器将检测激光条投射在机车的轮对踏面上并通过相机拍摄轮对踏面获取踏面检测图像；

利用轮廓跟踪提取算法从踏面检测图像中提取出检测激光条的轮廓边界线，并在轮廓边界线的法线方向上筛选出预定范围的中心线待选区域；

在中心线待选区域内应用Steger算法定位提取得到检测激光条的激光条中心线；

基于定位提取得到的激光条中心线利用线结构光扫描技术对轮对踏面进行损伤检测。