[发明专利]一种高速铁路接触网目标检测与跟踪方法

说明书

一种高速铁路接触网目标检测与跟踪方法，属于图像目标检测与跟踪技术领域，包括以下步骤：S1：采集样本红外视频；S2：对S1中的样本红外视频进行帧处理，得到样本图像；S3：对S2中的样本图像进行预处理；S4：对于S3中得到的图像，利用Hough变换连接样本图像中的承力索和导线的边缘；S5：确定受力接触导线的跟踪策略，并对其进行跟踪；S6：基于Kalman滤波预测目标接触导线运动轨迹，在出现漏检或错检的情况下修正跟踪结果。针对背景环境复杂、高铁接触网目标特征非常不明显、道岔口需要频繁换线、硬横支架部分遮挡等干扰问题，该方法克服了这些问题，在一定程度上解决了在行车过程中弓网脱离而引发的安全事故，为城市轨道安全运行提供了保障。

技术领域

本发明属于图像目标检测与跟踪技术领域，更具体地，设计一种高速铁路接触网目标检测与跟踪方法。

背景技术

随着我国电气化铁路不断的往高速、重载方向发展，使得接触网－受电弓在高速运行工作状态下越来越受到关注。由于接触网长期保持和受电弓滑板相互接触，在机车行驶过程中，时刻磨损，从而给机车取电的性能带来了很多不可靠的因素，直接影响机车的行驶状态，严重时会导致发生安全事故。因此需要实时检测接触网的运行状态，以保障机车安全行驶。

目前对于接触网的实时监控数据，主要来源于高铁车厢顶部摄像头的监控图像。由于在高铁运行过程中会出现过隧道、桥梁、硬横支架以及接触网换线等情况，因此视频图像中会出现不可预测的突变和干扰，如光照变化、室内直线阴影干扰、遮挡直线背景干扰、杂乱线路干扰等。对接触线的检测与跟踪主要考虑两个问题：弓网接触的状态，即滑板和接触导线接触的好不好；在道岔口地方进行换线模式。从场景角度分析，有站内和站外两类场景。在站内环境下，由于接触网线路简单，只有承力索导线和接触网导线，目标与背景具有较大的区分度，目标检测跟踪比较容易；由于受光照变化、阴影、遮挡和换线等干扰，导致站外环境下接触网检测与跟踪成为难点。

传统的目标检测方法通常有背景建模法，帧差法，光流法等。但是在高铁接触网系统中，由于检测导线和承力索目标问题的特殊性，传统的检测算法效果并不理想，所以我们接下来的思路是借助特征参数跟踪来获取目标运动趋势，进而优化目标检测的效果。如2009年《基于图像处理的铁路接触网检测系统的研究》大连理工大学鄂永的论文，运用传统的接触线识别算法，即基于灰度信息识别接触线算法，主要是利用接触线的灰度信息，提前检测图像的某一行像素进行粗略搜索，然后根据接触线和承力索的位置和宽度区别定位接触线。这种方法虽然能够有效准确识别接触线，但在换线过程中无法准确检测，只能适用于只有一条接触线和一条承力索的简单线路条件下，并且无法实现实时处理。

在本申请的实际环境中，由于导线和承力索无显著视觉特征，在出现直线干扰时判别性较弱，因此对其进行跟踪具有一定的难度。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提出一种高速铁路接触网目标检测与跟踪方法，弥补接触线和承力索无视觉显著特征的不足，克服了多个相似运动目标同时运动复杂情况问题，并且该方法能在大多数情况下实时、准确地检测跟踪接触线，在一定程度上解决了在行车过程中弓网脱离而引发的安全事故，为城市轨道安全运行提供了保障。

本发明采用以下具体的技术方案：

一种高速铁路接触网目标检测与跟踪方法，包括以下步骤：

S1：采集样本红外视频；

S2：对S1中的样本红外视频进行帧处理，得到样本图像；

S3：对S2中的样本图像进行预处理；

S4：对于S3中得到的图像，利用Hough变换连接样本图像中的承力索和导线的边缘；

S5：确定受力接触导线的跟踪策略，并对其进行跟踪；

S6：基于Kalman滤波预测目标接触导线运动轨迹，在出现漏检或错检的情况下修正跟踪结果。