[发明专利]一种基于图像处理的弓网状态检测方法

摘要

本发明公开了一种基于图像处理的弓网状态检测方法。方法通过安装在列车车顶的四台摄像机及三台照明灯的不同组合，利用其中两摄像机组成的双目三角形法，通过获取受电弓和接触线工作状态图像，采用一定的图像处理算法对受电弓和接触线图像进行处理，并得到接触线拉出值和高度，最后取四台摄像机6种组合得到的拉出值和高度的平均值，判断其是否超限及弓网工作状态是否正常。本发明作为监视受电弓和接触线工作状态、保证机车安全运行提供了一种新的非接触式检测方法，给维护、维修和抢修带来极大方便和有力的技术支持。

主权项

一种基于图像处理的弓网状态检测方法，其特征在于，通过安装在列车车顶的四台摄像机及三台照明灯的不同组合，利用其中两摄像机组成的双目三角形法，通过获取受电弓和接触线工作状态图像，采用一定的图像处理算法对受电弓和接触线图像进行处理，并得到接触线拉出值和高度，最后取四台摄像机6种组合得到的拉出值和抬升量的平均值，判断其是否超限及弓网工作状态是否正常，具体方法如下；1)安装在列车车顶的四台摄像机及三台照明灯的组合方法有：第一种方式，一台照明灯和二台摄像机安装在车顶中心线位置，另外两台照明灯和摄像机在同一水平线以车顶中心线对称布置；第二种方式，四台摄像机及三台照明灯以车顶中心线对称、交叉等间距布置；第三种方式，三台照明灯以车顶中心线对称布置，其中两台摄像机在照明灯的一侧以车顶中心对称布置，另外两台摄像机在照明灯另一侧以车顶中心线对称布置；2)安装在列车车顶的每两台摄像机与接触线目标组成一个三角形，利用如下三角形方法求解拉出值与抬升量：即由两个摄像机与接触线组成一个三角形，通过三角形求解的唯一性来计算接触线高度，设两台摄像机以机车中心线对称布置，两台摄像机透镜中心点之间的间距为L，f1和f2分别为两摄像机的焦距；点C为接触线原始位置，C1为接触线抬升位置；H0为接触线原始高度，h为接触线抬升位置到两摄像机透镜中心水平面的距离；d1为接触线抬升位置在摄像机1焦平面上的投影点到该摄像机焦平面中心点的距离，d2为接触线抬升位置在摄像机2焦平面上的投影到点该摄像机焦平面中心点的距离；摄像机1透镜中心分别至接触线原始位置和接触线抬升位置的夹角为α，设摄像机2透镜中心分别至接触线原始位置和接触线抬升位置的夹角为β，两摄像机主光轴与两透镜中心所在水平面的夹角为θ，接触线抬升位置在两透镜中心所在水平面上的投影到摄像机1透镜中心的距离为a，由三角形关系可得： tan ( θ - α ) = h a - - - ( 1 ) tan ( θ + β ) = h L - a - - - ( 2 ) tan α = d 1 f 1 - - - ( 3 ) tan β = d 2 f 2 - - - ( 4 ) 由式(1)和式(2)可推出h和a的表达式： h = tan ( θ - α ) · tan ( θ + β ) tan ( θ - α ) + tan ( θ + β ) × L - - - ( 5 ) a = tan ( θ + β ) tan ( θ - α ) + tan ( θ + β ) × L - - - ( 6 ) 导高：H＝h+h0        (7)拉出值： s = a - L 2 - - - ( 8 ) 抬升量：Δh＝H‑H0    (9)从而求得拉出值： S = 1 6 Σ i = 1 6 s i - - - ( 10 ) 接触线抬升量： ΔH = 1 6 Σ i = 1 6 Δ h i - - - ( 11 ) 四台摄像机两两组合与接触线目标共组成六个三角形，共可求得6组拉出值和抬升量，取6组值的平均值得到最终的拉出值与抬升量；3)对弓网图像处理采用Canny算子边缘检测方法，得到弓网图像中的边缘，其中采用自适应阈值算法对图像进行处理；通过对图像进行垂直边缘增强，来增强接触线的边缘和抑制其他干扰边缘；接触线在图像中一定范围内运动，将范围之外的部分进行背景处理，根据上一帧图像中接触线位置来跟踪和预测该帧中接触线位置，通过设定一定搜索范围进一步确定接触线边缘位置，同时将无关边缘进行背景化处理；将目标跟踪和位置搜索后的图像进行区域分割和断点接续处理，其中区域分割方法采用图像膨胀和图像腐蚀运算将接触线的两条边缘进行合并得到接触线真实宽度，接触线在图像中看作是一条直线，根据接触线斜率一致性将断点位置图像进行接续，从而获得完整的接触线目标边缘。