[发明专利]高铁接触网悬挂装置耳片断裂检测方法

摘要

本发明公开了一种利用SIFT(Scale-Invariant Feature Transform，尺度不变特征变换)的检测方法对旋转双耳耳片断裂故障进行检测。包括以下步骤：首先利用SIFT算法对接触网接支撑与悬挂装置图像与旋转双耳模板图像进行局部特征点匹配；再利用改进之后的RANSAC(Random Sample Consensus，随机抽样一致)算法对匹配成功的特征点对进行筛选并实现旋转双耳的定位；然后利用边界追踪的方法提取出旋转双耳的上边界曲线，绘制出曲线上各点的弯曲度曲线；最后将绘制出的弯曲度曲线与正常情况下的弯曲度曲线在对应点处做差分，判断是否有耳片断裂故障发生。本发明方法能在复杂的接触网悬挂装置图像中准确识别发生断裂故障的耳片，与人工筛查的方法相比可大大提高检测的效率。

主权项

一种利用尺度不变特征变换SIFT(Scale‑Invariant Feature Transform)的高铁接触网支撑装置耳片断裂检测方法，利用安装在检测车车顶的CCD工业摄像机对接触网支撑与悬挂装置图像进行采集后对所采集的图像进行局部特征点匹配、聚类、定位和断裂故障检测，包括以下步骤：A、将CCD工业摄像机和射灯安装在检测车车顶，检测车沿铁路线运行，遇到接触网支柱时自动拍摄接触网支撑与悬挂装置图像，采用夜间加射灯的拍摄方式以减少日光干扰；B、将A所获图像利用SIFT在现场采集到的接触网支撑与悬挂装置图像与旋转双耳标准模板图像之间实现局部特征点匹配；C、将B所获支撑与悬挂装置图像中所有匹配成功的特征点按空间距离进行聚类，每个聚类对应一个疑似旋转双耳的图像区域；D、利用改进之后的随机抽样一致算法RANSAC(Random Sample Consensus)对所述聚类中的特征点对进行筛选，判断该聚类所对应的图像区域中是否包含旋转双耳，计算模板图像与接触网支撑与悬挂装置图像中旋转双耳区域之间的仿射变换矩阵，实现旋转双耳在接触网支撑与悬挂装置图像中的定位，其算法流程如下：A1：从所述的聚类中随机抽取3个特征点，利用公式(1)计算接触网支撑与悬挂装置图像与模板图像之间的仿射变换矩阵H1；H1＝BAT(AAT)‑1                                    (1)式中， A = x 1 x 2 K x N y 1 y 2 K y N 1 1 K 1 , B = x 1 ′ x 2 ′ K x N ′ y 1 ′ y 2 ′ K y N ′ 1 1 K 1 , N为计算H1时用到的特征点的个数，此时有N=3，(xi，yi)，i∈[1，N]为接触网支撑与悬挂装置图像中特征点的坐标，(xi′，yi′)为模板图像中与(xi，yi)相匹配的点的坐标，将最佳估计内点数Si的值置0；A2：利用(2)式计算该聚类中每一个点在模板图像中的匹配点(x′，y′)经H1所确定的仿射变换后得到的结果(x″，y″)； x ′ ′ y ′ ′ 1 = H 1 x ′ y ′ 1 - - - ( 2 ) 如果(x″，y″)与聚类中的点(x，y)的距离小于T，则将(x，y)判定为一个内点；A3：判断H1对应的所有内点在接触网支撑与悬挂装置图像中的相对位置是否与模板 图像中与之相匹配的特征点的相对位置相同；若不相同，则认为内点中包含错误匹配，若相同，则判断H1所对应的内点数是否大于最佳估计内点数Si，若大于Si，则将H1作为仿射变换矩阵的当前最佳估计，并更新Si；A4：返回A1)继续运行，运行至规定次数后，循环停止，若Si的值不为0，则认为该聚类所代表的图像区域中包含旋转双耳；仿射变换矩阵的当前最佳估计H1即作为其最终估计H；将模板图像四个顶点的坐标带入公式(1)，并令H1＝H，即可计算出接触网支撑与悬挂装置图像中旋转双耳的所在区域；E、从支撑与悬挂装置图像中提取旋转双耳子图像，利用基于上边界曲线弯曲度的方法对耳片断裂故障进行检测，检测方法包含以下步骤：E1：将从接触网支撑与悬挂装置图像中提取出的旋转双耳子图像进行二值化，使旋转双耳与图像背景分离；从子图像边缘开始，利用边界追踪的方法依次求出上边界曲线上每个点的坐标，形成上边界曲线坐标序列；E2：上边界曲线上第k个点的弯曲度定义为它与第k+50个点连线的倾角，其计算公式如下： c k = arctan [ y k + 50 - y k x k + 50 - x k ] ( atrcan [ y k + 50 - y k x k + 50 - x k ] > 0 ) arctan [ y k + 50 - y k x k + 50 - x k ] + π ( atrcan [ y k + 50 - y k x k + 50 - x k ] < 0 ) - - - ( 3 ) 式中，ck表示上边界曲线上第k个点的弯曲度，xk、yk、xk+50、yk+50、分别表示上边界曲线上第k个点和第k+50个点的横纵坐标，ck的单位为弧度，取值范围为0～π；依次计算上边界曲线上各点的弯曲度，绘制出上边界曲线上各点的弯曲度曲线；E3：将上述弯曲度曲线与正常情况下的弯曲度曲线在对应点处作差分，如果差分曲线中包含大于0.5的点，则认为发生了耳片断裂故障，发出断裂故障警示信号。