[发明专利]钢轨的三维全参数智能化检测方法

摘要

本发明公开了钢轨的三维全参数智能化检测方法，属于钢轨检测技术领域；它包含以下步骤：钢轨表面图像采集；光源；在计算机视觉系统中，好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键；光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征参量，使成像质量不受物体位置；钢轨缺陷深度处理；在用激光扫描仪连续扫描钢轨前，首先将标定板放于钢轨踏面，通过扫描仪自带软件校正基准面，使标定板所在平面Z0=0。然后让激光扫描仪扫描一段无缺陷钢轨，将所得数据求和取平均，得到一行无缺陷的钢轨表面相对于基准面的数据。能有效减少缺陷误判率和漏检率。能准确检测出钢轨缺陷的位置、大小及深度，为钢轨表面缺陷检测提供一种成本低、检测精度高的快速有效新途径。

主权项

钢轨的三维全参数智能化检测方法，其特征在于它包含以下步骤：(1)、钢轨表面图像采集(1.1)、光源；在计算机视觉系统中，好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键；光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征参量，使成像质量不受物体位置变化的影响；(1.2)、相机与镜头；考虑到钢轨生产线生产速度为1.5 m/s（5.4 km/h），系统精度设计为±0.2 mm，拍摄视场为300 mm，可推算出相机的参数如下： ①CCD分辨率；选择分辨率为2 048像素的相机，实际精度为300/2 048=0.14 mm； ②CCD线扫描频率 若纵向分辨率为0.2 mm，则可得到线阵CCD的水平扫描频率：HSF=V/R=5.4/0.2=27 kHz；选用型号为raL2048‑48 gm的线扫描黑白相机；该相机最大行频48 kHz，分辨率为2 048，镜头选择固定焦距50 mm的C口镜头；由于相机本身属于千兆以太网接口，因此直接通过网线将采集图像传输回计算机而不用图像采集卡；(2)、钢轨区域定位；摄像机采集的图像中除了钢轨表面区域外还包含其他背景区域，去掉无关的背景区域能大幅减少存储空间和运算时间，能有效提高检测结果的有效性；通过对采集的图像进行观察和分析发现：钢轨区域相对于图像背景区域灰度差异明显，钢轨所在区域的灰度值比背景所在区域的灰度值高；(3)、图像分割算法；为降低噪声对图像处理效果的影响，具体步骤如下：(3.1)求出图像中最小灰度值Zmin和最大灰度值Zmax，令阈值初值T0=（Zmin+Zmax）/2；(3.2)根据阈值Tk将图像分割成目标和背景两部分，并分别求出两区域的像素平均灰度值，记为μ1和μ2；(3.3)求出新阈值为Tk+1=（μ1+μ2）/2，k=1，2，3…；(3.4)重复（3.2）‑（3.3），直到Tk+1=Tk，结束循环并跳转至（3.5）；(3.5)此时得到的Tk为最佳阈值，将大于Tk的部分判定为目标，灰度值设为255；将小于Tk的部分判定为背景，灰度值设为0，再对图像进行二值化操作；(4)、钢轨缺陷深度处理在用激光扫描仪连续扫描钢轨前，首先将标定板放于钢轨踏面，通过扫描仪自带软件校正基准面，使标定板所在平面Z0=0；然后让激光扫描仪扫描一段无缺陷钢轨，将所得数据求和取平均，得到一行无缺陷的钢轨表面相对于基准面的数据。