本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理以及高鐵機(jī)動(dòng)化技術(shù)，具體涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道扣件的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)與計(jì)數(shù)，為高速鐵路故障提供定位標(biāo)注信息。

背景技術(shù)：

截止2015年末，我國(guó)投入運(yùn)營(yíng)的高速鐵路超過(guò)1.9萬(wàn)公里，居世界第一位，最高行駛速度可達(dá)350公里/每小時(shí)，極大地推進(jìn)了我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。但是維護(hù)不斷擴(kuò)張的高鐵線路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路的安全預(yù)警也成為亟待解決的問(wèn)題。

為了高速鐵路線路長(zhǎng)期處于符合鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的良好狀態(tài)，需要對(duì)鐵路軌道、扣件組、路基進(jìn)行經(jīng)常性檢測(cè)、維修作業(yè)。其中，軌道檢測(cè)是鐵路工務(wù)部門的基礎(chǔ)任務(wù)，目前已研發(fā)出的軌檢車是用于軌道參數(shù)連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的專用車輛，其目的是定期對(duì)軌道進(jìn)行檢測(cè)，掌握軌道質(zhì)量狀態(tài)，指導(dǎo)鐵路工務(wù)部門進(jìn)行軌道維護(hù)，確保鐵路運(yùn)輸安全。

軌道幾何參數(shù)測(cè)量一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如何準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的位置，對(duì)提高維修人員的工作效率具有重要意義。

由于扣件組之間的距離(除去進(jìn)出站、軌道交匯、拐彎等區(qū)域)是基本一致的，為了完成以上目的，可通過(guò)里程測(cè)量來(lái)完成扣件的計(jì)數(shù)(編號(hào))。目前，我國(guó)高鐵軌道巡檢車常采用光電編碼器、光電測(cè)距傳感器或GPS定位系統(tǒng)對(duì)軌道扣件進(jìn)行定位。然而，光電編碼器由于車輪打滑，定位誤差會(huì)隨里程數(shù)的增加而累積增大。基于光電測(cè)距傳感器的定位系統(tǒng)由于安裝誤差準(zhǔn)確程度不夠；GPS在隧道、山區(qū)等環(huán)境下定位會(huì)受到嚴(yán)重影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)方法及系統(tǒng)，將其搭載于軌道檢測(cè)小車之上，完成扣件的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)與計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果可用于軌道故障定位，共同輔助對(duì)軌道幾何參數(shù)的快速修正。

技術(shù)方案

一種基于機(jī)器視覺(jué)的高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：對(duì)采集到的當(dāng)前幀圖像數(shù)據(jù)，抽取Y通道分量，得到灰度圖像；

步驟2：對(duì)灰度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波去噪；

步驟3：以閾值分割方法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化圖像數(shù)據(jù)；

步驟4：對(duì)二值圖像中的黑色像素個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為目標(biāo)面積m；對(duì)二值化圖像按行累加獲得投影曲線，并計(jì)算行投影曲線凸起部分的長(zhǎng)度值做為目標(biāo)在圖像中的寬度n；

步驟5：將目標(biāo)面積m和目標(biāo)在圖像中的寬度n與實(shí)際扣件在圖像中的面積M和寬度N進(jìn)行比較；如果檢測(cè)到的目標(biāo)面積與寬度都與實(shí)際扣件的面積與寬度一致，則判定圖像中存在扣件；

步驟6：如果當(dāng)前幀圖像中存在扣件，且上一幀圖像經(jīng)過(guò)步驟1～步驟5判定為不存在扣件，則給予計(jì)數(shù)；否則不予計(jì)數(shù)；

重復(fù)步驟1～步驟6完成扣件的檢測(cè)與計(jì)數(shù)。

一種實(shí)現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)，其特征在于：包括圖像采集設(shè)備、DSP嵌入式處理系統(tǒng)和兩個(gè)LED照明裝置；圖像采集設(shè)備的鏡頭位于機(jī)箱下部的中心，兩個(gè)LED照明裝置等距離置于鏡頭兩側(cè)，DSP嵌入式處理系統(tǒng)置于機(jī)箱內(nèi)；DSP嵌入式處理系統(tǒng)與包括圖像采集設(shè)備的相機(jī)之間通過(guò)BNC接口的數(shù)據(jù)線連接；使用時(shí)，機(jī)箱搭載于軌道檢測(cè)小車上，鏡頭對(duì)準(zhǔn)軌道扣件位置，兩個(gè)LED照明裝置與運(yùn)行方向平行，圖像采集 裝置將連續(xù)捕獲的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)BNC接口的數(shù)據(jù)線送至DSP嵌入式處理系統(tǒng)。

所述圖像采集系統(tǒng)的視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度為單個(gè)扣件的寬度+50mm的空間余量；視場(chǎng)橫向長(zhǎng)度為扣件長(zhǎng)度+80mm的余量；所述視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度為列車運(yùn)行方向；所述視場(chǎng)橫向長(zhǎng)度為列車運(yùn)行方向垂直。

所述圖像采集系統(tǒng)的工作距離為400mm，測(cè)量視場(chǎng)大小為：440mm×330mm。

所述相機(jī)采用SONY公司的VS-250DH2小型彩色工業(yè)模擬相機(jī)。

所述鏡頭采用維視圖像公司的AFT-0420MP鏡頭。

所述DSP嵌入式處理系統(tǒng)采用TI公司C6000系列DSP中的定點(diǎn)DSP。

采用透光率高達(dá)到92％亞克力有機(jī)玻璃板作為相機(jī)、鏡頭、LED裝置的防護(hù)罩。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于機(jī)器視覺(jué)的高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)方法及系統(tǒng)，首先設(shè)計(jì)了扣件計(jì)數(shù)方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了圖像采集系統(tǒng)及照明裝置，并設(shè)計(jì)了基于扣件面積與寬度特征的快速扣件檢測(cè)方法。

本發(fā)明優(yōu)越性：

1、同采用光電編碼器、光電測(cè)距傳感器及GPS定位系統(tǒng)等扣件定位方法相比，采用基于機(jī)器視覺(jué)的扣件定位方法具有定位精度高、無(wú)累積誤差、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于搭建、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)；

2、該系統(tǒng)可全天時(shí)正常工作。LED光源具有壽命長(zhǎng)(一般超過(guò)3萬(wàn)小時(shí))、響應(yīng)迅速(能在10ms或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大亮度)等優(yōu)點(diǎn)，選擇裝配LED照明裝置不僅可以令系統(tǒng)在晚間正常工作，也可以在白天抑制因太陽(yáng)光照射產(chǎn)生的陰影的影響，可提高扣件檢測(cè)對(duì)環(huán)境影響的魯棒性；

3、采用的TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP中的定點(diǎn)DSP，其核心是C6414型高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的處理性能，高度的靈活性和可編程性， 同時(shí)外圍集成了非常完整的視頻接口，特別適用于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域；

4、采用具有高透光性(透光率高達(dá)到92％)的亞克力有機(jī)玻璃板作為防護(hù)罩，在不影響成像效果的情況下，可防止工作環(huán)境中風(fēng)沙、碎石對(duì)相機(jī)、鏡頭、LED裝置造成污染或破壞。

5、利用該系統(tǒng)獲得的扣件計(jì)數(shù)結(jié)果上傳至上位機(jī)，并對(duì)軌道幾何參數(shù)測(cè)量傳感器獲得的軌道幾何參數(shù)故障位置進(jìn)行標(biāo)注，為鐵路維修人員快速準(zhǔn)確提供維修位置，對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路的安全預(yù)警具有非常重要的意義。

附圖說(shuō)明

圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為系統(tǒng)工作流程圖。

圖3為扣件計(jì)數(shù)方法流程圖。

圖4為扣件尺寸與軌枕距離示意圖

圖5為相機(jī)和鏡頭參數(shù)設(shè)計(jì)示意圖。

圖6為是否滿足扣件計(jì)數(shù)要求的臨界情況示意圖。

圖7為光源安裝位置示意圖。

(a)觀察方向與行駛方向一致(b)觀察方向垂直于行駛方向

圖8為基于面積與寬度特征的扣件快速檢測(cè)流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1示，將該系統(tǒng)通過(guò)支架搭載于軌道檢測(cè)小車之上，接通電源后，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，位于機(jī)箱下部鏡頭兩側(cè)的LED照明裝置開(kāi)始工作。當(dāng)由上位機(jī)通過(guò)RS232串口發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)給位于機(jī)箱上部DSP嵌入式系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始工作，位于機(jī)箱中央圖像采集裝置(相機(jī)1和鏡頭2)開(kāi)始連續(xù)捕獲圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)BNC接口的數(shù)據(jù)線，將圖像數(shù)據(jù)送至DSP嵌入式處理系統(tǒng)，利用扣件檢測(cè)算法完成扣件檢測(cè)，然后采用提 出的扣件計(jì)數(shù)方法完成扣件的計(jì)數(shù)，最后將計(jì)數(shù)結(jié)果由DSP嵌入式系統(tǒng)通過(guò)RS232串口送至上位機(jī)保存。

本發(fā)明的工作原理以及進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明如下：

基于機(jī)器視覺(jué)扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行原理框圖如圖2所示。在此對(duì)扣件計(jì)數(shù)方法、扣件檢測(cè)算法以及圖像采集設(shè)備具體設(shè)計(jì)給予介紹。

1.扣件計(jì)數(shù)方法

由于高速鐵路場(chǎng)景與普通鐵路相比較為單調(diào)、軌道檢測(cè)車運(yùn)行速度不確定等因素，若前后兩幀圖像中均捕獲多個(gè)扣件，將很難從兩幀圖像中找到相互對(duì)應(yīng)的相同扣件。即使能將相同的扣件匹配對(duì)應(yīng)上，也要付出計(jì)算時(shí)間較多的代價(jià)且難以保證其匹配結(jié)果的正確率，這樣便很可能出現(xiàn)重復(fù)計(jì)數(shù)的錯(cuò)誤結(jié)果；另外在扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)過(guò)程中，不希望出現(xiàn)漏計(jì)的現(xiàn)象。為了避免上述情況，本發(fā)明提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿足的三個(gè)條件，如下所示：

(1)軌道檢測(cè)車以最大速度行駛時(shí)，相機(jī)連續(xù)捕獲的兩幀圖像至少有一個(gè)扣件成像尺寸大小的重合區(qū)域；

(2)軌道檢測(cè)車以最大速度行駛時(shí)，拍攝到第n個(gè)完整扣件和第n+1個(gè)完整扣件圖像之間至少有一幀不包含完整扣件的圖像；

(3)若圖像中捕獲到的扣件不是完整的，則不能判定該幀圖像檢測(cè)到扣件。

在滿足以上三個(gè)條件基礎(chǔ)上，只要能完成每幀圖像中扣件有無(wú)的準(zhǔn)確檢測(cè)，那么扣件計(jì)數(shù)問(wèn)題就變得較為容易，大大減小了算法復(fù)雜度，避免了漏計(jì)與多計(jì)。扣件計(jì)數(shù)流程如圖3所示。

為了使設(shè)計(jì)的基于機(jī)器視覺(jué)的高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)滿足以上的扣件檢測(cè)計(jì)數(shù)條件，需要選取合適的圖像采集設(shè)備,本發(fā)明完成了相關(guān)設(shè)計(jì)，下文給予介紹。

2.圖像采集設(shè)備設(shè)計(jì)

在圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要綜合考慮多種因素。例如，扣件尺寸以及軌 枕的距離(如圖4所示)，保證設(shè)計(jì)的圖像采集系統(tǒng)能拍攝到完整扣件的同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)一張圖像中出現(xiàn)多個(gè)扣件的情況；要考慮圖像采集系統(tǒng)的工作距離(即鏡頭表面到成像目標(biāo)的距離)，因?yàn)楣ぷ骶嚯x大小與鏡頭的參數(shù)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。要想獲得同樣大小的視場(chǎng)，工作距離越近，要求鏡頭視場(chǎng)角越大，工作距離越遠(yuǎn)，要求鏡頭視場(chǎng)角越?。贿€要考慮軌道巡檢車工作的最高時(shí)速，設(shè)計(jì)合適的幀速率避免相機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扣件漏拍的情況；除此以外，還要考慮系統(tǒng)信息處理單元的性能，在滿足實(shí)時(shí)計(jì)算的前提下，選用圖像的像素個(gè)數(shù)滿足要求的相機(jī)。整體圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮的因素及關(guān)系如圖5所示。

(1)相機(jī)分辨率與鏡頭參數(shù)

本發(fā)明針對(duì)高鐵線路常采用的WJ-8C型彈條式扣件進(jìn)行設(shè)計(jì)，扣件寬度約為200mm，長(zhǎng)度約為120mm，如圖4所示。高鐵線路的軌枕間距約為625mm，。圖像采集系統(tǒng)的視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度(即列車運(yùn)行方向，如圖7(b)所示)應(yīng)大于單個(gè)扣件的寬度，另外考慮到系統(tǒng)安裝角度的偏差及列車運(yùn)動(dòng)對(duì)相機(jī)成像造成的影響，應(yīng)預(yù)留50mm的空間余量，所以視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度應(yīng)大于250mm。視場(chǎng)橫向長(zhǎng)度(與列車運(yùn)行方向垂直，如圖7(a)所示)應(yīng)大于扣件長(zhǎng)度，另外考慮系統(tǒng)安裝角度的偏差和列車行進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的晃動(dòng)，再保留80mm的余量，視場(chǎng)橫向長(zhǎng)度應(yīng)大于200mm。

考慮相機(jī)及鏡頭參數(shù)要滿足到所提扣件計(jì)數(shù)方法的限制條件(3)和限制條件(2)，如圖6所示，假設(shè)相機(jī)連續(xù)捕獲兩幀圖像，其中第n個(gè)扣件出現(xiàn)在第一幀圖像的最左側(cè)，第n+1個(gè)扣件出現(xiàn)在第二幀圖像的最右側(cè)，視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩幀圖像間列車移動(dòng)的距離為D。這種情況處于滿足限制條件和不滿足限制條件情況的一個(gè)臨界條件。若軌道巡檢車行駛速度不變(即D不變)，視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度L只要小于上述極限情況的L值，即可滿足上述假設(shè)。

再考慮到所提扣件計(jì)數(shù)方法的限制條件(1)，在保證任何一個(gè)扣件都會(huì)完整的被某一幀圖像捕獲的同時(shí)，降低了相機(jī)幀速率要求，因此D＝L-200(mm)。若滿足扣件 計(jì)數(shù)過(guò)程中的限制條件(2)、(3)，則需要L+D<625+200(mm)，即L<512.5(mm)。

綜上所述，理論上視場(chǎng)的縱向長(zhǎng)度應(yīng)大于250mm，但不能大于512.5mm，視場(chǎng)的橫向長(zhǎng)度要大于200mm。然而在實(shí)際的工程應(yīng)用過(guò)程中，視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度越大，對(duì)相機(jī)的幀速率的要求越小，且在相機(jī)成像過(guò)程中相機(jī)可能還出現(xiàn)晃動(dòng)影響成像，但若視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度過(guò)于接近臨界最大值，也可能造成系統(tǒng)的失效，故在實(shí)際應(yīng)用中視場(chǎng)縱向適宜長(zhǎng)度在360至450mm之間，因此取視場(chǎng)縱向長(zhǎng)度為440mm，視場(chǎng)橫向長(zhǎng)度為240mm，由于面陣CCD感光器件的長(zhǎng)寬比一般為4:3，則取實(shí)際測(cè)量視場(chǎng)的大小為400mm×330mm。

另外，為了獲得較高的相機(jī)幀速率，使得相機(jī)在較高速度移動(dòng)下也不會(huì)發(fā)生某個(gè)扣件漏拍的情況，那么圖像不應(yīng)具有較大的分辨率。但為了能讓扣件檢測(cè)系統(tǒng)獲得扣件盡可能多的特征信息，以便提高扣件檢測(cè)的準(zhǔn)確率，又要求圖像有較高的分辨率。所以折中考慮，擬采用面陣CCD相機(jī)的像素個(gè)數(shù)為640×480。

本發(fā)明考慮到便于將該系統(tǒng)搭載與某型號(hào)軌道檢測(cè)車上，同時(shí)在外觀上不至于太突兀。如圖7(a)所示，設(shè)定圖像采集系統(tǒng)的工作距離為400mm，測(cè)量視場(chǎng)大小為：440mm×330mm。

對(duì)于選擇工業(yè)模擬相機(jī)，其傳感器光學(xué)尺寸為1/3"，即尺寸為寬4.8毫米，高3.6毫米，故求得鏡頭的焦距為：

鏡頭的水平視角為：

鏡頭的垂直視角為：

(2)幀速率設(shè)計(jì)

本發(fā)明為了配合某型號(hào)軌道檢測(cè)車的行駛速度(最大行駛速度為20km/h)，結(jié)合 設(shè)計(jì)好的縱向視場(chǎng)大小L(單位：米)、幀間重合區(qū)域O(單位：米)以及搭載該系統(tǒng)的軌道檢測(cè)車最大行駛速度V(單位：幀/秒)，可由式(1-4)計(jì)算出滿足要求的相機(jī)幀速率F為：23.14幀/秒。

3.6(L-O)·F＝V (1-4)

(3)相機(jī)類型選擇

通常情況下，CCD相機(jī)在分辨率、靈敏度、噪聲和功耗等方面要優(yōu)于CMOS相機(jī)。同時(shí)，目前目標(biāo)市場(chǎng)上有許多重量輕、體積小、價(jià)格低的不同型號(hào)CCD相機(jī)可供選擇，本發(fā)明選取CCD相機(jī)作為高鐵扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)的圖像獲取傳感器。

本系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)相機(jī)實(shí)時(shí)捕獲的圖像進(jìn)行檢測(cè)，判斷圖像捕獲區(qū)域是否存在扣件，并完成扣件數(shù)目的順序標(biāo)號(hào)統(tǒng)計(jì)，并不需要非常高的圖像分辨率，所以并不需要高分辨率的線掃面相機(jī)。除此以外，線掃描相機(jī)價(jià)格較高，所以本系統(tǒng)選擇的是更加合適的面陣相機(jī)。

綜上所述，最終該系統(tǒng)配置的是一款SONY公司的VS-250DH2小型彩色工業(yè)模擬相機(jī)(參數(shù)如表1所示)，以及一款維視圖像公司的AFT-0420MP鏡頭(參數(shù)如表2所示)。

表1工業(yè)模擬相機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)

表2鏡頭主要參數(shù)

3.照明裝置及安裝方式

在基于機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用系統(tǒng)中，光源起著至關(guān)重要的作用。光源往往能決定整個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)是否能完成任務(wù)要求，獲得理想的成像效果。圖像的亮度、對(duì)比度、飽和度、紋理、條紋等屬性是衡量圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，與光源有著直接關(guān)系。基于機(jī)器視覺(jué)的扣件檢測(cè)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)要求在全天時(shí)光照變化下正常工作，而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)是輔助光源的設(shè)計(jì)。

考慮到整體系統(tǒng)的電氣連接問(wèn)題，應(yīng)盡可能選用低壓供電的光源；考慮到因系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作會(huì)導(dǎo)致光源溫度升高，為了保證光源工作在適宜的溫度范圍內(nèi)，需要解決散熱問(wèn)題，所以應(yīng)考慮選用冷光源作為照明設(shè)備；考慮到系統(tǒng)的工作環(huán)境，保證系統(tǒng)具有良好的抗震性與防護(hù)性，最好選用固體光用。同時(shí)，戶外環(huán)境溫度較低，要保證光源的工作溫度范圍滿足系統(tǒng)的要求。綜合考慮以上因素，本系統(tǒng)選用LED光源。

由于本系統(tǒng)選擇面陣相機(jī)對(duì)扣件區(qū)域成像，所以可以采用面光源照明方式，照亮相機(jī)成像區(qū)域即可，面光源體積小，亮度高且光照較為均勻。

照明裝置可以令該系統(tǒng)在晚間能正常工作，此外，為了抑制白天因太陽(yáng)光照射產(chǎn)生的陰影對(duì)扣件檢測(cè)的影響，需選用亮度較大的光源。為了防止照明光線發(fā)散，需要加裝聚光透鏡。

綜上所述，本系統(tǒng)選用的是功率較大集成LED面陣光源。

為了讓機(jī)器視覺(jué)捕獲較高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用兩個(gè)面光源進(jìn)行照明。為使待檢測(cè)區(qū)域光照均勻，將兩個(gè)LED光源與扣件平行放置。同時(shí)，為使整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，光源應(yīng)夾在相機(jī)兩側(cè)。為不影響相機(jī)的視場(chǎng)和光源照射范圍，兩個(gè)LED光源下表面應(yīng)和鏡頭表面位于同一平面。光源安放示意圖如圖7所示。

4.扣件檢測(cè)算法

本發(fā)明的主要思想就是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)為扣件檢測(cè)營(yíng)造較為理想的檢測(cè)環(huán)境，避免相機(jī)前下視造成的尺度變化、全天時(shí)工作時(shí)的陰影干擾、光源照射不均勻等問(wèn)題對(duì)扣件檢測(cè)造成的影響，達(dá)到扣件實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)的目的。采用運(yùn)算量較小的基于扣件面積與寬度特征的快速扣件檢測(cè)算法，該算法首先將彩色圖像變換成灰度圖像并進(jìn)行平滑去噪處理，然后進(jìn)行二值化處理，進(jìn)而提取出目標(biāo)面積并通過(guò)行投影提取目標(biāo)的寬度，將其和預(yù)先設(shè)定的扣件在圖像中實(shí)際的面積和寬度值進(jìn)行比較，如果滿足設(shè)定的門限，即判定圖像中的目標(biāo)為扣件。該算法的基本流程如下圖8所示。

算法具體步驟如下：

(1)通過(guò)圖像采集設(shè)備獲得捕獲的圖像數(shù)據(jù)；

(2)圖像灰度化處理。由于模擬相機(jī)捕獲到的是由YCbCr表示的彩色圖像，直接抽取Y通道分量，將其作為的灰度化圖像；

(3)圖像中值濾波去噪；

(4)采用固定閾值分割方法對(duì)圖像二值化處理。在鏡頭光圈設(shè)置為4.5的情況下，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選取分割閾值為110；

(5)對(duì)二值圖像的黑色像素個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為目標(biāo)面積m；

(6)行投影提取目標(biāo)寬度。將得到的二值化圖像分別按行累加(行投影)，即可獲得投影曲線，計(jì)算行投影曲線凸起部分的長(zhǎng)度值即為目標(biāo)在圖像中的寬度n；

(7)根據(jù)視場(chǎng)中目標(biāo)的面積m和寬度n，與預(yù)先計(jì)算好的扣件在圖像中的面積M和寬度N相比較，如果檢測(cè)到的目標(biāo)面積與寬度都與實(shí)際扣件的面積與寬度一致，則判定圖像中存在扣件，否則判定為未檢測(cè)到扣件。