一種基于雙目視覺處理識別的轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測系統(tǒng)和方法，屬于軌道交通中道岔控制領(lǐng)域，具 體是一種基于雙目視覺處理識別的轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 道岔控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)徹機(jī)的安全性和穩(wěn)定性監(jiān)測對于軌道交通行業(yè)中列 車的安全運行發(fā)揮著重要作用。缺口狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖像和視頻)是分析轉(zhuǎn)徹機(jī)運行狀態(tài)的 重要參考。
[0003] 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測方法分為直接測量和間接測量兩大類。直接測量方式的傳 感器安裝在缺口間隙，其輸出可直接反映被測間隙大小，但安裝復(fù)雜。間接測量方式容易安 裝，但需要仔細(xì)調(diào)整基準(zhǔn)位置?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)徹機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)存在如下問題:一是現(xiàn)有系統(tǒng)中采用 的電磁測量時，受溫度和電磁的影響較大，有些系統(tǒng)只能定性的反映缺口狀態(tài)，不能對缺口 進(jìn)行定量分析;有些系統(tǒng)還需要對不同的轉(zhuǎn)徹機(jī)提供不同的傳感器。二是現(xiàn)有轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口 監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測原理多樣，各種方法之間不兼容，運就提高了系統(tǒng)的運行和升級的難度和 成本。S是現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)多采用AD化傳輸，對圖像和視頻的實時高清傳輸帶來較大的延 遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于雙目視覺處理識別和光纖 傳輸?shù)霓D(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測系統(tǒng)和方法，運種方法對現(xiàn)場轉(zhuǎn)徹機(jī)改造較少，只需安裝帶有雙目 高清攝像頭的集成電路控制卡，將處理識別任務(wù)交給運算能力強大的監(jiān)控中屯、。運種監(jiān)測 系統(tǒng)和方法能夠有效地提高系統(tǒng)的兼容性和監(jiān)測的準(zhǔn)確率。
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種使用范圍廣，系統(tǒng)兼容性好，監(jiān)測準(zhǔn)確率高的轉(zhuǎn)徹機(jī) 缺口監(jiān)測系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法只需將圖像數(shù)據(jù)通過光纖技術(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中屯、即可得 出任何時刻的缺口邊緣和缺口偏移量。該系統(tǒng)和方法還可W進(jìn)行單獨的升級與維護(hù)，不需 要改變現(xiàn)場轉(zhuǎn)徹機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的:基于雙目視覺處理識別和光纖傳輸?shù)霓D(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān) 測系統(tǒng)包括現(xiàn)場雙目采集子系統(tǒng)、CAN總線光纖傳輸子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)。
[0007] 所述雙目采集子系統(tǒng)包括高清攝像頭、集成電路控制卡，所述集成電路控制卡控 制高清攝像頭，并且所述集成電路控制卡模塊集成有圖像壓縮編碼忍片、視頻流傳輸忍片、 信號轉(zhuǎn)換忍片，將高清攝像頭采集到的實時缺口圖像通過集成電路控制卡進(jìn)行預(yù)處理，編 碼，壓縮。
[000引所述CAN總線光纖傳輸子系統(tǒng)包括:CAN總線和傳輸光纖，所述CAN總將集成電路控 制卡的輸出端數(shù)據(jù)傳送到傳輸光纖，傳輸光纖將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控子系統(tǒng)。
[0009]所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括:應(yīng)用程序主機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，監(jiān)控中屯、將圖像和視頻數(shù) 據(jù)存儲到大容量存儲器中，并將原始圖像和視頻顯示在監(jiān)視器屏幕上。所述應(yīng)用程序主機(jī) 能夠進(jìn)行化nny邊緣檢測、化Ugh變換、約束條件算法數(shù)據(jù)分析與處理，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù) 據(jù)管理。對包含所有缺口信息的攝像機(jī)左圖和右圖進(jìn)行灰度化處理，平滑圖像，去除噪聲操 作。然后使用化nny邊緣檢測器對圖像進(jìn)行邊緣檢測，隨后對圖像進(jìn)行化U曲變換進(jìn)行線段 檢測，識別提取出圖像中的線段數(shù)據(jù)。接著，對識別處理出來的線段進(jìn)行篩選、判決、分類操 作，最終識別出精確的代表缺口左邊緣的線段。最后，根據(jù)缺口偏移計算原理，通過比例計 算出實際中轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口偏移量。
[0010] 上述監(jiān)測實現(xiàn)過程對左圖像和右圖像同時適用，根據(jù)左、右圖像分別計算出的缺 口偏移量，進(jìn)行平均值處理，得到缺口偏移量的統(tǒng)計數(shù)值。
[0011] 優(yōu)選地，所述高清攝像頭具體為雙目高清攝像頭，分別采集左圖和右圖。
[0012] 優(yōu)選地，其特征在于，所述集成電路控制卡具體為ARM忍片集成電路控制卡。
[0013] 優(yōu)選地，所述集成電路控制卡中集成存儲單元?？蓪⒉杉降臄?shù)據(jù)緩存于存儲單 元中，最終會把數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控子系統(tǒng)來進(jìn)行存儲。
[0014] 優(yōu)選地，所述傳輸光纖中包括光纖控制器、光纖組，所述光纖組包括百兆光纖、光 纖交換機(jī)、千兆光纖。，所述光纖控制器用于監(jiān)控信號在光纖段的傳輸，光纖控制器中包含 光纖轉(zhuǎn)換模塊及收發(fā)器用于將數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換為光信號并通。
[0015] 所述的化nny邊緣檢測器對圖像進(jìn)行邊緣檢測原理是：圖像使用帶有指定標(biāo)準(zhǔn)偏 差曰的高斯濾波器來平滑，從而可W減少噪聲。在每一個像素點處計算局部梯度和邊緣方 向，公式如下：
[0018] 邊緣點定義為梯度方向上其強度局部最大的點。確定的邊緣點會導(dǎo)致梯度幅度圖 像中出現(xiàn)脊。然后，算法追蹤所有脊的頂部，所有不在脊的頂部的像素設(shè)置為0, W便在輸出 中給出一天細(xì)線。脊像素使用兩個闊值Tl和T2做闊值處理，其中T1<T2。值大于T2的脊像素 稱為強邊緣像素，Tl和T2之間的脊像素稱為弱邊緣像素。最后，算法通過將8連接的弱像素 集成到強像素，執(zhí)行邊緣鏈接。
[0019] 所述的化U曲變換進(jìn)行線檢測的原理是：圖像像素由于噪聲、不均勻照明引起的邊 緣斷裂和雜散的亮度不連續(xù)而難W得到完全的邊緣特性。Hou曲變換是用來尋找并鏈接圖 像中線段的方法。在平面直角坐標(biāo)系xy中，一條直線可W用方程
[0020] y = kx+b
[0021] 來表示。對于直線上一個確定的點(XO，yo)，有
[0022] y〇 = kxo+b
[0023] 運表示參數(shù)平面化-b)中的一條直線。因此，圖像中的一個點對應(yīng)參數(shù)平面中的一 條直線，圖像中的一條直線對應(yīng)參數(shù)平面中的一個點。對圖像上所有的點做霍夫變換，最終 所要檢測的直線對應(yīng)的一定是參數(shù)平面中直線相交最多的那個點。運樣就在圖像中檢測出 了直線。在實際應(yīng)用中，直線通常采用參數(shù)方程為：
[0024] P = XCOS 白+ysin 白
[0025] 基于化Ugh變換的連接方法為：
[0026] 計算圖像的梯度并對其設(shè)置口限，得到一幅二值圖像。在P0平面內(nèi)確定再細(xì)分。對 像素高度集中的地方檢驗其累加器單元的數(shù)目。檢驗選擇的單元中像素之間的關(guān)系。
[0027] 所述的缺口偏移計算原理和比例公式原理是：
[0029] 其中，M是基準(zhǔn)圖像的實際寬度，L是缺口實際偏移量，是圖像上基準(zhǔn)標(biāo)記的寬 度，1/是圖像上缺口的偏移量。
[0030] 基于雙目視覺處理識別和光纖傳輸?shù)霓D(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)徹機(jī)監(jiān)控系 統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊，光纖轉(zhuǎn)換模塊及收發(fā)器，W及監(jiān)控中屯、。其中數(shù)據(jù)采 集模塊包括雙目高清攝像頭單元、圖像編碼壓縮單元、視頻流傳輸單元等;數(shù)據(jù)采集單元完 成的任務(wù)包括數(shù)據(jù)的采集工作，數(shù)據(jù)的編碼壓縮工作，數(shù)據(jù)的終端傳輸至信號轉(zhuǎn)換單元。信 號轉(zhuǎn)換單元用于數(shù)據(jù)的數(shù)字化工作。傳輸光纖中包含光纖轉(zhuǎn)換模塊及收發(fā)器，用于將數(shù)字 化信號轉(zhuǎn)換為光信號并通過光纖傳輸至監(jiān)控中屯、。監(jiān)控中屯、用于圖像顯示、圖像處理、圖像 識別、數(shù)據(jù)建模、轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口健康狀態(tài)評價等工作。
[0031 ]本發(fā)明另一個目的，提供一種基于雙目視覺處理和光纖傳輸?shù)霓D(zhuǎn)徹機(jī)缺口監(jiān)測系 統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括如下步驟：
[0032] SI.集成電路控制卡控制高清攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將高清攝像頭采集到的實時 缺口圖像通過集成電路控制卡進(jìn)行預(yù)處理、編碼、壓縮；
[0033] S2.將數(shù)據(jù)信號通過CAN總線和傳輸光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控子系統(tǒng)；
[0034] S3.監(jiān)控子系統(tǒng)將圖像和視頻數(shù)據(jù)存儲到大容量存儲器中，并將原始圖像和視頻 顯示在監(jiān)視器屏幕上；
[0035] S4.對包含所有缺口信息的攝像機(jī)圖像進(jìn)行灰度化處理，平滑圖像，去除噪聲操 作；
[0036] S5.使用Canny邊緣檢測器對圖像進(jìn)行邊緣檢測，隨后對圖像進(jìn)行Hou曲變換進(jìn)行 線段檢測，識別提取出圖像中的線段數(shù)據(jù)；
[0037] S6.對識別處理出來的線段進(jìn)行篩選、判決、分類操作，最終識別出精確的代表缺 口左邊緣的線段。
[0038] S7.根據(jù)缺口偏移計算原理，通過比例計算出實際中轉(zhuǎn)徹機(jī)缺口偏移量。
[0039] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測實現(xiàn)過程對左