CN101769877A - 轨道表面擦伤检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轨道表面擦伤检测系统，该系统包括视觉子系统和图像处理子系统，其中，视觉子系统包括：光学模块，用以采集轨道表面图像；温控模块，用以监测并控制工作的环境温度；测距模块，用以输出距离脉冲，提供距离信息；图像处理子系统包括：左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块和数据处理模块；其中左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块分别各自包括：图像采集模块；图像识别模块；图像浏览模块；数据处理模块，用以对识别后的擦伤图像进行显示，并进行人工确认后，将真实的擦伤记录输出。本发明解决了对提速线路、客运专线和既有线路的轨道表面状态检测的问题，具有使用简单，造价低廉的优点。

Description

轨道表面擦伤检测系统
技术领域
本发明涉及一种铁路工务检测设备，尤其涉及一种轨道表面擦伤检测系统。
背景技术
一直以来，国内外都很关注代替人工巡道的自动检测设备的研制和开发。近些年，随着计算机技术、模式识别和图象处理技术的发展，研制“轨道表面擦伤检测系统”来代替巡道工的视觉检查工作成为可能。
日本于90年代中期开发了一些检测设备，采用图象处理等技术来实现自动识别轨道的裂纹、腐蚀及扣件状态等。美国ENSCO公司在90年代末研究开发了轨道视觉检查系统(TVIS)来代替巡道工自动检查轨道状态。德国SBG公司研制的GeoRail系统采用数字扫描相机和先进的图象处理技术，实时检测轨道表面和轨枕的缺陷，以及扣件的丢失、道床断面的异常等；德国的BENNTEC公司开发了RailCheck系统也能实现类似功能。法国研制开发了巡查线路设备状态的自动检查系统，并在TGV高速线路和普通线路上投入了实际运行。
综上所述，国外在线路图像检测方面的技术发展比较成熟。但是设备复杂，成本高。目前，随着既有线提速以及客运专线的陆续开始运营，对轨道表面的动态检测势在必行，人工视觉检测轨道表面状态已经不可能实现，迫切需要一种使用简单，造价低廉，能有效对提速线路、客运专线和既有线路的轨道表面状态检测的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道表面擦伤检测系统，以实现对提速线路、客运专线和既有线路的轨道表面状态动态检测的目的。
本发明实施例提供一种轨道表面擦伤检测系统，该系统包括视觉子系统和图像处理子系统，其中，
视觉子系统包括：
光学模块，用以采集轨道表面图像；
温控模块，用以监测并控制工作的环境温度；
测距模块，用以输出距离脉冲，提供距离信息；
图像处理子系统包括：左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块和数据处理模块；
其中左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块分别各自包括：图像采集模块，用以接收光学模块采集的轨道表面图像；图像识别模块，用以读取图像采集模块保存的图像信息，并识别是否具有擦伤；图像浏览模块，用以浏览轨道图像和图像信息；
数据处理模块，用以对识别后的擦伤图像进行显示，并进行人工确认后，将真实的擦伤记录输出。
通过本发明实施例，解决了对提速线路、客运专线和既有线路的轨道表面状态检测的问题，具有使用简单，造价低廉的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明轨道表面擦伤检测系统整体的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明轨道表面擦伤检测系统中视觉子系统的一个实施例的结构示意图。
图3为本发明轨道表面擦伤检测系统中图像处理子系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例一
请参阅图1-图3，其中，图1本发明轨道表面擦伤检测系统整体的一个实施例的结构示意图。图2为本发明轨道表面擦伤检测系统中视觉子系统的一个实施例的结构示意图。图3为本发明轨道表面擦伤检测系统中图像处理子系统的一个实施例的结构示意图。
如图所示，轨道表面擦伤检测系统主要包括视觉子系统和图像处理子系统两部分。图像视觉子系统主要包括光学模块、温控模块和测距模块三部分。图像处理系统主要包括图像采集、图像识别和数据处理三部分。
视觉子系统
图像视觉子系统主要包括光学模块、温控模块和测距模块三部分。其组成如图2所示。
光学模块
光学模块由线阵CCD相机、功率可调光源和光强反馈调节控制单元组成。线阵CCD相机采集轨道图像，功率可调光源为线阵CCD相机提供必需的照明。由于现场环境复杂，光强调节控制单元实时监测线阵CCD相机接收信号的强度，并依据线阵CCD相机信号的强度调节光源的光强，从而保证线阵CCD相机输出信号的稳定性，使得到的图像灰度稳定，便于进行图像处理。
温控模块
视觉子系统前端各功能部件工作时对环境温度都有一定的要求，为了满足系统工作需要，通过温控模块来保证系统在不同现场条件下工作正常。温控模块分为温度监测和温度控制两个部分。温度监测部分的功能是实时监测主要部件的工作温度，并将信息显示到操作界面。温度控制部分是要维持各部件工作温度在标准范围内。
测距模块
测距模块通过安装在车辆轮对轴端的光电编码器，输出距离脉冲，让视觉子系统中的线阵相机能够按等距离采集图像，并为检测系统提供精确的距离信息。
图像处理子系统主要包括左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块和数据处理模块。左轨和右轨图像采集处理模块功能完全相同，分别包括轨道图像采集模块、轨道表面擦伤识别模块和图像浏览模块。数据处理模块主要包括识别后的轨道表面擦伤入库、擦伤人工确认和擦伤报表打印模块。
图像采集模块
图像采集模块由采集硬件和采集软件构成。采集硬件采用高速图像采集卡，具有良好的移植性和通用性。采集软件采用VC进行开发，能够将采集到的轨道图像实时存入计算机。在列车运行过程中，两个轨道图像采集计算机通过安装在车底的图像视觉子系统获取图像，通过图像采集模块实时将左右轨到的图像和轨道图像相关信息一同存储在自定义格式大文件中。存储设备选用磁盘阵列，图像的数据量为50Mbyte/s。
图像识别模块
图像识别模块读取大文件中已经获取的图像信息，并识别是否具有擦伤，当图像识别系统判断某一图像中的轨道有擦伤时，会将此图片连同图像信息一同记录入数据库中。其中图像识别算法是该模块的核心，其处理步骤如下：
从原图像中提取包含有用信息的子图像
实测的图像除了包含轨道的信息外，还包含道床等对擦伤识别来说多余的信息，而这一部分信息占用了大量的图像存储量，同时也增加了计算的复杂性。先利用经验知识去除图像中没用的信息，对图像进行软压缩。
对子图像进行预处理，增强图像质量
通过滤波和降噪的方法，增强图像的清晰度。
从图像中判断轨道是否存在擦伤，若有，则提取包含擦伤的子矩形块
利用快速图像处理算法，如基于直方图的图像分割方法，快速确定轨道是否存在擦伤，并确定擦伤所在的位置。然后利用图像分裂和生长算法找出擦伤块。
提取擦伤块的轮廓
利用边缘算法提取擦伤块的轮廓。
图像浏览模块
图像浏览模块的主要功能是：
根据公里标信息，检索到某幅轨道图像和图像信息，并显示图像；
连续显示图像，实现图像放大、移动、灰度变换、图像回放等功能。
数据处理模块
图像处理模块完成所有图像识别后，数据处理模块读取数据库中的识别擦伤记录，显示出擦伤图像，操作人员通过浏览擦伤处及其前后的轨道图片，确认是否是真正擦伤，将人工判别后确认的擦伤记录标记出来。最后，可以将擦伤图片及其相关信息按报表的形式打印和汇总。
本发明技术方案具体实施方式如下：
1、将该检测系统安装在轨道探伤车上。视觉子系统安装在探伤车转向架上，主要包括线阵相机、光源和温控模块。
2、将包括左轨的图像采集模块的计算机、右轨的图像采集模块的计算机和图像处理模块的计算机安装在探伤车车厢内。将车下的安装的左右轨视觉子系统分别和左右轨的图像采集处理计算机相连。
3、探伤车上装有测距光电编码器(测距模块)，当探伤车运行时，编码器触发视觉子系统和图像处理子系统采集轨道图像，同时进行擦伤识别。
本发明实施例提供一种新的轨道表面擦伤检测系统，解决了对提速线路、客运专线和既有线路的轨道表面状态检测的问题，具有使用简单，造价低廉的优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道表面擦伤检测系统，该系统包括视觉子系统和图像处理子系统，其中，
视觉子系统包括：
光学模块，用以采集轨道表面图像；
温控模块，用以监测并控制系统工作的环境温度；
测距模块，用以输出距离脉冲，提供给检测系统距离信息；
图像处理子系统包括：左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块和数据处理模块；
其中左轨图像采集处理模块、右轨图像采集处理模块分别各自包括：图像采集模块，用以接收光学模块采集的轨道表面图像；图像识别模块，用以读取图像采集模块保存的图像信息，并识别是否具有擦伤；图像浏览模块，用以浏览轨道图像和图像信息；
数据处理模块，用以对识别后的擦伤图像进行显示，并进行人工确认后，将真实的擦伤记录输出。
2.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述光学模块由线阵CCD相机、功率可调光源和光强反馈调节控制单元组成，所述线阵CCD相机用以采集轨道图像；所述功率可调光源为所述线阵CCD相机提供必需的照明；所述光强调节控制单元实时监测所述线阵CCD相机接收信号的强度，并依据所述线阵CCD相机信号的强度调节所述功率可调光源的光强。
3.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述温控模块包括温度监测单元和温度控制单元，所述温度监测单元用以实时监测系统部件的工作温度，所述温度控制单元用以维持部件工作温度在标准范围内。
4.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述测距模块包括是一光电编码器，安装在车辆轮对轴端，用其输出距离脉冲，为系统提供距离信息，使所述的线阵CCD相机能够按等距离采集图像。
5.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述图像采集模块是高速图像采集卡。
6.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述图像识别模块的处理步骤是：
对轨道图像提取有用的信息，并进行软压缩；
对轨道图像进行预处理，增强图像质量；
判断轨道图像中是否存在擦伤，若有，则提取包含擦伤的矩形图像；
提取擦伤的轮廓。
7.根据权利要求1所述的轨道表面擦伤检测系统，其特征在于，所述图像浏览模块根据距离信息，检索到对应的轨道图像和图像信息，并显示。
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