CN103661484A - 一种基于斜率驱动的主曲线提取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于斜率驱动的主曲线提取方法，包括：S1、选取导轨曲线第n测量点，其左右点坐标分别为（X_n，Y_n）、（X_n+D_n，Y_n）；S2、从第n测量点起按搜索步长m搜索第n+m测量点，第n+m测量点左右点坐标分别为（X_n+m，Y_n+m）、（X_n+m+D_n+m，Y_n+m）；S3、判断第n+m测量点是否满足导轨曲线要求；如否，跳转S7；S4、计算平均斜率K_n；S5、判断Kn是否大于设定值，如是，对调X_n和Y_n，返回S2；S6、以第n+m测量点为起点，以K_n为斜率，计算下一段导轨曲线所在区域，返回S4；S7、进行二值化处理，提取导轨曲线的目标曲线。本发明可消除导轨曲线杂质，快速获取准确的目标曲线。

Description

一种基于斜率驱动的主曲线提取方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于斜率驱动的主曲线提取方法。

背景技术

列车在行驶的过程中都会对导轨产生一定磨损，当磨损超过一定限度，就存在着安全隐患，需要及时的更换。因此，检测部门需对导轨进行准确的测量。现在国内主要是采用卡尺进行手工测量，这种方法的精确度较高，但受实际测量条件和测量环境的影响，测量效率低下，工作量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术手工测量效率低下、工作量大等缺陷，提供一种基于斜率驱动的主曲线提取方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于斜率驱动的主曲线提取方法，包括以下步骤：

S1、选取导轨曲线的第n测量点，第n测量点的左点坐标为（X_n，Y_n），第n测量点的右点坐标为（X_n+D_n，Y_n）；所述D_n为纵坐标为Y_n时导轨曲线的宽度；

S2、从第n测量点起按搜索步长m向上搜索第n+m测量点，第n+m测量点的左点坐标为（X_n+m，Y_n+m），第n+m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m，Y_n+m）；其中，Y_n+m=Y_n+m；

S3、判断第n+m测量点是否满足导轨曲线要求；如否，则跳转步骤S7；

S4、计算第n测量点与第n+m测量点间导轨曲线的平均斜率K_n，

$K_n=\frac{\underset{1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_{n+m}-Y_n}{(X_{n+m}-X_n)+(D_{n+m}-D_n)/2}}{m};$

S5、判断K_n是否大于设定值，如是，则对调X_n和Y_n，并返回步骤S2；

S6、以第n+m测量点为起始点，以K_n为斜率，计算下一段导轨曲线所在区域，并返回步骤S4；

S7、对导轨曲线进行整体二值化和细化处理，提取导轨曲线的光滑连续的目标曲线。

优选的，所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、以第n+m测量点为起始点，以K_n为斜率，计算第n+2m测量点的中心点坐标，中心点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n，Y_n+m+2m）；

S62、通过第n+2m测量点的中心点坐标计算第n+2m测量点的左点坐标和右点坐标，第n+2m测量点的左点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n-D_n+2m/2，Y_n+m+2m），第n+2m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n+D_n+2m/2，Y_n+m-1+2m），并返回步骤S4。

优选的，所述步骤S3中的导轨曲线要求为第n+m测量点位于所述导轨曲线内。

优选的，所述搜索步长m根据导轨曲线的精度要求来确定。

优选的，所述设定值为根据搜索步长m来确定。

优选的，所述搜索步长m为5个像素点。

优选的，所述设定值优选1。

实施本发明的基于斜率驱动的主曲线提取方法，具有以下有益效果：可消除导轨图像杂质，快速获取准确的目标图像，并快速获取导轨的磨耗值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的导轨磨耗示意图；

图2是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的流程示意图；

图3是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的对调曲线示意图；

图4是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的一段曲线示意图；

图5是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的二段曲线示意图；

图6是本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法实施例的坐标对曲线调示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在详细介绍本发明基于斜率驱动的主曲线提取方法之前，先要对导轨有一定的认识。如图1所示，导轨包括轨头、轨腰和轨底，导轨磨耗是指轨头上轮轨接触区域的磨损程度，导轨的磨耗是否超限，直接决定导轨是否需要更换或打磨。导轨磨耗参数分为垂直磨耗、侧面磨耗和总磨耗。垂直磨耗测点定义为导轨垂直中心线与轨面交点；侧面磨耗测点定义为轨面下16mm处导轨垂直中心线与轨头内侧面的交点，测点与标准轨轮廓上对应点的差值为实际磨耗值；总磨耗定义为垂直磨耗和侧面磨耗的和。

在测量导轨磨损时，主要是使用激光器照射导轨，并通过CCD获取导轨表面轮廓图像（即导轨曲线），将所得到的导轨曲线经过本发明的方法处理后，再与理想的轮廓曲线进行比较，进而计算出导轨的磨耗值。

在本发明提供的基于斜率驱动的主曲线提取算法实施例中，如图2所示，包括以下步骤：

S1、选取导轨曲线的第n测量点，第n测量点的左点坐标为（X_n，Y_n），第n测量点的右点坐标为（X_n+D_n，Y_n）；D_n为纵坐标为Y_n时导轨曲线的宽度；在导轨曲线起始点时，n=1，即从导轨曲线起始点开始，逐渐提取目标曲线。

S2、从第n测量点起按搜索步长m向上搜索第n+m测量点，第n+m测量点的左点坐标为（X_n+m，Y_n+m），第n+m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m，Y_n+m）；由于是以搜索步长m垂直向上搜索的，因此，Y_n+m=Y_n+m；其中，搜索步长m可根据导轨曲线的精度要求来确定，精度要求越高，m值越小。例如，搜索步长m优选为5个像素点。

S3、判断第n+m测量点是否满足导轨曲线要求；如否，则跳转步骤S7；其中，导轨曲线要求为第n+m测量点位于所述导轨曲线内，最为简便的方法就是判断第n+m测量点的坐标值是否位于导轨曲线的坐标范围之内。

S4、计算第n测量点与第n+m测量点间导轨曲线的平均斜率K_n， $K_n=\frac{\underset{1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_{n+m}-Y_n}{(X_{n+m}-X_n)+(D_{n+m}-D_n)/2}}{m};$ 其中，由于导轨曲线线宽的不均匀性，需要计算该段导轨曲线的平均斜率，以平均斜率来近似整段曲线的斜率。

S5、判断K_n是否大于设定值，如是，则对调X_n和Y_n，并返回步骤S2；其中，该设定值为根据搜索步长m来确定，在m=5时，设定值优选为1，当Kn大于1时，说明此时曲线的走势为水平方向，所以，需要调整跟踪的曲线为水平方向。此时若继续按上面的步骤进行跟踪，计算出的曲线的斜率就会脱离实际的曲线，区域图像超出目标图像范围（如图3所示），所以，需要对跟踪的方向进行调整，将X_n与Y_n进行对调，并将搜索改为水平方向上进行，搜索步长不变。

S6、以第n+m测量点为起始点，以K_n为斜率，计算下一段导轨曲线所在区域，并返回步骤S4；

S7、对导轨曲线进行整体二值化和细化处理，提取导轨曲线的光滑连续的目标曲线。

在完成整个导轨曲线的跟踪后，形成的图像应该是有多个小四边形连成的，因此，需要对其进行二值化和细化处理，进而才得到可与实际标准的图像曲线比较的曲线，最后将该目标曲线与标准曲线进行比较，计算出磨耗值。

其中，步骤S6具体包括以下步骤：

S61、以第n+m测量点为起始点，以K_n为斜率，计算第n+2m测量点的中心点坐标，中心点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n，Y_n+m+2m）；

S62、通过第n+2m测量点的中心点坐标计算第n+2m测量点的左点坐标和右点坐标，第n+2m测量点的左点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n-D_n+2m/2，Y_n+m+2m），第n+2m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n+D_n+2m/2，Y_n+m+2m），并返回步骤S4。

为了更详细清楚的说明本发明之精神，以n=1开始，参照图4-6，详细说明导轨主曲线的提取过程。

（1）选取导轨曲线目标起始点。找出导轨曲线的最左下和最右下边的两个点，以及图像的宽度D₁，分别记为（X₁，Y₁）和（X₁+D₁，Y₁）。选取一个合适的搜索步长（实验中选取5个像素点），在向上该定长的距离后，找出有效图像边缘的两个点，依次记为（X₅，Y₅）和（X₅+D₅，Y₅）。

（2）求该段曲线平均斜率K₁，K₁公式为 $K_1=\frac{\underset{n=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_{n+5}-Y_N}{X_{n+5}-X_n+(D_{n+5}-D_n)/2}}{5}.$

（3）判断下一段曲线区域。以（X₅，Y₅）和（X₅+D₅，Y₅）为起始点，以上述K₁值为斜率，计算出下一段曲线所在区域，其中心点坐标为：

X＝（X₅+D₅/2)+10K₁    Y=Y₅+10

该区域边缘的两点坐标分别为：（(X₅+D₅/2)+10/K₁-D₁₀/2，Y₅+10）（(X₅+D₅/2)+10/K₁+D₁₀/2，Y₅+10）再由上述两点与（X₅，Y₅）和（X₅+D₅，Y₅）组成的区域中选择有效图像，并同步骤2求其斜率。

（4）换位对调。在曲线斜率小于1时，图像区域处理方向依然向上，这时在搜索下一段区域时就会出现偏差。因此，当判断斜率大于1时，对调X与Y的值计算斜率来处理。

通过上述步骤的进行，直到完成导轨曲线的提取，提取出的是多个小四边形构成的，因此，还需对其进行二值化和细化处理，从而得到导轨的目标曲线，最终将该目标曲线与标准曲线进行比较，得出导轨的磨耗值。

本发明的技术关键点在于，找到导轨曲线的最下起始点，求各坐标点，以及通过上一段曲线的平均斜率估算下一段曲线所在区域，然后在该区域中寻找有效信号。

在阅读完下面将要描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可部采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可以使用任何使用的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备和/或上述设备的组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取导轨曲线的第n测量点，所述第n测量点的左点坐标为（X_n，Y_n），所述第n测量点的右点坐标为（X_n+D_n，Y_n）；所述D_n为纵坐标为Y_n时所述导轨曲线的宽度；

S2、从所述第n测量点起按搜索步长m向上搜索第n+m测量点，所述第n+m测量点的左点坐标为（X_n+m，Y_n+m），所述第n+m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m，Y_n+m）；其中，所述Y_n+m＝Y_n+m；

S3、判断所述第n+m测量点是否满足导轨曲线要求；如否，则跳转步骤S7；

S4、计算所述第n测量点与第n+m测量点间所述导轨曲线的平均斜率K_n， $K_n=\frac{\underset{1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_{n+m}-Y_n}{(X_{n+m}-X_n)+(D_{n+m}-D_n)/2}}{m};$

S5、判断所述K_n是否大于设定值，如是，则对调X_n和Y_n，并返回步骤S2；

S6、以所述第n+m测量点为起始点，以所述K_n为斜率，计算下一段导轨曲线所在区域，并返回步骤S4；

S7、对所述导轨曲线进行整体二值化和细化处理，提取所述导轨曲线的光滑连续的目标曲线。

2.根据权利要求1所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、以所述第n+m测量点为起始点，以所述K_n为斜率，计算第n+2m测量点的中心点坐标，所述中心点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n，Y_n+m+2m）；

S62、通过所述第n+2m测量点的中心点坐标计算所述第n+2m测量点的左点坐标和右点坐标，所述第n+2m测量点的左点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n-D_n+2m/2，Y_n+m+2m），所述第n+2m测量点的右点坐标为（X_n+m+D_n+m/2+2m/K_n+D_n+2m/2，Y_n+m-1+2m），并返回步骤S4。

3.根据权利要求1所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述步骤S3中的所述导轨曲线要求为所述第n+m测量点位于所述导轨曲线内。

4.根据权利要求1所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述搜索步长m根据提取所述导轨曲线的精度要求来确定。

5.根据权利要求4所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述设定值为根据所述搜索步长m来确定。

6.根据权利要求4所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述搜索步长m为5个像素点。

7.根据权利要求6所述的基于斜率驱动的主曲线提取方法，其特征在于，所述设定值为1。

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