CN104777521A - 一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统及其检测方法，系统包括有摄像装置和处理器，所述摄像装置包括有第一摄像部件和第二摄像部件，该两个相同的摄像部件水平并排设置于站台屏蔽门内侧上方且分别与处理器连接，由处理器综合分析生成三维距离分布图像。本发明通过双目视觉获得检测区域中的物体的距离信息，增加了一个维度的信息，能够使检测的准确率更高，可靠性更强，从而保障了地铁的安全运营。

Description

一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种列车屏蔽门安全防护设备，属于地铁列车安全运营设备技术领域，尤其是指一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统及其检测方法。

背景技术

自从地铁开始使用屏蔽门以来，地铁列车进出站时候的安全性有了很大的提高，但是因为站台屏蔽门与地铁车门之间夹人夹物造成的安全问题也随之出现。2007年上海地铁甚至发生了因为乘客被夹在列车车门与屏蔽门之间被开动的列车挤压身亡的严重事故。因此，为了防止类似事故的再次发生，研发使用检测地铁列车车门与站台屏蔽门之间是否存在人或物的检测装置是势在必行的。

根据现场条件的不同，目前可以采用的检测方式主要分为针对通道的检测方法和针对车门的检测方法。

针对通道的检测方法直接在列车车头与车尾布设传感器，检测所有车门-屏蔽门之间是否有异物存在，根据传感器类型的不同分为光电式，图像式。针对通道的检测方法只能够应用于直线站台，对于曲线站台无法适用。

针对车门的检测方法则是针对每一个列车车门-站台屏蔽门之间的空间进行检测，该方案针对每一个屏蔽门都进行检测，所有列车车门-站台屏蔽门区域异物检测都通过才允许发车。针对车门的检测方法对于曲线站台也能够适用，适应性更强。

针对车门的检测方法根据检测手段可以分为机械式、光电式和图像式：

机械式检测方法，通过在屏蔽门增加一个垂直于屏蔽门表面的挡板，将站台屏蔽门与列车车门之间的空隙机械式的减少，从而避免较大的物体比如人体在关门的时候被关在屏蔽门与车门之间。该方案存在的主要问题是可能对人体造成夹持伤害，另外也可能造成侵入列车运行界限，还有可能对小孩等形体小的物体无法检测到，缺陷很大。

光电式检测方法，采用普通光或者激光传感器进行检测，包括有两种方案，其中一种是在屏蔽门闭合面增加电梯幕帘对射式的红外光检测装置，检测屏蔽门所在平面上有无异物存在，但是该方案对于已经进入屏蔽门与车门之间的行人与异物无法检测；另外一种是在车门顶部设置激光测距传感器，当检测区域存在异物时所测的距离会发生变化，异物大小与所测得的距离成反比，当达到检测标准时会触发异物报警。该方案的不足之处在于，不同颜色和表面光洁度材料对激光的后向反射能力差异很大，当该材料对于激光后向反射过弱或者异物体积过小，就会造成激光传感器漏检使系统失效。

图像式检测方法通常是在屏蔽门的顶部安装单个摄像头拍摄车门-屏蔽门之间的区域，在区域底部设置特定的标识物作为参照物，或者直接背景建模作为参照物，通过检测参照物图像的可见性与完整性，来判断该屏蔽门之间是否有异物的存在。该方法具有较高的精度，但是由于只采用一个摄像头进行拍摄，只能构获得区域内的图像色彩分部的变化，这些信息属于二维信息，不能够获得区域中的异物的空间位置等等三维信息，容易因为光线干扰造成误判；且由于车门-屏蔽门之间地面为乘客通行区域，经常被踩踏，容易留下污损造成背景或者参照图案变化，造成系统的虚警概率过高，影响系统的可用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，该异物检测系统通过双目视觉获得检测区域中的物体的距离信息，增加了一个维度的信息，能够使检测的准确率更高，可靠性更强，从而保障了地铁的安全运营。

本发明的第二个目的在于提供上述基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法。

为了实现第一个目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，包括有摄像装置和处理器，所述摄像装置包括有第一摄像部件和第二摄像部件，该两个相同的摄像部件水平并排设置于站台屏蔽门内侧上方且分别与处理器连接，由处理器综合分析生成三维距离分布图像。

进一步，所述列车车门与站台屏蔽门之间区域布设辅助光源。

进一步，所述处理器采用分布式布置结构，该分布式布置结构为每一站台屏蔽门上方均配备一处理器。

进一步，所述处理器采用集中式布置结构，该集中式布置结构为在列车控制中心或站台控制中心单独设置一处理器，所有站台屏蔽门上方的摄像装置分别接入该处理器。

为了实现第二个目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法，其包括以下步骤：

S1、第一摄像部件和第二摄像部件分别拍摄列车车门与站台屏蔽门之间区域的照片并发送给处理器；

S2、处理器基于双目视觉算法生成三维距离分布图像，结合第一摄像部件和第二摄像部件的二维颜色分布图像进行综合识别分析；

S3、如果有异物则报警显示，如果无异物则可关闭列车车门和站台屏蔽门。

进一步，所述双目视觉算法基于几何相似性原理，在第一摄像部件和第二摄像部件的镜头参数与位置确定的情况下，被拍摄对象与两摄像部件镜头所在平面的距离与其在两个摄像部件的镜头图像中的位置差距成反比。

进一步，所述双目视觉算法中，通过移动侦测与边缘检测获得图像中的被拍摄对象的移动信息和边缘信息，采用移动信息或者边缘信息中的任意一种或者两者结合作为双目匹配运算进行加速。

进一步，所述双目视觉算法，首先通过帧差法，分别对两摄像部件的图像序列进行移动侦测，获得图像中运动目标的信息，然后分别通过边缘检测，获得图像序列中对应图像中的边缘信息；在进行双目匹配运算的过程中，在对匹配点进行搜索时，优先对平行于两摄像部件的镜头光心连接线的方向上进行搜索，并且优先对包含移动信息和边缘信息的区域进行搜索，以加快搜索过程；在对匹配信息进行计算时，以移动信息或者边缘信息的幅值作为权重因素加入计算过程，使匹配结果更加精确。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明综合采用两个关联的摄像部件组成双目视觉摄像装置，通过双目视觉检测算法能够获得检测区域中物体除了颜色分布之外的空间位置信息，比起原来的单摄像头检测方法增加一个维度的信息，对检测区域的物体获得的信息更加完备，同时保持了视觉检测方法的高检出率，又避免了色彩干扰可能造成的误检率高的问题，提高了系统的准确性。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中第一摄像部件和第二摄像部件的布置示意图。

图3是本发明的工作原理框图。

图4是本发明的双目视觉检测工作原理示意图。

图5是本发明的双目视觉检测数据流示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述基于双目视觉的列车车门1与站台屏蔽门2之间异物检测系统，包括有摄像装置3和处理器(图中未示出)。

上述摄像装置3包括有第一摄像部件31和第二摄像部件32，该两个相同的摄像部件31、32水平并排设置于站台屏蔽门内侧上方且分别与处理器连接，由上往下俯视拍摄，由处理器综合分析生成三维距离分布图像。进一步，所述列车车门1与站台屏蔽门2之间区域布设辅助光源4。

上述处理器采用分布式布置结构，该分布式布置结构为每一站台屏蔽门上方均配备一处理器；或处理器也可以采用集中式布置结构，该集中式布置结构为在列车控制中心或站台控制中心单独设置一处理器，所有站台屏蔽门上方的摄像装置分别接入该处理器。

如图3所示，本发明的工作原理如下所述：当进行站台屏蔽门和列车车门之间的异物检测时，双目视觉摄像装置的第一摄像部件和第二摄像部件分别拍摄区域内的图像，形成双目视觉图像数据，经过双目视觉处理后获得检测区域内的三维距离分布信息，然后系统综合二维颜色分布信息与三维距离分布信息通过模式识别算法判断站台屏蔽门与列车车门之间的区域内是否有异物存在，当有检测到异物时，向系统的控制中心发出报警。

如图4所示，上述双目视觉检测算法基于几何相似性原理，具体如下所述：第一摄像部件和第二摄像部件各项参数相同，A、B两点分别为两个摄像部件的镜头光心，AC、BD分别为两个摄像部件的镜头光轴，AC与BD平行，CF、DG所在平面为摄像头的感光芯片，二者在同一个平面，E为拍摄对象，F、G分别为E在两个摄像部件感光芯片上成的像，H为F在DG面上的平移，即HB平行于FA，I为E在镜头平面上的投影，根据几何相似性原理，|AB|:|HG|＝＝|EI|:|BD|，则|EI|＝|BD|*|AB|/|HG|，即在镜头参数与位置确定的情况下，被拍摄对象与镜头平面的距离与其在两个摄像部件图像中的位置差距成反比。

双目视觉处理中的难点在于如何确定F点及其对应的G点在图像中的位置。通常的处理方法是根据相似性原则，认为F点周围半径r区域内的图像与G点周围半径r区域内的图像具有相似性，当r足够小的时候，两个图像基本上相同，所以通过搜索F点对应的H点周围一定范围内的半径r区域，进行匹配度检测，其匹配程度最高的区域的中心点即为G点所在。这样的算法需要大量的运算，且对于大块同色物体的检测可能失效。

如图5所示，本发明是利用移动侦测与边缘检测信息对双目图像匹配运算进行加速，提高了双目视觉处理的速度与准确率。具体为：首先通过帧差法，分别对两摄像部件的图像序列进行移动侦测，获得图像中运动目标的信息，然后分别通过边缘检测，获得图像序列中对应图像中的边缘信息；在进行双目匹配运算的过程中，在对匹配点进行搜索时，优先对平行于两摄像部件的镜头光心连接线的方向上进行搜索，并且优先对包含移动信息和边缘信息的区域进行搜索，以加快搜索过程；在对匹配信息进行计算时，以移动信息或者边缘信息的幅值作为权重因素加入计算过程，使匹配结果更加精确。通过这样的方式，减少运算量，提高双目检测的准确性。

根据目前屏蔽门-车门区域高宽大约为2米*1.5米来计算，当双目视距|AB|取5cm，镜头焦距为5mm时，最远端物体成像的位置差距|HG|为0.125mm，以现在常用的CCD尺寸为1/3英寸，精度为500万像素计算，其靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，分辨率为2560*1920，即67像素点的差距，足以对其距离进行精确检测。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (8)

1.一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，包括有摄像装置和处理器，其特征在于：所述摄像装置包括有第一摄像部件和第二摄像部件，该两个相同的摄像部件水平并排设置于站台屏蔽门内侧上方且分别与处理器连接，由处理器综合分析生成三维距离分布图像。

2.根据权利要求1所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，其特征在于：所述列车车门与站台屏蔽门之间区域布设辅助光源。

3.根据权利要求1或2所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，其特征在于：所述处理器采用分布式布置结构，该分布式布置结构为每一站台屏蔽门上方均配备一处理器。

4.根据权利要求1或2所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统，其特征在于：所述处理器采用集中式布置结构，该集中式布置结构为在列车控制中心或站台控制中心单独设置一处理器，所有站台屏蔽门上方的摄像装置分别接入该处理器。

5.如权利要求1所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、第一摄像部件和第二摄像部件分别拍摄列车车门与站台屏蔽门之间区域的照片并发送给处理器；

S2、处理器基于双目视觉算法生成三维距离分布图像，结合第一摄像部件和第二摄像部件的二维颜色分布图像进行综合识别分析；

S3、如果有异物则报警显示，如果无异物则可关闭列车车门和站台屏蔽门。

6.根据权利要求5所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法，其特征在于：所述双目视觉算法基于几何相似性原理，在第一摄像部件和第二摄像部件的镜头参数与位置确定的情况下，被拍摄对象与两摄像部件镜头所在平面的距离与其在两个摄像部件的镜头图像中的位置差距成反比。

7.根据权利要求6所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法，其特征在于：所述双目视觉算法中，通过移动侦测与边缘检测获得图像中的被拍摄对象的移动信息和边缘信息，采用移动信息或者边缘信息中的任意一种或者两者结合作为双目匹配运算进行加速。

8.根据权利要求7所述一种基于双目视觉的列车车门与站台屏蔽门之间异物检测系统的检测方法，其特征在于：所述双目视觉算法，首先通过帧差法，分别对两摄像部件的图像序列进行移动侦测，获得图像中运动目标的信息，然后分别通过边缘检测，获得图像序列中对应图像中的边缘信息；在进行双目匹配运算的过程中，在对匹配点进行搜索时，优先对平行于两摄像部件的镜头光心连接线的方向上进行搜索，并且优先对包含移动信息和边缘信息的区域进行搜索，以加快搜索过程；在对匹配信息进行计算时，以移动信息或者边缘信息的幅值作为权重因素加入计算过程，使匹配结果更加精确。