CN105301016A - 车轮踏面擦伤图像检测方法 - Google Patents

Abstract

一种车轮踏面擦伤图像检测方法，包括如下步骤：(1)图像获取；(2)判断感兴趣区域；(3)二值化处理，形成灰度值为0或255的分布图效果，得到二值化图像；(4)实时判断。本发明的有益效果在于：将完整的踏面分成多个相机拍照，解决了大曲面不易拍到均匀照片的问题。而且每个相机的有效CCD靶面得到充分的利用，能够检测10*10mm或更小的擦伤。另外采用LED面光源技术，采用投影技术，把镜面效果的踏面全部打亮，将擦伤凸显出来，由于照明均匀，擦伤突出，克服了采用点光源存在的踏面镜面反光、面图像明暗不均匀的问题，极大提高了检测可靠性。

Description

车轮踏面擦伤图像检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别是涉及一种车轮踏面擦伤图像检测方法。

背景技术

列车运行中车轮踏面常因制动或空转打滑等原因产生局部擦伤，擦伤后车轮会使列车运行过程中引起整个车辆轨道系统的耦合振动，危及行车安全。因此，对车轮踏面擦伤进行实时检测与识别非常重要和必要。

我国铁路轮对擦伤检测主要分为静态检测和动态检测两个部分，采用静态检测时，操作条件差、劳动强度大、劳动效率低。而且车辆检修实行计划检修，运行车辆的车轮参数变化状况和突发故障如擦伤等不易及时发现，且人工检查工作量大，易发生漏检。

采用动态检测的方式一定程度上可弥补静态检测的不足，减少检测的工作量，目前业内的踏面图像检测多采用点光源，在镜面效果的踏面上存在局部强反光点，造成图像明暗不均匀，擦伤不易分析查找出来，可靠性不高，从而使得列车在行驶过程中，存在安全隐患。另外，采用点光源检测还存在镜面反光问题，影响检测时的成像效果，从而间接影响检测结果的有效性。

发明内容

基于此，本发明的在于提供一种提高检测可靠性的车轮踏面擦伤图像检测方法。

一种车轮踏面擦伤图像检测方法，包括如下步骤：(1)，图像获取，提供一成像模组，该成像模组包括一定位传感器组、两踏面检测相机组、二光源装置，二所述光源装置设于二铁轨的外侧，两踏面检测相机组设于二铁轨内侧，二踏面检测相机组之间相互平行对齐，并且每一踏面检测相机组由若干踏面检测相机组成，同组的踏面检测相机按铁轨的延伸方向排列；所述定位传感器组由若干并排设置的定位传感器组成，所述定位传感器组设于一铁轨的内侧，且该定位传感器组设于同侧的铁轨与踏面检测相机组之间，定位传感器组的排列方向与铁轨的延伸方向相同；所述定位传感器组中的部分定位传感器设置在踏面检测相机的前方，定位传感器组中的定位传感器数量与每组踏面检测相机的相机数量相同，并且一一对应，每个定位传感器对应一个踏面检测相机；检测时，成像模组开始工作，LED向外伸出，提供光源，定位传感器组检测是否有列车经过，当列车经过定位传感器组的检测区域时，前后成排设置的定位传感器先后检测到有车轮通过，触发两踏面检测相机组工作，两踏面检测相机组分别对两侧的车轮进行拍照；系统根据车轮圆周大小和踏面检测相机可用视场范围，将车轮圆周分为N份、N+1个触发点；定位传感器组均匀设置N+1的定位传感器，传感器与传感器之间均匀间隔；每一踏面检测相机组对应设置N+1个踏面检测相机，相机与相机之间同样均匀间隔，每一踏面检测相机将整个车轮的踏面部分完全地拍摄N+1张照片；

(2)、确定感兴趣区域，踏面检测相机组将拍摄的图像数据反馈到系统控制器，系统控制器以工业相机所获取的图像为区配对象S，确定感兴趣区域和非感兴趣区域，其中感兴趣的区域为车轮损伤的区域；

(3)，二值化处理，将图像S的感兴趣区域和非感兴趣区域进行二值化处理，形成灰度值为0或255的分布图效果，得到二值化图像；

(4)，实时判断，系统控制器根据得到的二值化图像的形态学特征、擦伤的大小特征、边缘特征，从每张踏面图像中分析存在的擦伤；如系统认定存在隐患，进行报警，及时通知工作人员。

进一步地，所述光源装置包括外壳、装设于外壳上的驱动装置及装设于驱动装置上的LED灯，所述驱动装置带动LED灯移动，使LED灯收容在外壳内或伸出于外壳外，当需要检测时，驱动装置带动LED灯伸出于外壳，LED灯将车轮的底部照亮，采用LED灯将踏面打亮，一方面将破损处凸显出来，方便踏面检测相机取像，另一方面，克服了采用点光源存在的踏面镜面反光问题，保证踏面图像明暗均匀。

进一步地，在步骤(2)中，将匹配的图像S分成N等分的若干区域，并用(i，j)表示，i、j代表不同区域的坐标；同时，系统控制器采用一模板T与图像S作形状匹配，计算两个图像的向量误差：

$E(i,j)=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}|S^{ij}(m,n)-T(m,n)|$

其中，S(M,N)、T(M,N)分别为像素点转换成空间向量后的表示；

得到E(i,j)值后，再将E(i,j)值与误值阀值E₀作比较，当E(i,j)>E₀时就停止该点的计算，继续下一点的计算。其中，E_.0的取值为：

$E_0=e_0*\frac{a+1}{2}*\frac{b+1}{2}$

上式中，e₀为各点平均的最大误差，一般取40～50即可，a、b分别为模板T的长和宽，本实施例中，e₀的取值为50，对于E(i,j)<E₀的区域，系统控制器将其定义为感兴趣区域，对于E(i,j)>E₀的区域定义为非感兴趣区域。

本发明的有益效果在于：将完整的踏面分成多个相机拍照，解决了大曲面不易拍到均匀照片的问题。而且每个相机的有效CCD靶面得到充分的利用，能够检测10*10mm或更小的擦伤。另外采用LED面光源技术，采用投影技术，把镜面效果的踏面全部打亮，将擦伤凸显出来，擦并且由于照明均匀，擦伤突出，克服了采用点光源存在的踏面镜面反光、面图像明暗不均匀的问题，极大提高了检测可靠性。

附图说明

图1为成像模组检测时的结构示意图。

图2为本发明车轮踏面擦伤图像检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2，本发明提供一种车轮踏面擦伤图像检测方法，用于检测列车的车轮是否存在损伤，保证行车安全，车轮踏面擦伤图像检测方法包括如下步骤：

步骤(1)：图像获取，提供一成像模组，该成像模组包括一定位传感器组40、两踏面检测相机组20、二光源装置30，二所述光源装置30设于二铁轨10的外侧，二踏面检测相机组20分别设于二铁轨10内侧，二踏面检测相机组20之间相互平行对齐，并且每一踏面检测相机组20由若干踏面检测相机20组成，同组的踏面检测相机按铁轨10的延伸方向排列。所述定位传感器组40由若干并排设置的定位传感器组40成，所述定位传感器组40设于一铁轨10的内侧，且该定位传感器组40设于同侧的铁轨10与踏面检测相机组20之间，定位传感器组40的排列方向与铁轨10的延伸方向相同。

所述定位传感器组40中的部分定位传感器设置在踏面检测相机的前方，定位传感器组40中的定位传感器数量与每组踏面检测相机的相机数量相同，并且一一对应，每个定位传感器对应一个踏面检测相机。

所述光源装置30包括外壳、装设于外壳上的驱动装置及装设于驱动装置上的LED灯，所述驱动装置带动LED灯移动，使LED灯收容在外壳内或伸出于外壳外，当需要检测时，驱动装置带动LED灯伸出于外壳，LED灯将车轮的底部照亮，采用LED灯将踏面打亮，一方面将破损处凸显出来，方便踏面检测相机取像，另一方面，克服了采用点光源存在的踏面镜面反光问题，保证踏面图像明暗均匀。

检测时，成像模组开始工作，LED向外伸出，提供光源，定位传感器组40检测是否有列车经过，当列车经过定位传感器组40的检测区域时，前后成排设置的定位传感器先后检测到有车轮通过，触发两踏面检测相机组20工作，两踏面检测相机组20分别对两侧(左侧和右侧)的车轮进行拍照。

系统根据车轮圆周大小和踏面检测相机可用视场范围，将车轮圆周分为N份、N+1个触发点。定位传感器组40均匀设置N+1的定位传感器，传感器与传感器之间均匀间隔。每一踏面检测相机组20对应设置N+1个踏面检测相机，相机与相机之间同样均匀间隔，每一踏面检测相机将整个车轮的踏面部分完全地拍摄N+1张照片。

为了消除环境光的影响，本步骤中采用的踏面检测相机为紫外相机，紫外相机配备紫外镜头和紫外滤光片可以将环境光滤除掉，只有330nm以下的紫外光才能在相机成像，避免环境光的影响，提高系统的稳定性；

步骤(2)、确定感兴趣区域，踏面检测相机组20将拍摄的图像数据反馈到系统控制器，系统控制器以工业相机30所获取的图像为区配对象S，将匹配的图像S分成N等分的若干区域，并用(i，j)表示，i、j代表不同区域的坐标。同时，系统控制器采用一模板T与图像S作形状匹配，计算两个图像的向量误差：

$E(i,j)=\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}|S^{ij}(m,n)-T(m,n)|$

其中，S(M,N)、T(M,N)分别为像素点转换成空间向量后的表示；

得到E(i,j)值后，再将E(i,j)值与误值阀值E₀作比较，当E(i,j)>E₀时就停止该点的计算，继续下一点的计算。其中，E_.0的取值为：

$E_0=e_0*\frac{a+1}{2}*\frac{b+1}{2}$

上式中，e₀为各点平均的最大误差，一般取40～50即可，a、b分别为模板T的长和宽，本实施例中，e₀的取值为50，对于E(i,j)<E₀的区域，系统控制器将其定义为感兴趣区域，对于E(i,j)>E₀的区域定义为非感兴趣区域，其中感兴趣的区域为车轮损伤的区域；

步骤(3)：二值化处理，将图像S的感兴趣区域和非感兴趣区域进行二值化处理，形成灰度值为0或255的分布图效果，得到二值化图像；

步骤(4)：实时判断，系统控制器根据得到的二值化图像的形态学特征、擦伤的大小特征、边缘特征，从每张踏面图像中分析存在的擦伤；系统刚认定存在隐患，进行报警，及时通知工作人员。

本发明的有益效果在于：将完整的踏面分成多个相机拍照，解决了大曲面不易拍到均匀照片的问题。而且每个相机的有效CCD靶面得到充分的利用，能够检测10*10mm或更小的擦伤。另外采用LED面光源技术，采用投影技术，把镜面效果的踏面全部打亮，将擦伤凸显出来，擦并且由于照明均匀，擦伤突出，克服了采用点光源存在的踏面镜面反光、面图像明暗不均匀的问题，极大提高了检测可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种车轮踏面擦伤图像检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、图像获取，提供一成像模组，该成像模组包括一定位传感器组、两踏面检测相机组、二光源装置，二所述光源装置设于二铁轨的外侧，两踏面检测相机组设于二铁轨内侧，二踏面检测相机组之间相互平行对齐，并且每一踏面检测相机组由若干踏面检测相机组成，同组的踏面检测相机按铁轨的延伸方向排列；所述定位传感器组由若干并排设置的定位传感器组成，所述定位传感器组设于一铁轨的内侧，且该定位传感器组设于同侧的铁轨与踏面检测相机组之间，定位传感器组的排列方向与铁轨的延伸方向相同；

所述定位传感器组中的部分定位传感器设置在踏面检测相机的前方，定位传感器组中的定位传感器数量与每组踏面检测相机的相机数量相同，并且一一对应，每个定位传感器对应一个踏面检测相机；

检测时，成像模组开始工作，光源装置提供光源，定位传感器组检测是否有列车经过，当列车经过定位传感器组的检测区域时，前后设置的不同定位传感器先后检测到有车轮通过，触发两踏面检测相机组工作，两踏面检测相机组分别对两侧的车轮进行拍照；

系统控制器根据车轮圆周大小和踏面检测相机可用视场范围，将车轮圆周分为N份、N+1个触发点；定位传感器组均匀设置N+1的定位传感器，传感器与传感器之间均匀间隔；每一踏面检测相机组对应设置N+1个踏面检测相机，相机与相机之间同样均匀间隔，每一踏面检测相机将整个车轮的踏面部分完全地拍摄N+1张照片；

(2)、确定感兴趣区域，踏面检测相机组将拍摄的图像数据反馈到系统控制器，系统控制器以工业相机所获取的图像为区配对象S，确定感兴趣区域和非感兴趣区域，其中感兴趣的区域为车轮损伤的区域；

(3)、二值化处理，将图像S的感兴趣区域和非感兴趣区域进行二值化处理，形成灰度值为0或255的分布图效果，得到二值化图像；

(4)、实时判断，系统控制器根据得到的二值化图像的形态学特征、擦伤的大小特征、边缘特征，从每张踏面图像中分析存在的擦伤；如系统认定存在隐患，进行报警，及时通知工作人员。

2.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤图像检测方法，其特征在于：所述光源装置包括外壳、装设于外壳上的驱动装置及装设于驱动装置上的LED灯，所述驱动装置带动LED灯移动，使LED灯收容在外壳内或伸出于外壳外，当需要检测时，驱动装置带动LED灯伸出于外壳，LED灯将车轮的底部照亮，将踏面曲面上的擦伤凸显出来。

3.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤图像检测方法，其特征在于：在步骤(2)中，将匹配的图像S分成N等分的若干区域，并用(i，j)表示，i、j代表不同区域的坐标；同时，系统控制器采用一模板T与图像S作形状匹配，计算两个图像的向量误差：

$E(i,j)=\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}|S^{ij}(m,n)-T(m,n)|$

其中，S(M,N)、T(M,N)分别为像素点转换成空间向量后的表示；

得到E(i,j)值后，再将E(i,j)值与误值阀值E₀作比较，当E(i,j)>E₀时就停止该点的计算，继续下一点的计算，其中，E_.0的取值为：

$E_0=e_0*\frac{a+1}{2}*\frac{b+1}{2}$

上式中，e₀为各点平均的最大误差，取值为40～50，a、b分别为模板T的长和宽，对于E(i,j)<E₀的区域，系统控制器将其定义为感兴趣区域，对于E(i,j)>E₀的区域定义为非感兴趣区域。