CN105719302A - 接触网支柱装置的识别定位方法及系统 - Google Patents

接触网支柱装置的识别定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了接触网支柱装置的识别定位方法及系统，首先，采集接触网图像，对其进行灰度转换，输出灰度图像；对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像；然后，根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同。本发明可精准地定位出支柱装置中各个部件的位置区域。

Description

接触网支柱装置的识别定位方法及系统
技术领域
本发明涉及接触网领域，特别是涉及接触网支柱装置的识别定位方法及系统。
背景技术
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向轨道交通工具供电的特殊形式的输电线路。一般由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
铁路接触网的支柱和支撑杆的完整性对接触网正常运行非常重要。对支柱装置的识别定位，也是后续基于图像识别技术分析支柱上的各部件是否存在缺陷的必要前序动作，如检测螺丝是否脱落、是否有鸟窝、绝缘子是否缺裂等异常情况，以避免发生安全事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供接触网支柱装置的识别定位方法及系统，根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点，采用与其径向方向相同的扫描区域进行边缘查找，可精准地定位出支柱装置中各个部件的位置区域。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
（一）接触网支柱装置的识别定位方法，所述方法至少包括以下步骤：
S1，采集接触网图像，对其进行灰度转换，输出灰度图像；
S2，对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像；
S3，根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
进一步的，对于支柱装置中宽度较大的部件，其定位方式为：
S401，统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配；
S402，取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部；
S403，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域。
进一步的，对于支柱装置中宽度较小的部件，其定位方式为：
S501，统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件；
S502，根据S501所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
进一步的，在确定出宽度较大的支柱装置的位置区域后，根据支柱装置模型，在相应的区域内定位出宽度较小的支柱装置的位置区域。
进一步的，所述宽度较大的部件包括支柱，所述宽度较小的部件包括平腕臂、斜腕臂、支撑杆、定位管和定位器。
（二）接触网支柱装置的识别定位系统，所述系统至少包括接触网图像获取模块、灰度转换模块、二值化处理模块和边缘查找模块。
所述接触网图像获取模块将接触网图像发送至灰度转换模块，对其进行灰度转换，输出灰度图像。
所述二值化处理模块对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像。
所述边缘查找模块根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
进一步的，所述边缘查找模块包括大宽度部件边缘查找模块。
所述大宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，再取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域。
其中，所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配。
进一步的，所述边缘查找模块包括小宽度部件边缘查找模块。
所述小宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件，根据所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
进一步的，所述系统还包括支柱装置模型数据库和匹配定位模块，支柱装置模型数据库用于存储支柱装置模型，匹配定位模块用于根据已确定的宽度较大的支柱装置的位置区域，将接触网图像与支柱装置模型进行匹配，定位出支柱装置的位置区域，以便在相应的区域内确定宽度较小的支柱装置的位置区域。
本发明的有益效果是：本发明根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点，采用与其径向方向相同的扫描区域进行边缘查找，可精准地定位出支柱装置中各个部件的位置区域。
附图说明
图1为本发明接触网支柱装置的识别定位方法的流程示意图；
图2为本发明中实施例一的边缘查找示意图；
图3为本发明接触网支柱装置的识别定位系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
（一）接触网支柱装置的识别定位方法
如图1所示，该实施例描述了一种接触网支柱装置的识别定位方法，所述方法包括以下步骤。
S1，采集接触网图像，对其进行灰度转换，输出灰度图像。
S2，对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像。
S3，根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域。
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
所述扫描区域可采用扇形扫描区域或三角形扫描区域以及其他形式的扫描区域。
所述扫描线段的长度为从作为原点的像素点至扫描区域的底边的像素距离值。扫描线段不能太长，扫描线段越长则运算时间越大。
根据接触网支柱装置的特性，该支柱装置包括如支柱等宽度较大的部件，还包括如平腕臂、斜腕臂、支撑杆、定位管和定位器等宽度较小的部件。由于支柱部件呈纵向竖立，而平腕臂一般呈横向设置，斜腕臂和支撑杆呈倾斜设置，因此，在查找各个部件时，其扫描区域的方向需与该部件的径向方向一致，才能准确地查找出该部件的边缘。
（1）进一步的，对于支柱装置中宽度较大的部件，其定位方式为：
S401，统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配；
S402，取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部；
S403，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域。
实施例一，如图2所示，定位支柱部件：
首先，查找支柱部件的左边缘：从左至右逐行遍历二值化图像，对每行的每一个像素点的向下扇形区域进行扫描，所述向下扇形区域中存在n条以该像素点为原点的向下扫描线段，统计在该向下扇形区域内每条向下扫描线段左边黑像素点的数量L1和右边白像素点的数量R1，当数量L1和数量R1占相应向下扫描线段的长度的一定比例时，则判定该向下扇形区域内的该条向下扫描线段为该支柱部件的左边缘。
其次，查找支柱部件的疑似右边缘：在找出左边缘后，继续对该行余下的像素点的向下扇形区域进行扫描，继续统计在向下扇形区域内每条向下扫描线段左边白像素点的数量L2和右边黑像素点的数量R2，当数量L2和数量R2占相应的向下扫描线段的长度的一定比例时，则将该向下扇形区域内的该条向下扫描线段视为该支柱部件的疑似右边缘。
然后，确定支柱部件的右边缘：当找出疑似右边缘时，计算该疑似右边缘和左边缘的宽度，若该宽度在一定阈值范围，则判定该疑似右边缘为右边缘，若该宽度不在所述阈值范围内，则继续寻找下一个疑似右边缘。
接着，查找支柱部件的顶部：从上到下逐行扫描左边缘和右边缘之间的白像素，当某行白像素占左边缘与右边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定左边缘和右边缘之间的该行像素点为该支柱部件的顶部。
最后，根据找出的左边缘、右边缘和顶部，定位出支柱装置中的支柱部件的位置区域。一般的，在接触网图像中，支柱部件的底部为其左边缘和右边缘的延长线与接触网图像底边相交的线段。
（2）进一步的，对于支柱装置中宽度较小的部件，其定位方式为：
S501，统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件；
S502，根据S501所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
在定位横向设置的小宽度部件时：首先，从上至下逐列遍历二值化图像，对每列的每一个像素点的向右扇形区域进行扫描，所述向右扇形区域中存在n条以该像素点为原点的向右扫描线段，统计在该向右扇形区域内每条向右扫描线段上的白像素点的数量，当某条向右扫描线段上白像素点的数量占该条向右扫描线段的长度的一定比例时，则判定该向右扇形区域内的该条向右扫描线段为该横向设置的小宽度部件。
最后，根据所查找出的扫描线段，确定出该横向设置的小宽度部件。
在定位倾斜设置的小宽度部件时，首先需定位出纵向设置的大宽度部件和横向设置的小宽度部件，再来定位倾斜设置的小宽度部件。
（二）接触网支柱装置的识别定位系统
如图3所示，该实施例描述了一种接触网支柱装置的识别定位系统，所述系统至少包括接触网图像获取模块、灰度转换模块、二值化处理模块和边缘查找模块。
所述接触网图像获取模块将接触网图像发送至灰度转换模块，对其进行灰度转换，输出灰度图像。
所述二值化处理模块对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像。
所述边缘查找模块根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
进一步的，所述边缘查找模块可包括大宽度部件边缘查找模块。
所述大宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，再取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域。
其中，所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配。
进一步的，所述边缘查找模块还可包括小宽度部件边缘查找模块。
所述小宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件，根据所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
进一步的，所述系统还包括支柱装置模型数据库和匹配定位模块，支柱装置模型数据库用于存储支柱装置模型，匹配定位模块用于根据已确定的宽度较大的支柱装置的位置区域，将接触网图像与支柱装置模型进行匹配，定位出支柱装置的位置区域，以便在相应的区域内确定宽度较小的支柱装置的位置区域。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的接触网支柱装置的识别定位方法及系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的接触网支柱装置的识别定位方法及系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.接触网支柱装置的识别定位方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
S1，采集接触网图像，对其进行灰度转换，输出灰度图像；
S2，对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像；
S3，根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
2.根据权利要求1所述的接触网支柱装置的识别定位方法，其特征在于，对于支柱装置中宽度较大的部件，其定位方式为：
S401，统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配；
S402，取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部；
S403，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域。
3.根据权利要求1所述的接触网支柱装置的识别定位方法，其特征在于，对于支柱装置中宽度较小的部件，其定位方式为：
S501，统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件；
S502，根据S501所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
4.根据权利要求2或3所述的接触网支柱装置的识别定位方法，其特征在于：在确定出宽度较大的支柱装置的位置区域后，根据支柱装置模型，在相应的区域内定位出宽度较小的支柱装置的位置区域。
5.根据权利要求1所述的接触网支柱装置的识别定位方法，其特征在于：所述宽度较大的部件包括支柱，所述宽度较小的部件包括平腕臂、斜腕臂、支撑杆、定位管和定位器。
6.接触网支柱装置的识别定位系统，其特征在于：所述系统至少包括接触网图像获取模块、灰度转换模块、二值化处理模块和边缘查找模块；
所述接触网图像获取模块将接触网图像发送至灰度转换模块，对其进行灰度转换，输出灰度图像；
所述二值化处理模块对灰度图像进行中值滤波和二值化处理，得到二值化图像；
所述边缘查找模块根据支柱装置中各个部件的径向方向，选择从左至右逐行或从上至下逐列遍历二值化图像，对每行或每列的每一个像素点在一定扫描区域内进行边缘查找，以定位出各个部件的位置区域；
所述扫描区域为以当前查找像素点为原点的一定夹角范围内的区域，该区域的开口方向与该待定位部件的径向方向相同，其中，所述扫描区域中存在n条以当前查找像素点为原点的扫描线段。
7.根据权利要求6所述的接触网支柱装置的识别定位系统，其特征在于：所述边缘查找模块包括大宽度部件边缘查找模块；
所述大宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段两边的黑白像素点的数量，当某条扫描线段两边的黑白像素点的数量占相应的扫描线段的长度的一定比例时，确定出宽度较大的部件的第一边缘和第二边缘，再取第一边缘和第二边缘之间的垂直于第一边缘和第二边缘的线段作为端部查找线段，当某条端部查找线段上的白像素总数量占第一边缘和第二边缘的宽度像素值的一定比例时，则判定该顶部查找线段为该部件的顶部，根据所述第一边缘、第二边缘和顶部确认出支柱装置中宽度较大的部件的位置区域；
所述第一边缘和第二边缘相对立，且其之间的宽度与部件的宽度相匹配。
8.根据权利要求6所述的接触网支柱装置的识别定位系统，其特征在于：所述边缘查找模块包括小宽度部件边缘查找模块；
所述小宽度部件边缘查找模块用于统计其扫描区域内每条扫描线段上的白像素点的数量，当某条扫描线段上白像素点的数量占该条扫描线段的长度的一定比例时，则判定该扫描区域内的该条扫描线段属于宽度较小的部件，根据所查找出的扫描线段，确定出支柱装置中宽度较小的部件的位置区域。
9.根据权利要求6所述的接触网支柱装置的识别定位系统，其特征在于：所述系统还包括支柱装置模型数据库和匹配定位模块，支柱装置模型数据库用于存储支柱装置模型，匹配定位模块用于根据已确定的宽度较大的支柱装置的位置区域，将接触网图像与支柱装置模型进行匹配，定位出支柱装置的位置区域，以便在相应的区域内确定宽度较小的支柱装置的位置区域。
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