CN110954005A - 一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法 - Google Patents

一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，两个间隙传感单元分别使用高速工业相机采集悬浮间隙图像，将采集到的图像分别传送至各自的图像处理单元对悬浮间隙图像进行处理；然后各自的间隙计算单元Ⅰ分别计算当前悬浮点的实际悬浮间隙值和相邻悬浮架悬浮点的实际悬浮间隙值，并分别发送至该侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元Ⅱ；间隙计算单元Ⅱ计算最后的悬浮间隙值并在两个悬浮间隙值差异过大时发出故障报警信号。本发明抗干扰能力强、设备成本低、安装工艺简单，且具有线性度高、无温度漂移的优点；同时具有更高的检测精度和容错性。

Description

一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体为一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法。
背景技术
磁浮列车是一种新型的非接触式的地面轨道交通运输工具，它以8~12mm的悬浮间隙悬浮运行而取消了传统车辆中的车轮，实现了非粘着牵引的非接触运行。因其具有噪声小，速度范围宽、加减速度快、维护费用低等优点而有着广阔的应用前景。
悬浮间隙传感器作为测量磁悬浮列车底部与轨道之间间隙的装置，是磁悬浮列车中不可或缺的关键元件。它将所测得的列车悬浮间隙传送至悬浮控制器，实现磁悬浮列车在给定间隙处的稳定悬浮。悬浮传感器必须能够为悬浮控制系统提供可靠、准确的间隙信号才能保证列车的稳定悬浮以及平稳运行。
目前中低速磁悬浮列车间隙传感器采用较多的是电涡流式间隙传感器，根据电涡流效应，该种传感器在线圈中通以交变电流，会在线圈周围产生交变磁场，使金属导体内部感应出环状电流，感应产生的环状电流会产生方向相反的交变磁场，从而使传感器线圈的特征阻抗、电感和品质因数随着间隙的变化而变化。通过测量电路中电压电流的值来获得悬浮间隙的值。
电涡流传感器虽然应用广泛，但存在有一定的缺点与不足，如测量精度受温度和被测物体表面粗糙度影响大、成本高、安装工艺复杂且需对测量值进行非线性校正等。此外，现有的传感器只能测得其所处悬浮点的悬浮间隙值，若某个传感器发生故障，则悬浮控制器不能收到正常的间隙值，这将对列车的正常运行产生严重影响。
图像传感技术是一门以图像处理为基础涉及到人工智能、计算机科学、图像处理学、模式识别等诸多领域的新兴交叉学科，在交通、运输、农业、工业在线检测等领域得到广泛的应用。利用图像传感进行图像测量，是建立在机器视觉理论基础上的非接触式新型测量技术，是一种通过工业高速相机获取图像，然后进行相关图像处理与分析来获取测量结果的一种测量方法，其主要特点是灵敏度和测量精度高、速度快、噪声低、抗电磁干扰能力强及应用方便灵活，能够在恶劣环境下长时间工作，便于进行数字化处理和计算机连接。
发明内容
针对现有的悬浮间隙测量技术所存在的不足，本发明旨在解决现有的磁悬浮列车间隙传感器抗干扰能力弱、安装工艺复杂、成本过高、需进行非线性校正等问题，同时实现单个检测装置同时检测两个悬浮点间隙值的功能。
因此，本发明提供了一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，包括以下步骤：
步骤1：间隙传感单元EL和ER（下标L代表左侧，R代表右侧，下同）通过高速工业相机同时拍摄当前悬浮点和相邻悬浮架上近端悬浮点的悬浮间隙图像，将各自采集到的图像分别传送给图像处理单元FL和FR，图像处理单元FL和FR分别对各自包含有本侧及邻侧两个悬浮点关键悬浮区域的悬浮间隙图像进行处理得到悬浮间隙的边缘图像，图像处理包括灰度化、滤波、二值化、边缘提取、闭运算和开运算等过程；
步骤2：图像处理单元FL和FR分别将各自的悬浮间隙边缘图像传输至间隙计算单元ⅠL和ⅠR，间隙计算单元ⅠL和ⅠR根据悬浮间隙的边缘图像计算实际悬浮间隙值，在计算实际悬浮间隙值之前首先对测量系统进行标定，根据得到的悬浮间隙的边缘图像，分别计算当前悬浮点的实际悬浮间隙值D l 和D r ’以及相邻悬浮点的实际悬浮间隙值D r 和D l ’；
步骤3：间隙计算单元ⅠL将计算得到的悬浮间隙值D l 和D r 分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡL和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡR, 间隙计算单元ⅠR将计算得到的悬浮间隙值D r ’和D l ’分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡR和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡL；
步骤4：间隙计算单元ⅡL计算左侧悬浮点的最终悬浮间隙值D L 为：
Figure 336160DEST_PATH_IMAGE002
间隙计算单元ⅡR计算右侧悬浮点的最终悬浮间隙值D R 为：
Figure 949676DEST_PATH_IMAGE004
其中μ 1L、μ 1R、μ 2L和μ 2R为权重系数，当本侧悬浮点的间隙传感单元正常时，采用本侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=1，μ 2L=0或μ 1R=1，μ 2R=0；当本侧悬浮点的间隙传感单元故障时，采用另一侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=0，μ 2L=1或μ 1R=0，μ 2R=1；
步骤5：若来自两个间隙计算单元ⅠL和ⅠR的同一侧间隙测量值差异过大时，发出故障报警信号。具体的：若1.5mm<|D l -D l ’|<3mm或1.5mm<|D r -D r ’|<3mm则相应间隙计算单元发出超差报警信号；若|D l -D l ’|≥3mm或|D r -D r ’|≥3mm，则相应间隙计算单元发出严重超差故障报警信号。
进一步的，间隙传感单元由高速工业相机构成，每个悬浮点的悬浮间隙图像由两个高速工业相机采集，两个高速工业相机分别安装在本侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点最外侧端部电磁铁二分之一位置，相机的光轴与水平面平行且处在额定悬浮间隙10mm的中点位置，即与电磁铁的上边缘间的竖直距离为5mm，相机光轴与该侧悬浮架上悬浮电磁铁的侧边沿呈固定夹角，即每个相机能够同时拍摄到本侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的悬浮间隙图像。图像处理单元对悬浮间隙图像进行处理具体为：
1.1在原始图像中截取包含悬浮间隙的关键区域，并采用加权平均法对其进行灰度化，获得关键区域的灰度图像；图像的灰度值为Gray(i,j)，i、j为任意点坐标值，则
Gray(i,j)=0.299*R(i,j)+0.578*G(i,j)+0.114*B(i,j)
1.2将图像从空间域转换至频域对原始不清晰图像频域成分进行处理，利用直方图进行图像修正，使灰度间距被拉大，增大反差，实现图像增强；采用双边滤波算法对灰度图像进行滤波，去除图像中的噪声，并保存图像边缘信息；
1.3采用最大熵阈值法选取合适的灰度阈值Th，对图像进行二值化处理，划分轨道缝隙与背景区域，当灰度值大于Th时，灰度值变为255，当灰度值小于Th时，灰度值变为0；
1.4对二值化后的图像进行边缘提取，采用canny算子识别二值化图像中的边界；
1.5对边缘提取后的图像进行闭运算，即先膨胀运算，再腐蚀运算，该操作能填充图像中的凹角和小孔，弥合小裂缝；
1.6进行开运算，即先腐蚀运算，再膨胀运算，该操作能除去孤立的小点、毛刺和小桥，而总的位置不变。
进一步的，步骤2中间隙计算单元的计算过程具体为：
2.1首先在图像中建立平面直角坐标系，获取边缘所在直线在图像坐标系中的表达式，得到本侧悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 0 和l 1 ，相邻悬浮架悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 2 和l 3 ，l 0 、l 1 、l 2 和l 3 所在直线表达式为：
y i =k i *x+b i ，i=0,1,2,3
其中，k i 表示相应直线的斜率，b i 表示相应直线的截距；
2.2本侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定与计算：间隙传感单元EL和ER分别拍摄各自本 侧悬浮间隙为10mm时的悬浮间隙图像，经过图像处理提取出悬浮间隙图像中的边缘信息并 分别计算本侧电磁铁上边缘端点A到点C的图像距离
Figure 808DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 34361DEST_PATH_IMAGE008
，点C为经过点A的竖直直线与l 1的交点；令
Figure 930773DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 369101DEST_PATH_IMAGE012
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中本侧电磁铁与钢轨间的实际 悬浮间隙与图像距离的标定系数。当实际工作时，计算点A到点C的图像距离d l 和d r ，则间隙 计算单元ⅠL和ⅠR得到各自的本侧悬浮间隙值分别为
Figure 59976DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 784087DEST_PATH_IMAGE016
；
2.3相邻侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定与计算：当处于直线或曲线段时，两根相连的 钢轨间的夹角为θ，间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻悬浮点电磁铁与轨道间的图像距离与实际距 离的标定系数
Figure 386320DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 551591DEST_PATH_IMAGE020
随着夹角θ的变化而变化，即
Figure 147789DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 424443DEST_PATH_IMAGE024
；因此对不 同的角度分别进行标定，具体如下：
2.3.1设定悬浮间隙为10mm，使两个相邻悬浮架的夹角从-10度到10度变化，拍摄每增 加1度时的间隙图像并记录两个悬浮架的夹角θ j ，j分别取0,1,2,…,20，间隙计算单元ⅠL和 ⅠR分别计算各自对应的相邻悬浮架电磁铁上边缘端点B到点D的图像距离
Figure 272444DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 885697DEST_PATH_IMAGE028
，点D为 经过点B的竖直直线与l 3的交点，令
Figure 984339DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 246824DEST_PATH_IMAGE032
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻 悬浮间隙与图像距离在标定角度时的标定系数；
2.3.2 在间隙计算单元ⅠL和ⅠR中采用分段线性插值方法得到标定角度范围内任意角 度下相邻侧标定系数（
Figure 459368DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 490910DEST_PATH_IMAGE036
）与角度θ的关系分别为
Figure 491227DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 8052DEST_PATH_IMAGE040
其中：
Figure 322490DEST_PATH_IMAGE042
Figure 739696DEST_PATH_IMAGE044
Figure 612712DEST_PATH_IMAGE046
当0<j<20时，
Figure 912106DEST_PATH_IMAGE048
2.3.3当实际工作时，计算标定角度范围内任意角度时点B到点D的图像距离
Figure 561393DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 531973DEST_PATH_IMAGE052
， 则间隙计算单元IL和IR得到各自的相邻侧悬浮间隙值分别为
Figure 342934DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 34685DEST_PATH_IMAGE056
。
本发明与现有技术相比的有益技术效果为：
本发明能有效解决现有间隙传感器抗干扰能力弱、设备成本高、安装工艺复杂的问题，且具有线性度高、无温度漂移的优点。在成本固定的情况下，与传统的间隙传感器相比本发明采用的基于图像处理的间隙传感装置具有更高的检测精度。同时每个摄像头采集两个悬浮点（所处悬浮点和相邻悬浮架近端悬浮点）的悬浮间隙，且能动态识别转向角度以保证检测精度。当某个间隙传感单元出现故障时，可使用相邻悬浮架悬浮点的间隙传感处理单元发来的间隙数据。提升了系统的容错空间，并进一步降低整个悬浮系统成本。
附图说明
附图1是间隙传感单元安装示意图。
附图2是悬浮间隙数据传递框图。
附图3是悬浮间隙图像处理流程图。
附图4是悬浮间隙计算示意图。
图中：1-中低速磁悬浮列车悬浮架，2-轨道，3-高速工业相机，4-端部电磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的间隙传感单元EL和ER通过高速工业相机同时拍摄当前悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的悬浮间隙图像，间隙传感单元安装位置与角度如图1所示。两个高速工业相机分别安装在本侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点最外侧端部电磁铁二分之一位置，相机的光轴与水平面平行且处在额定悬浮间隙10mm的中点位置，即与电磁铁的上边缘间的竖直距离为5mm，相机的光轴与该侧悬浮架上悬浮电磁铁的侧边沿呈60度夹角，即每个相机能够同时拍摄到本侧悬浮点与相邻悬浮架近端悬浮点的悬浮间隙图像。悬浮间隙数据处理过程如图2所示，本发明的间隙检测方法为：
1将间隙传感单元EL和ER各自采集到的图像分别传送给图像处理单元FL和FR，图像处理单元FL和FR分别对各自包含有本侧及相邻两个悬浮点关键悬浮区域的悬浮间隙图像进行处理，包括以下步骤（如图3所示）：
1.1在原始图像中截取包含悬浮间隙的关键区域，并采用加权平均法对其进行灰度化，获得关键区域的灰度图像；图像的灰度值为Gray(i,j)，i、j为任意点坐标值，则
Gray(i,j)=0.299*R(i,j)+0.578*G(i,j)+0.114*B(i,j)
1.2将图像从空间域转换至频域对原始不清晰图像频域成分进行处理，利用直方图进行图像修正，使灰度间距被拉大，增大反差，实现图像增强；采用双边滤波算法对灰度图像进行滤波，去除图像中的噪声，并保存图像边缘信息；
1.3采用最大熵阈值法选取合适的灰度阈值Th，对图像进行二值化处理，划分轨道缝隙与背景区域，当灰度值大于Th时，灰度值变为255，当灰度值小于Th时，灰度值变为0；
1.4对二值化后的图像进行边缘提取，本发明采用去噪能力强，边缘提取效果优异的canny算子识别二值化图像中的边界；
1.5对边缘提取后的图像进行闭运算，即先膨胀运算，再腐蚀运算，该操作能填充图像中的凹角和小孔，弥合小裂缝；
1.6进行开运算，即先腐蚀运算，再膨胀运算，该操作能除去孤立的小点、毛刺和小桥，而总的位置不变；
2在计算实际间隙值之前首先要对测量系统进行标定，标定方法如下：
2.1首先在图像中建立平面直角坐标系，获取边缘所在直线在图像坐标系中的表达式，得到本侧悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 0 和l 1 ，相邻悬浮架悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 2 和l 3 ，l 0 、l 1 、l 2 和l 3 所在直线表达式为：y i =k i *x+b i (i=0,1,2,3)；其中，k i 表示相应直线的斜率，b i 表示相应直线的截距；
2.2本侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定：高速工业相机的位置固定后，电磁铁与相机的 相对位置是保持不变的，所以线段l 0 不变，且l 0 与l 1 的距离与实际间隙值成正比。间隙传感 单元EL和ER分别拍摄各自本侧悬浮间隙为10mm时的悬浮间隙图像，经过图像处理提取出悬 浮间隙图像中的边缘信息并分别计算本侧电磁铁上边缘端点A到点C的图像距离
Figure 956504DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 82723DEST_PATH_IMAGE060
, 点C为经过点A的竖直直线与l 1的交点。令
Figure 97209DEST_PATH_IMAGE062
和
Figure 574458DEST_PATH_IMAGE064
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中 本侧电磁铁与钢轨间的实际悬浮间隙与图像距离的标定系数；
2.3相邻侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定：当处于直线或曲线段时，两根相连的钢轨间 的夹角为θ，间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻悬浮点电磁铁与轨道间的图像距离与实际距离的标 定系数
Figure 768810DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 44808DEST_PATH_IMAGE068
随着夹角θ的变化而变化，即
Figure 463151DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure 693276DEST_PATH_IMAGE072
；因此需要对不 同的角度分别进行标定，具体如下：
2.3.1设定悬浮间隙为10mm，使两个相邻悬浮架的夹角从-10度到10度变化，拍摄每增 加1度时的间隙图像并记录两个悬浮架的夹角θ j ，j分别取0,1,2,…,20，间隙计算单元ⅠL和 ⅠR分别计算各自对应的相邻悬浮架电磁铁上边缘端点B到点D的图像距离
Figure 753635DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure 84473DEST_PATH_IMAGE076
，点D为经 过点B的竖直直线与l 3 的交点，令
Figure 673717DEST_PATH_IMAGE078
和
Figure 453454DEST_PATH_IMAGE080
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻 悬浮间隙与图像距离在标定角度时的标定系数；
2.3.2 在间隙计算单元ⅠL和ⅠR中采用分段线性插值方法得到标定角度范围内任意角 度下相邻侧标定系数（
Figure 786347DEST_PATH_IMAGE082
和
Figure 505779DEST_PATH_IMAGE084
）与角度θ的关系分别为
Figure 531504DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure 1799DEST_PATH_IMAGE088
其中：
Figure 108689DEST_PATH_IMAGE090
Figure 652934DEST_PATH_IMAGE092
Figure 646298DEST_PATH_IMAGE094
当0<j<20时，
Figure 338310DEST_PATH_IMAGE096
3图像处理单元FL和FR将悬浮间隙的边缘图像传输至间隙计算单元ⅠL和ⅠR，间隙计算单元ⅠL和间隙计算单元ⅠR得到的悬浮间隙的边缘图像分别如图4中左右两个子图所示，分别计算本侧悬浮点和邻侧悬浮架悬浮点的实际的悬浮间隙值，计算步骤如下：
3.1首先获取边缘图像中线段l 0 、l 1 、l 2 和l 3 所在直线在图像坐标系中的表达式：y i =k i *x +b i (i=0,1,2,3)；
3.2对于本侧悬浮点：由于高速工业相机与该侧悬浮点的电磁铁位置相对固定，所以表达式y 0=k 0* x+b 0中的k 0和b 0是已知且不变的；线段l 0 的顶点A(x A ,y A )也固定不变，过A点直线x=x A 与l 1的交点C的坐标(x A , k 1 *x A +b 1)，则间隙计算单元ⅡL和ⅡR分别计算各自图像中的A点到C点的图像距离分别为d l = k 1 *x A +b 1 -y A 和d r = k 1 *x A +b 1 -y A ；
间隙计算单元ⅡL和ⅡR根据各自的标定系数可计算得到各自本侧悬浮点的悬浮间隙 值分别为
Figure 245961DEST_PATH_IMAGE098
和
Figure 707029DEST_PATH_IMAGE100
；
3.3对于相邻悬浮架悬浮点：首先计算边缘图像中l 1 和l 3 间的夹角
Figure 871294DEST_PATH_IMAGE102
，则
Figure 785024DEST_PATH_IMAGE104
、
Figure 997830DEST_PATH_IMAGE106
，然后计算过B(x B ,y B )点直线x=x B 与l 3 的 交点D的坐标(x B ,k 3*x B +b 3)，则间隙计算单元ⅡL和ⅡR分别计算各自图像中的B点到D点的图 像距离分别为
Figure 74590DEST_PATH_IMAGE108
=k 3 *x B +b 3 -y B 和
Figure 144177DEST_PATH_IMAGE110
=k 3 *x B +b 3 -y B ；
间隙计算单元ⅡL和ⅡR根据各自的标定系数可计算得到各自相邻悬浮架悬浮点的悬 浮间隙值分别为
Figure 951727DEST_PATH_IMAGE112
和
Figure 263498DEST_PATH_IMAGE114
；
4间隙计算单元ⅠL将计算得到的悬浮间隙值D l 和D r 分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡL和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡR，间隙计算单元ⅠR将计算得到的悬浮间隙值D r ’和D l ’分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡR和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡL（如图2所示）；
5 间隙计算单元ⅡL计算左侧悬浮点的最终悬浮间隙值D L 为：
Figure 699158DEST_PATH_IMAGE116
间隙计算单元ⅡR计算右侧悬浮点的最终悬浮间隙值D R 为：
Figure 877330DEST_PATH_IMAGE118
其中μ 1L、μ 1R、μ 2L和μ 2R为权重系数，当本侧悬浮点的间隙传感单元正常时，采用本侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=1，μ 2L=0或μ 1R=1，μ 2R=0；当本侧悬浮点的间隙传感单元故障时，采用另一侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=0，μ 2L=1或μ 1R=0，μ 2R=1；
6若来自两个间隙计算单元ⅠL和ⅠR的同一侧间隙数据值差异过大时，发出故障报警信号；具体的，若1.5mm<|D l -D l ’|<3mm或1.5mm<|D r -D r ’|<3mm，则相应计算单元发出超差报警信号；若|D l -D l ’|≥3mm或|D r -D r ’|≥3mm，则相应计算单元发出严重超差故障报警信号。

Claims (4)

1.一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：左侧间隙传感单元EL和右侧间隙传感单元ER通过高速工业相机同时拍摄当前悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的悬浮间隙图像，将各自采集到的图像分别传送给图像处理单元FL和FR，图像处理单元FL和FR分别对各自包含有本侧及邻侧两个悬浮点关键悬浮区域的悬浮间隙图像进行处理得到悬浮间隙的边缘图像，图像处理包括灰度化、滤波、二值化、边缘提取、闭运算和开运算过程；
步骤2：图像处理单元FL和FR分别将各自的悬浮间隙边缘图像传输至间隙计算单元ⅠL和ⅠR，间隙计算单元ⅠL和ⅠR根据悬浮间隙的边缘图像计算实际悬浮间隙值，在计算实际悬浮间隙值之前首先对测量系统进行标定，根据得到的悬浮间隙的边缘图像，分别计算当前悬浮点的实际悬浮间隙值D l 和D r ’以及相邻悬浮点的实际悬浮间隙值D r 和D l ’；
步骤3：间隙计算单元ⅠL将计算得到的悬浮间隙值D l 和D r 分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡL和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡR, 间隙计算单元ⅠR将计算得到的悬浮间隙值D r ’和D l ’分别发送至该侧悬浮点的间隙计算单元ⅡR和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元ⅡL；
步骤4：间隙计算单元ⅡL计算左侧悬浮点的最终悬浮间隙值D L 为：
Figure 934966DEST_PATH_IMAGE002
间隙计算单元ⅡR计算右侧悬浮点的最终悬浮间隙值D R 为：
Figure 986099DEST_PATH_IMAGE004
其中μ 1L、μ 1R、μ 2L和μ 2R为权重系数，当本侧悬浮点的间隙传感单元正常时，采用本侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=1，μ 2L=0或μ 1R=1，μ 2R=0；当本侧悬浮点的间隙传感单元故障时，采用另一侧间隙计算单元得到的结果为该侧最终悬浮间隙值，即μ 1L=0，μ 2L=1或μ 1R=0，μ 2R=1；
步骤5：若来自两个间隙计算单元ⅠL和ⅠR的同一侧间隙测量值差异过大时，发出故障报警信号；具体的，若1.5mm<|D l -D l ’|<3mm或1.5mm<|D r -D r ’|<3mm，则相应计算单元发出超差报警信号；若|D l - D l ’|≥3mm或|D r - D r ’|≥3mm，则相应计算单元发出严重超差故障报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，其特征在于，所述间隙传感单元由高速工业相机构成，每个悬浮点的悬浮间隙图像由两个高速工业相机采集，两个高速工业相机分别安装在本侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点最外侧端部电磁铁二分之一位置，相机的光轴与水平面平行且处在额定悬浮间隙10mm的中点位置，即与电磁铁的上边缘间的竖直距离为5mm，相机的光轴与该侧悬浮架上悬浮电磁铁的侧边沿呈固定夹角，即每个相机能够同时拍摄到本侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的悬浮间隙图像。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，其特征在于，所述对悬浮间隙图像进行处理具体为：
1.1在原始图像中截取包含悬浮间隙的关键区域，并采用加权平均法对其进行灰度化，获得关键区域的灰度图像；图像的灰度值为Gray(i,j)，i、j为任意点坐标值，则
Gray(i,j)=0.299*R(i,j)+0.578*G(i,j)+0.114*B(i,j)
1.2将图像从空间域转换至频域对原始不清晰图像频域成分进行处理，利用直方图进行图像修正，使灰度间距被拉大，增大反差，实现图像增强；采用双边滤波算法对灰度图像进行滤波，去除图像中的噪声，并保存图像边缘信息；
1.3采用最大熵阈值法选取合适的灰度阈值Th，对图像进行二值化处理，划分轨道缝隙与背景区域，当灰度值大于Th时，灰度值变为255，当灰度值小于Th时，灰度值变为0；
1.4对二值化后的图像进行边缘提取，采用canny算子识别二值化图像中的边界；
1.5对边缘提取后的图像进行闭运算，即先膨胀运算，再腐蚀运算；
1.6进行开运算，即先腐蚀运算，再膨胀运算。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车间隙检测方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
2.1首先在图像中建立平面直角坐标系，获取边缘所在直线在图像坐标系中的表达式，得到本侧悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 0 和l 1 ，相邻悬浮架悬浮点的电磁铁上边缘和钢轨下边缘在边缘图像中对应的线段为l 2 和l 3 ，l 0 、l 1 、l 2 和l 3 所在直线表达式为：
y i =k i *x+b i ，i=0,1,2,3
其中，k i 表示相应直线的斜率，b i 表示相应直线的截距；
2.2本侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定与计算：间隙传感单元EL和ER分别拍摄各自本侧 悬浮间隙为10mm时的悬浮间隙图像，经过图像处理提取出悬浮间隙图像中的边缘信息并分 别计算本侧电磁铁上边缘端点A到点C的图像距离
Figure 849012DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 745424DEST_PATH_IMAGE008
，点C为经过点A的竖直直线与l 1 的交点；令
Figure 744604DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 229288DEST_PATH_IMAGE012
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中本侧电磁铁与钢轨间的实际悬浮 间隙与图像距离的标定系数；当实际工作时，计算点A到点C的图像距离
Figure 313918DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 279600DEST_PATH_IMAGE016
，则间隙计 算单元ⅠL和ⅠR得到各自的本侧悬浮间隙值分别为
Figure 398866DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 526222DEST_PATH_IMAGE020
；
2.3相邻侧悬浮架悬浮点悬浮间隙的标定与计算：当处于直线或曲线段时，两根相连的 钢轨间的夹角为θ，间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻悬浮点电磁铁与轨道间的图像距离与实际距 离的标定系数
Figure 363728DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 133101DEST_PATH_IMAGE024
随着夹角θ的变化而变化，即
Figure 106873DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 667780DEST_PATH_IMAGE028
；因此对不 同的角度分别进行标定，具体如下：
2.3.1设定悬浮间隙为10mm，使两个相邻悬浮架的夹角从-10度到10度变化，拍摄每增 加1度时的间隙图像并记录两个悬浮架的夹角θ j ，j分别取0,1,2,…,20，间隙计算单元ⅠL和 ⅠR分别计算各自对应的相邻悬浮架电磁铁上边缘端点B到点D的图像距离
Figure 727003DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 831225DEST_PATH_IMAGE032
，点D为经 过点B的竖直直线与l 3的交点，令
Figure 659504DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 128662DEST_PATH_IMAGE036
分别为间隙计算单元ⅠL和ⅠR中相邻 悬浮间隙与图像距离在标定角度时的标定系数；
2.3.2 在间隙计算单元ⅠL和ⅠR中采用分段线性插值方法得到标定角度范围内任意角度 下相邻侧标定系数（
Figure 675181DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 786357DEST_PATH_IMAGE040
）与角度θ的关系分别为
Figure 531459DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 437098DEST_PATH_IMAGE044
其中：
Figure 202404DEST_PATH_IMAGE046
Figure 851691DEST_PATH_IMAGE048
Figure 451300DEST_PATH_IMAGE050
当0<j<20时，
Figure 527840DEST_PATH_IMAGE052
2.3.3 当实际工作时，计算标定角度范围内任意角度时点B到点D的图像距离
Figure 783372DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 970771DEST_PATH_IMAGE056
， 则间隙计算单元ⅠL和ⅠR得到各自的相邻侧悬浮间隙值分别为
Figure 690466DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 141170DEST_PATH_IMAGE060
。
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