CN111521616B - 一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法和系统 - Google Patents

一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轨道交通的技术领域，目的是提供一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法与系统，其中，一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，包括，激光器，用于对接触线进行扫描补光；触发相机，用于获取含有激光光束的接触线图像；处理器，用于识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，并在识别含有激光光束的接触线图像内含有绝缘器图像时发送第一触发信号至触发相机；触发相机还用于接收所述第一触发信号并发送第二触发信号；拍摄相机，用于接收第二触发信号后获取绝缘器图像，并将绝缘器图像发送至处理器。本发明具有减少非绝缘器数据的冗余以及提高计算效率的优点。

Description

一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法和系统
技术领域
本发明涉及轨道交通的技术领域，具体涉及一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法和系统。
背景技术
绝缘器是电气化铁路接触网的主要设备，其结构既要能保证供电的分段，又要能使受电弓平滑通过并连续取流，它是影响接触网安全运行的重要因素。
目前，我国铁路建设进入快速发展时期，电气化铁路里程不断增加，运行速度大幅提高，对接触网重要设备之一分段绝缘器提出了更加严格的要求，以确保铁路高速、正点、安全运行。但是近年来在线使用的各型分段绝缘器不断出现各种故障，特别是绝缘部件烧损，和打碰电力机车受电弓，使绝缘器的使用寿命大为缩短。绝缘器的频繁故障不仅干扰了正常的运输秩序，倘若发生在“V”型天窗作业或机车整备和货物装卸期间，还会严重威胁作业人员的人身安全，所以出现了很多在线检测绝缘器缺陷的设备，但是大都是沿着铁路沿线，相机对准接触网连续拍摄，然后在采集到的大量的图像数据中进行绝缘器识别以及缺陷检测，但是这种采集以及检测方式往往会消耗大量的存储空间以及计算资源。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法和系统，具有减少非绝缘器数据的冗余以及提高计算效率的优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，包括以下步骤，
S1：对接触线进行扫描补光，获取连续的n帧含有激光光束的接触线图像，执行S2；
S2：识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，若是，执行S3，若否，执行S1；
S3：发送触发信号至图像采集装置，执行S4；
S4：图像采集装置获取绝缘器图像。
优选的，所述S2具体包括以下步骤，
S21：判断接触线图像拍摄环境是否为白天，若是，执行S22，若否，执行S23；
S22：提取类光斑条纹，选取帧差模板，利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑所在条纹，执行S24；
S23：计算sobel值，并取sobel最大值处为光斑所在点并提取该点上下各M行的像素为光斑所在条纹，执行S24；
S24：n帧含有激光光束的接触线图像是否均完成光斑所在条纹提取，若否，获取下一帧图像，执行S21，若是，执行S25；
S25：拼接连续n帧提取出的光斑所在条纹，对拼接图像进行边缘处理，执行S26；
S26：过滤拼接图像中的接触线图像，执行S27；
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器。
优选的，所述S21具体包括，
S211：统计图像中每一列亮点的个数，在统计每一列亮点个数超过阈值thresh的列数n，执行S212；
S212：判断列数n是否大于列数最低阈值，若是，判断当前为白天，执行S22，若否，判断当前为黑夜，执行S23。
优选的，所述S22具体包括以下步骤，
S221：对接触线图像进行预处理，排除干扰，提取接触线图像中间的2*M行像素作为类光斑条纹，并计算前景目标的像素个数N，执行S222；
S222：对连续n帧图像重复S221的操作，并计算n帧类光斑条纹的前景目标的平均像素个数avg，执行S223：
S223：将n帧类光斑条纹划分为多个小组，依次判断单个小组中前景目标像素值个数是否均小于avg，若是，选取该小组为候选组，执行S224；
S224：选择距离当前帧最近的候选组，对该小组中的多个类光斑条纹中目标像素个数进行排序，选择目标像素为中间值的一帧作为帧差模板，执行S225；
S225：利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑条纹，执行S24。
优选的，所述S225中计算光斑条纹的公式为：
Figure BDA0002472328760000031
其中，Pout(i,j)为输出图像在点(i,j)的像素值，Pobj(i,j)为目标图像在点(i,j)的像素值，Ptemplate(i,j)为模板图像在点(i,j)的像素值。
优选的，所述S25具体为，
S25：对于拍摄环境为白天的接触线图像进行滤波处理；对于拍摄环境为夜晚的接触线图像进行x，y方向的sobel边缘检测，突出边缘信息，执行S26。
优选的，所述S26具体包括，
S261：对边缘信息点进行y方向上点个数的统计，并计算y方向点个数的均方差a，执行S252；
S262：判断a是否小于均方差阈值，若是，则判断此处为双接触线，进行过滤。
一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，包括，
激光器，用于对接触线进行扫描补光；
触发相机，用于获取含有激光光束的接触线图像；
处理器，用于识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，并在识别含有激光光束的接触线图像内含有绝缘器图像时发送第一触发信号至触发相机；
所述触发相机还用于接收所述第一触发信号并发送第二触发信号；
拍摄相机，用于接收所述第二触发信号后获取绝缘器图像，并将绝缘器图像发送至处理器。
优选的，所述处理器使用以下方法识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，
S211：统计图像中每一列亮点的个数，在统计每一列亮点个数超过阈值thresh的列数n，执行S212；
S212：判断列数n是否大于列数最低阈值，若是，判断当前为白天，执行S221，若否，判断当前为黑夜，执行S23。
S221：对接触线图像进行预处理，排除干扰，提取接触线图像中间的2*M行像素作为类光斑条纹，并计算前景目标的像素个数N，执行S222；
S222：对连续n帧图像重复S231的操作，并计算n帧类光斑条纹的前景目标的平均像素个数avg，执行S223：
S223：将n帧类光斑条纹划分为多个小组，依次判断单个小组中前景目标像素值个数是否均小于avg，若是，选取该小组为候选组，执行S224；
S224：选择距离当前帧最近的候选组，对该小组中的多个类光斑条纹中目标像素个数进行排序，选择目标像素为中间值的一帧作为帧差模板，执行S225；
S225：利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑条纹，执行S24；
S23：计算sobel值，并取sobel最大值处为光斑所在点并提取该点上下各M行的像素为光斑所在条纹，执行S24；
S24：n帧含有激光光束的接触线图像是否均完成光斑所在条纹提取，若否，获取下一帧图像，执行S211，若是，执行S25；
S25：对于拍摄环境为白天的接触线图像进行滤波处理；对于拍摄环境为夜晚的接触线图像进行x，y方向的sobel边缘检测，突出边缘信息，执行S261；
S261：对边缘信息点进行y方向上点个数的统计，并计算y方向点个数的均方差a，执行S252；
S262：判断a是否小于均方差阈值，若是，则判断此处为双接触线，进行过滤；
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器。
优选的，还包括，
补光器，用于接收所述第二触发信号后对绝缘器进行补光，辅助拍摄相机获取绝缘器图像；
和/或，
定位器，用于获取绝缘器的位置信息。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、本发明具有减少非绝缘器数据的冗余以及提高计算效率的优点；
2、本发明通过识别接触线图像拍摄环境，针对不同拍摄环境采用不同的方法处理图像，具有提高绝缘器识别精度的优点。
附图说明
图1为本发明的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法的流程示意图；
图2为本发明用于展示一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法的S2的流程示意图；
图3为本发明用于展示识别绝缘器图像的流程示意图；
图4为本发明用于展示夜晚获取的含有激光光束的接触线的示意图；
图5为本发明用于展示对图4提取光斑条纹后的示意图；
图6为本发明用于展示连续200帧光斑条纹图像拼接而成的大图；
图7为本发明用于展示图6经过边缘突出处理后的示意图；
图8为本发明用于展示白天获取的含有激光光束的接触线的示意图；
图9为本发明用于展示对图8提取光斑条纹后的示意图；
图10为本发明用于展示选取的帧差模板图的示意图；
图11为本发明用于展示帧差图的示意图；
图12为本发明用于展示连续200帧提取类光斑条纹并拼接成大图；
图13为本发明用于展示对图12进行滤波处理后的示意图；
图14为一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～14，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，包括以下步骤，
S1：对接触线进行扫描补光，获取连续的n帧含有激光光束的接触线图像，执行S2；
S2：识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，若是，执行S3，若否，执行S1；
S3：发送触发信号至图像采集装置，执行S4；
S4：图像采集装置获取绝缘器图像。
下面依次对各个步骤进行具体说明。
参照图2-13，S2具体包括以下步骤，
S21：判断接触线图像拍摄环境是否为白天，若是，执行S22，若否，执行S23；
S22：由于光斑较弱，提取光斑不可取，反而绝缘器清晰可见，于是提取类光斑条纹，选取帧差模板，利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑所在条纹，执行S24；
S23：计算sobel值，并取sobel最大值处为光斑所在点并提取该点上下各M行的像素为光斑所在条纹，执行S24；
S24：n帧含有激光光束的接触线图像是否均完成光斑所在条纹提取，若否，获取下一帧图像，执行S21，若是，执行S25；
S25：对于拍摄环境为白天的接触线图像进行滤波处理；对于拍摄环境为夜晚的接触线图像进行x，y方向的sobel边缘检测，突出边缘信息，执行S26
S26：过滤拼接图像中的接触线图像，执行S27；
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器。
值得说明的是，S21具体包括，
S211：统计图像中每一列亮点的个数，在统计每一列亮点个数超过阈值thresh(图像高度的1/4)的列数n，执行S212；
S212：判断列数n是否大于列数最低阈值(图像宽度的1/4)，若是，判断当前为白天，执行S22，若否，判断当前为黑夜，执行S23。
参照图8-13，值得说明的是，S22具体包括以下步骤，
S221：对接触线图像进行预处理，排除干扰，提取接触线图像中间的2*M行像素作为类光斑条纹，并计算前景目标的像素个数N，执行S222；
S222：对连续n帧图像重复S221的操作，并计算n帧类光斑条纹的前景目标的平均像素个数avg，执行S223：
S223：将n帧类光斑条纹划分为多个小组(小组包括10帧类光斑条纹)，依次判断单个小组中前景目标像素值个数是否均小于avg，若是，选取该小组为候选组，执行S224；
S224：选择距离当前帧最近的候选组，对该小组中的多个类光斑条纹中目标像素个数进行排序，选择目标像素为中间值的一帧作为帧差模板，执行S225；
S225：利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑条纹，执行S24。
还值得说明的，S225中计算光斑条纹的公式为：
Figure BDA0002472328760000081
其中，Pout(i,j)为输出图像在点(i,j)的像素值，Pobj(i,j)为目标图像在点(i,j)的像素值，Ptemplate(i,j)为模板图像在点(i,j)的像素值。
值得说明的是，S26具体包括，
S261：对边缘信息点进行y方向上点个数的统计，并计算y方向点个数的均方差a，执行S252；
S262：判断a是否小于均方差阈值，若是，则判断此处为双接触线，进行过滤。
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器。还值得说明的是，本实施例中，判断拍摄环境为白天时，个数最低阈值为4500；判断拍摄环境为黑色，个数最低阈值为1500。
实施例2
参照图14，一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，包括，
激光器，用于对接触线进行扫描补光；
触发相机，用于获取含有激光光束的接触线图像；
处理器，用于识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，并在识别含有激光光束的接触线图像内含有绝缘器图像时发送第一触发信号至触发相机；
触发相机还用于接收第一触发信号并发送第二触发信号；
两个拍摄相机，用于接收第二触发信号后获取绝缘器图像，并将绝缘器图像发送至处理器；
还包括，
补光器，用于接收第二触发信号后对绝缘器进行补光，辅助拍摄相机获取绝缘器图像；
定位器，用于获取绝缘器的位置信息。
值得说明的是，处理器连接有存储器。还值得说明的是，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以是处理器的内部存储单元，例如处理器的硬盘或内存。存储器也可以是处理器的外部存储设备，例如处理器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括处理器的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及处理器所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
还值得说明的是，本实施例中，激光器、触发相机、补光器、定位器及两个拍摄相机均安装在列车上，激光器的激光方向与水平方向垂直，对接触线进行扫描补光。处理器安装在列车内。GPS定位器采用整体式外壳，内含天线、馈线(信号线)、GPS电路板。通过网线与车内的处理器进行通信。
结合图2-13，处理器使用以下方法识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，
S211：统计图像中每一列亮点的个数，在统计每一列亮点个数超过阈值thresh(图像高度的1/4)的列数n，执行S212；
S212：判断列数n是否大于列数最低阈值(图像宽度的1/4)，若是，判断当前为白天，执行S221，若否，判断当前为黑夜，执行S23。
S221：对接触线图像进行预处理，排除干扰，提取接触线图像中间的2*M行像素作为类光斑条纹，并计算前景目标的像素个数N，执行S222；
S222：对连续n帧图像重复S231的操作，并计算n帧类光斑条纹的前景目标的平均像素个数avg，执行S223：
S223：将n帧类光斑条纹划分为多个小组(小组包括10帧类光斑条纹)，依次判断单个小组中前景目标像素值个数是否均小于avg，若是，选取该小组为候选组，执行S224；
S224：选择距离当前帧最近的候选组，对该小组中的多个类光斑条纹中目标像素个数进行排序，选择目标像素为中间值的一帧作为帧差模板，执行S225；
S225：利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑条纹，执行S24；
还值得说明的，S225中计算光斑条纹的公式为：
Figure BDA0002472328760000111
其中，Pout(i,j)为输出图像在点(i,j)的像素值，Pobj(i,j)为目标图像在点(i,j)的像素值，Ptemplate(i,j)为模板图像在点(i,j)的像素值。
S23：计算sobel值，并取sobel最大值处为光斑所在点并提取该点上下各M行的像素为光斑所在条纹，执行S24；
S24：n帧含有激光光束的接触线图像是否均完成光斑所在条纹提取，若否，获取下一帧图像，执行S211，若是，执行S25；
S25：对于拍摄环境为白天的接触线图像进行滤波处理；对于拍摄环境为夜晚的接触线图像进行x，y方向的sobel边缘检测，突出边缘信息，执行S261；
S261：对边缘信息点进行y方向上点个数的统计，并计算y方向点个数的均方差a，执行S252；
S262：判断a是否小于均方差阈值，若是，则判断此处为双接触线，进行过滤；
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器。还值得说明的是，本实施例中，判断拍摄环境为白天时，个数最低阈值为4500；判断拍摄环境为黑色，个数最低阈值为1500。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：对接触线进行扫描补光，获取连续的n帧含有激光光束的接触线图像，执行S2；
S2：识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，若是，执行S3，若否，执行S1；
S3：发送触发信号至图像采集装置，执行S4；
S4：图像采集装置获取绝缘器图像；
所述S2具体包括以下步骤，
S21：判断接触线图像拍摄环境是否为白天，若是，执行S22，若否，执行S23；
S22：提取类光斑条纹，选取帧差模板，利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑所在条纹，执行S24；
S23：计算sobel值，并取sobel最大值处为光斑所在点并提取该点上下各
Figure DEST_PATH_IMAGE001
行的像素为光斑所在条纹，执行S24；
S24：n帧含有激光光束的接触线图像是否均完成光斑所在条纹提取，若否，获取下一帧图像，执行S21，若是，执行S25；
S25：拼接连续n帧提取出的光斑所在条纹，对拼接图像进行边缘处理，执行S26；
S26：过滤拼接图像中的接触线图像，执行S27；
S27：计算拼接图的边缘点个数，判断边缘点个数是否大于个数最低阈值，若是，判断接触线图像中含有绝缘器，若否，判断接触线图像中不含有绝缘器；
所述S22具体包括以下步骤，
S221：对接触线图像进行预处理，排除干扰，提取接触线图像中间的2*M行像素作为类光斑条纹，并计算前景目标的像素个数N，执行S222；
S222：对连续n帧图像重复S221的操作，并计算n帧类光斑条纹的前景目标的平均像素个数avg，执行S223：
S223：将n帧类光斑条纹划分为多个小组，依次判断单个小组中前景目标像素值个数是否均小于avg，若是，选取该小组为候选组，执行S224；
S224：选择距离当前帧最近的候选组，对该小组中的多个类光斑条纹中目标像素个数进行排序，选择目标像素为中间值的一帧作为帧差模板，执行S225；
S225：利用帧差模板对当前类光斑条纹做帧差，并进行阈值处理，得到光斑条纹，执行S24。
2.根据权利要求1所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，其特征在于，所述S21具体包括，
S211：统计图像中每一列亮点的个数，在统计每一列亮点个数超过阈值thresh的列数x，执行S212；
S212：判断列数x是否大于列数最低阈值，若是，判断当前为白天，执行S22，若否，判断当前为黑夜，执行S23。
3.根据权利要求2所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，其特征在于，所述S225中计算光斑条纹的公式为：
Figure 664944DEST_PATH_IMAGE002
其中，Pout (i,j)为输出图像在点(i,j)的像素值，Pobj (i,j)为目标图像在点(i,j)的像素值，Ptemplate (i,j)为模板图像在点(i,j)的像素值。
4.根据权利要求3所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法，其特征在于，所述S25具体为，
S25：对于拍摄环境为白天的接触线图像进行滤波处理；对于拍摄环境为夜晚的接触线图像进行x，y方向的sobel边缘检测，突出边缘信息，执行S26。
5.应用权利要求4所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法的一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，其特征在于，包括，
激光器，用于对接触线进行扫描补光；
触发相机，用于获取含有激光光束的接触线图像；
处理器，用于识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像，并在识别含有激光光束的接触线图像内含有绝缘器图像时发送第一触发信号至触发相机；
所述触发相机还用于接收所述第一触发信号并发送第二触发信号；
拍摄相机，用于接收所述第二触发信号后获取绝缘器图像，并将绝缘器图像发送至处理器。
6.根据权利要求5所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，其特征在于，所述处理器使用权利要求4所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发方法识别含有激光光束的接触线图像内是否含有绝缘器图像。
7.根据权利要求5所述的一种用于绝缘器缺陷检测的触发系统，其特征在于，还包括，
补光器，用于接收所述第二触发信号后对绝缘器进行补光，辅助拍摄相机获取绝缘器图像；和/或，定位器，用于获取绝缘器的位置信息。
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