CN114549453A - 一种接触线拉出导高值检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触线拉出导高值检测方法和系统，其方法包括步骤：通过所述图像采集器采集所述激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，对所述激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理；将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点；根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值。本发明可以根据亮斑的数据参数计算接触线拉出值和导高值，提高在列车运行过程中接触线拉出导高值测量的精确性。

Description

一种接触线拉出导高值检测方法和系统

技术领域

本发明涉及接触线检测技术领域，特别涉及一种接触线拉出导高值检测方法和系统。

背景技术

在铁路运行过程中，电力机车通过安装在车顶的受电弓和接触线导线直接接触取流，为了保证机车能够获得持续、稳定的电流，受电弓和接触线必须可靠接触，随着列车速度的提高，对于接触悬挂的要求也越来越高，所以对于接触线拉出值和导高值的测量要求也越来越精确。

目前测量接触线拉出值和导高值的检测方法主要采用激光雷达与角位移传感器的方式，采用激光雷达的测量方法易受环境影响，在强光和温度较高与较低的环境下其测量参数不稳定或设备不工作。采用角位移传感器的测量方法需要与受电弓接触，在运行中受电弓抖动会导致测量值不稳定和测量精度降低，并且会在潮湿和灰尘较多的地方造成高低压击穿，存在较大安全隐患。

为解决现有技术中测量接触线拉出值和导高值的方法精确度较低的技术问题，目前需要一种接触线拉出导高值检测方法，通过激光发射器在接触线上形成亮斑，并根据亮斑的数据参数计算接触线拉出值和导高值，提高在列车运行过程中接触线拉出导高值测量的精确性。

发明内容

为解决测量接触线拉出值和导高值的方法精确度较低的技术问题，本发明提供一种接触线拉出导高值检测方法和系统，具体的技术方案如下：

本发明提供一种接触线拉出导高值检测方法，包括激光发生器和图像采集器，包括步骤：

通过所述图像采集器采集所述激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，对所述激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理；

将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点；

根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法通过采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，根据预设的亮斑匹配模板和激光亮斑图像中像素点的灰度值、像素点的像素位置纵坐标，识别激光亮斑图像中亮斑中心点，并根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值，实现亮斑中心点的准确测量，进而提高接触线拉出值和导高值测算的精确性。

在一些实施方式中，所述的将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点中，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点，具体包括：

在所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的若干个所述第一像素点中，以像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中第一亮斑的形状；

比对所述第一亮斑的形状和所述亮斑匹配模板，在所述第一亮斑的形状与所述亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状均不同时，将若干个所述第一像素点按像素位置纵坐标由小到大排序，以下一所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中所述第一亮斑的形状；

直至所述第一亮斑的形状与所述亮斑匹配模板中任一所述第二亮斑的形状相同，判断当前所述第一像素点为所述亮斑中心点。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法具体公开一种根据识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，进一步提高亮斑中心点的获取过程的准确性和精度。

在一些实施方式中，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值之后，还包括：

获取所述激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个所述第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点；

根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第二拉出值和第二导高值。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法还公开一种根据预设的亮斑形状识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，进而实现准确识别接触线的第二拉出值和第二导高值的技术效果。

在一些实施方式中，所述的获取所述激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个所述第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点，具体包括：

获取所述激光亮斑图像中若干个所述第一像素区域，所述第一像素区域由连续的灰度值为极大值的若干个像素组成，且所述第一像素区域的面积在预设的面积阈值内；

分别获取每个所述第一像素区域中像素位置横坐标最小的第二像素点、像素位置横坐标最大的第三像素点和像素位置纵坐标最小的第四像素点对应的像素坐标；

计算各个所述第一像素区域中所述第二像素点和所述第四像素点之间连线的第一斜率和第一长度，以及所述第三像素点和所述第四像素点之间连线的第二斜率和第二长度；

排除所述第一斜率、所述第二斜率、所述第一长度或第二长度不在预设的斜率阈值或长度阈值内的所述第一像素区域；

计算剩余的若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法具体公开了一种根据预设的亮斑形状识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，通过采集激光亮斑图像中弧形亮斑图像所在的第一像素区域，并根据第一像素区域特定边界点之间连线的斜率和长度对第一像素区域进行筛选后，识别剩余第一像素区域中心点为激光亮斑图像中亮斑中心点，进而提高接触线拉出值和导高值识别的准确性和精度。

在一些实施方式中，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第二拉出值和第二导高值之后，还包括：

根据所述第二拉出值和所述第二导高值校验所述第一拉出值和所述第一导高值；

在所述第一拉出值和所述第二拉出值相同，以及所述第一导高值和所述第二导高值相同时，以所述第一拉出值或所述第二拉出值作为所述接触线的拉出值，以所述第一导高值或所述第二导高值作为所述接触线的导出值；

在所述第一拉出值和所述第二拉出值不同，或所述第一导高值和所述第二导高值不同时，重新计算所述第一拉出值、所述第一导高值、所述第二拉出值和所述第二导高值。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法通过将第一拉出值和第二拉出值对比，以及将第一导高值和第二导高值对比，采用不同计算方法进行接触线拉出值和导高值计算结果的验证，进一步提高接触线拉出值和导高值测算的准确性。

在一些实施方式中，所述的比对所述第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板之前，还包括：

预设所述亮斑匹配模板，所述亮斑匹配模板包括所述接触线在若干个预设位置时，所述激光发生器在所述接触线上形成的若干个所述第二亮斑的形状；

所述的比对所述第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板，具体包括：

将所述第一亮斑的形状和所述亮斑匹配模板中若干个所述第二亮斑的形状进行对比，在所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状之间的相似度大于预设的相似度阈值时，判断所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状相同，在所述相似度小于所述相似度阈值时，判断所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状不同。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法公开一种预设亮斑匹配模板和比对第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板的具体方案，通过若干个第二亮斑的形状的测量以及第一亮斑的形状和第二亮斑的形状之间的相似度的比对，平衡亮斑中心点测算精度和效率。

在一些实施方式中，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值，具体包括：

通过所述图像采集器采集预设的棋盘格标定板的图像，根据所述棋盘格标定板角点的像素坐标和实际坐标，标定所述图像采集器的外参矩阵；

在所述图像采集器的采集区域内安装检测接触线，并获取所述检测接触线的像素坐标和实际坐标；

根据所述检测接触线的像素坐标和实际坐标计算像素坐标与实际坐标的对应关系矩阵；

基于所述对应关系矩阵和所述亮斑中心点的像素坐标，计算所述亮斑中心点的实际坐标，并根据所述亮斑中心点的实际坐标计算所述第一拉出值和所述第一导高值。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法进一步公开了一种获取接触线的像素坐标和实际坐标的对应关系矩阵的方法，并根据对应关系矩阵和亮斑中心点的像素坐标计算第一拉出值和第一导高值，进一步提高接触线拉出值和导高值的准确性。

在一些实施方式中，所述的根据所述亮斑中心点的实际坐标计算所述第一拉出值和所述第一导高值之后，还包括：

将实时测量的所述第一拉出值和所述第一导高值上传至云端数据库；

实时检测所述第一拉出值和所述第一导高值是否处于预设的拉出值安全阈值和导高值安全阈值内；

在所述第一拉出值未处于所述拉出值安全阈值，或所述第一导高值未处于所述导高值安全阈值内时，判断所述第一拉出值或所述第一导高值异常并进行报警。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法将实时测算的第一拉出值和第一导高值上传至云端数据库，在第一拉出值和第一导高值异常时报警，便于用户随时查看接触线拉出导高值的数据，并便于用户根据报警信息及时针对出现异常的接触线进行处理。

在一些实施方式中，所述的以下一所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中所述第一亮斑的形状之后，还包括：

在以各个所述第一像素点为中心采集的所述亮斑区域中，各个所述第一亮斑的形状均与所述亮斑匹配模板不匹配时，判断所述第一拉出值或所述第一导高值异常并进行报警。

本发明提供的接触线拉出导高值检测方法进一步提供一种在各个第一亮斑的形状均与亮斑匹配模板不匹配时判断接触线拉出导高值异常的方案，便于用户及时根据异常数据对接触线进行处理。

在一些实施方式中，根据本发明的另一方面，本发明还提供一种接触线拉出导高值检测系统，包括：

激光发生器，用于在接触线上形成的激光亮斑；

图像采集器，用于采集所述激光亮斑的激光亮斑图像；

工控机，与所述图像采集器连接，用于接收所述图像采集器采集的所述激光亮斑图像，对所述激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理，将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点，并根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值。

本发明提供一种接触线拉出导高值检测方法和系统，至少包括以下一项技术效果：

(1)通过采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，根据预设的亮斑匹配模板和激光亮斑图像中像素点的灰度值、像素点的像素位置纵坐标，识别激光亮斑图像中亮斑中心点，并根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值，实现亮斑中心点的准确测量，进而提高接触线拉出值和导高值测算的精确性；

(2)根据预设的亮斑形状识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，进而实现准确识别接触线的第二拉出值和第二导高值的技术效果；

(3)通过将第一拉出值和第二拉出值对比，以及将第一导高值和第二导高值对比，采用不同计算方法进行接触线拉出值和导高值计算结果的验证，进一步提高接触线拉出值和导高值测算的准确性；

(4)公开一种预设亮斑匹配模板和比对第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板的具体方案，通过若干个第二亮斑的形状的测量以及第一亮斑的形状和第二亮斑的形状之间的相似度的比对，平衡亮斑中心点测算精度和效率；

(5)公开了一种获取接触线的像素坐标和实际坐标的对应关系矩阵的方法，并根据对应关系矩阵和亮斑中心点的像素坐标计算第一拉出值和第一导高值，进一步提高接触线拉出值和导高值的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种接触线拉出导高值检测方法的流程图；

图2为本发明一种接触线拉出导高值检测方法中识别激光亮斑图像中亮斑中心点的流程图；

图3为本发明一种接触线拉出导高值检测方法的一个流程图；

图4为本发明一种接触线拉出导高值检测方法中识别激光亮斑图像中亮斑中心点的另一个流程图；

图5为本发明一种接触线拉出导高值检测方法的另一个流程图；

图6为本发明一种接触线拉出导高值检测方法中计算接触线的第一拉出值和第一导高值的流程图；

图7为本发明一种接触线拉出导高值检测方法中异常报警的流程图；

图8为本发明一种接触线拉出导高值检测方法中异常报警的另一个流程图；

图9为本发明一种接触线拉出导高值检测系统的示例图。

图中标号：激光发生器-10、图像采集器-20和工控机-30。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种接触线拉出导高值检测方法，包括激光发生器和图像采集器，包括步骤：

S100通过图像采集器采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，对激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理。

具体地，图像采集器通常采用高速面阵相机并搭配带有滤光片的相机镜头，激光发生器可以采用功率808nm线激光发生器，激光发生器垂直于接触线安装于车顶，使激光照射在接触线上呈现一个亮斑，高速面阵相机采集线激光照射在接触线上的激光亮斑图像，并将采集到的激光亮斑图像的图片实时通过以太网传输至车内的工控机。

工控机对激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理，将低于第一预设灰度值的点处理为0灰度值，将大于等于第二预设灰度值的点处理为255灰度值，其中第一预设灰度值和第二预设灰度值可以设置为相同的值，也可以设置为不同的值，例如将低于50灰度值的点处理为0灰度值，将大于等于50灰度值的点处理为255灰度值。

S200将激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点。

具体地，预设的亮斑匹配模板中包括若干个亮斑图像，且针对亮斑匹配模板会与像素点设置相应的匹配条件，在满足匹配条件后认为该像素点与亮斑匹配模板相匹配。例如将激光亮斑图像中灰度值为255的像素点作为第一像素点，以各个第一像素点为中心采集一定像素面积的区域，比较区域内亮斑形状与亮斑匹配模板中若干个亮斑图像是否存在相同的亮斑形状，若存在相同的亮斑形状，判断该第一像素点与亮斑匹配模板相匹配，以激光亮斑图像中任意位置为原点建立平面直角像素坐标系，判断与亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点。

S300根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法通过采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，根据预设的亮斑匹配模板和激光亮斑图像中像素点的灰度值、像素点的像素位置纵坐标，识别激光亮斑图像中亮斑中心点，并根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值，实现亮斑中心点的准确测量，进而提高接触线拉出值和导高值测算的精确性。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S200将激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点，具体包括：

S210在激光亮斑图像中灰度值为极大值的若干个第一像素点中，以像素位置纵坐标最小的第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状。

具体地，预设像素尺寸为用户根据历史数据中亮斑大小选取的像素尺寸，例如将灰度值为255的若干个第一像素点中纵坐标最小的第一像素点，以该第一像素点为中心采集像素尺寸为50*60的区域。

S220预设亮斑匹配模板。

具体地，亮斑匹配模板包括接触线在若干个预设位置时，激光发生器在接触线上形成的若干个第二亮斑的形状，在亮斑匹配模板建立过程中，可以在每个预设位置进行多次采样，选取出现频率最高的亮斑形状作为接触线在该位置的第二亮斑形状。

S230比对第一亮斑的形状和亮斑匹配模板，在第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状均不同时，将若干个第一像素点按像素位置纵坐标由小到大排序，以下一第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状。

具体地，将第一亮斑的形状和亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状进行对比，在第一亮斑的形状和第二亮斑的形状之间的相似度大于预设的相似度阈值时，判断第一亮斑的形状和第二亮斑的形状相同，在相似度小于相似度阈值时，判断第一亮斑的形状和第二亮斑的形状不同。

S240直至第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中任一第二亮斑的形状相同，判断当前第一像素点为亮斑中心点。

具体地，识别激光亮斑图像中灰度值为255的第一像素点分别为A(X₁、Y₁)、B(X₂、Y₂)、C(X₃、Y₃)，其中像素纵坐标Y₁＜Y₂＜Y₃，将第一像素点按像素位置纵坐标由小到大排序得到排序为A、B、C，先以第一像素点A为中心采集像素尺寸为50*60的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状，若以A为中心点采集到的当前亮斑区域中第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中任一第二亮斑的形状相同，判断A为亮斑中心点，不再对B、C执行测算。若以A为中心点采集到的当前亮斑区域中第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状均不同时，以B为中心采集像素尺寸为50*60的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状，依次递推。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法具体公开一种根据识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，进一步提高亮斑中心点的获取过程的准确性和精度，在第一次检测到亮斑中心点时，停止以后续第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状的操作，降低提高识别亮斑中心点的计算量，进而提高识别亮斑中心点的速度。

在一个实施方式中，如图3所示，步骤S100通过图像采集器采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，对激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理之后，还包括：

S400获取激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个第一像素区域的中心点为亮斑中心点。

S500根据亮斑中心点计算接触线的第二拉出值和第二导高值。

具体地，如图4所示，步骤S400包括以下步骤：

S410获取激光亮斑图像中若干个第一像素区域。

具体地，第一像素区域由连续的灰度值为极大值的若干个像素组成，且第一像素区域的面积在预设的面积阈值内，根据亮斑图像是由若干个连续像素组成的、像素尺寸大小基本不变的特点，由像素连续和预设的面积阈值为条件进行筛选第一像素区域的筛选。例如选取由连续灰度为255的像素点组成，且面积在[面积限值1，面积限值2]之间的亮斑区域作为第一像素区域。将小于面积限值1，或者大于面积限值2的由连续灰度为255的像素点组成的像素区域均视为干扰背景进行排除。

S420分别获取每个第一像素区域中像素位置横坐标最小的第二像素点、像素位置横坐标最大的第三像素点和像素位置纵坐标最小的第四像素点对应的像素坐标。

具体地，由于激光发生器在接触线上形成的激光亮斑为短圆弧形状，因此可以通过识别亮斑最左侧点、最右侧点以及最下侧点判断短圆弧亮斑的形状，将第一像素区域中像素位置横坐标最小的第二像素点作为亮斑最左侧点，像素位置横坐标最大的第三像素点作为亮斑最右侧点，像素位置纵坐标最小的第四像素点，例如第一像素区域包括S₁、S₂和S₃，第一像素区域S₁中第二像素点为a₁(x₁、y₁)，第三像素点为b₁(x₂、y₂)，第四像素点为c₁(x₃、y₃)，第二像素区域S₂中第二像素点为a₂(x₄、y₄)，第三像素点为b₂(x₅、y₅)，第四像素点为c₂(x₆、y₆)，第一像素区域S₃中第二像素点为a₃(x₇、y₇)，第三像素点为b₃(x₈、y₈)，第四像素点为c₃(x₉、y₉)。

S430计算各个第一像素区域中第二像素点和第四像素点之间连线的第一斜率和第一长度，以及第三像素点和第四像素点之间连线的第二斜率和第二长度。

具体地，计算第一像素区域S₁中第二像素点a₁(x₁、y₁)与第四像素点c₃(x₉、y₉)之间连线的第一斜率和第一长度，以及第三像素点为b₁(x₂、y₂)与第四像素点c₃(x₉、y₉)之间连线的第二斜率和第二长度，根据该计算方式分别计算第一像素区域S₂和S₃的第一斜率、第一长度、第二斜率和第二长度。

S440排除第一斜率、第二斜率、第一长度或第二长度不在预设的斜率阈值或长度阈值内的第一像素区域。

具体地，根据历史数据设置斜率阈值和长度阈值，当存在不在斜率阈值和长度阈值内的第一斜率、第二斜率、第一长度或第二长度时，排除其对应的第一像素区域。例如，若第一像素区域S₂中第二像素点为a₂(x₄、y₄)与第四像素点为c₂(x₆、y₆)之间连线的第一斜率不在预设的斜率阈值内时，排除第一像素区域S₂。

S450计算剩余的若干个第一像素区域的中心点为亮斑中心点。

具体地，在排除第一像素区域S₂后，计算剩余第一像素区域S₁和S₃的中心点，计算方法为计算第一像素区域S₁和S₃中第二像素点为a₂(x₄、y₄)，第三像素点为b₂(x₅、y₅)，第四像素点为c₂(x₆、y₆)，第二像素点为a₃(x₇、y₇)，第三像素点为b₃(x₈、y₈)，第四像素点为c₃(x₉、y₉)围成的区域的中心点为亮斑中心点，计算第二像素点为a₂(x₄、y₄)，第三像素点为b₂(x₅、y₅)，第四像素点为c₂(x₆、y₆)，第二像素点为a₃(x₇、y₇)，第三像素点为b₃(x₈、y₈)，第四像素点为c₃(x₉、y₉)中各个像素点横坐标的均值和纵坐标的均值分别作为亮斑中心点的横坐标和纵坐标。由于激光发生器在接触线上形成的激光亮斑为短圆弧形状，因此计算的亮斑中心点可能不在第一像素区域S₁和S₃内，亮斑中心点是否处于第一像素区内并不影响对接触线拉出导高值的测量。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法还公开一种根据预设的亮斑形状识别激光亮斑图像中亮斑中心点的方案，通过采集激光亮斑图像中弧形亮斑图像所在的第一像素区域，并根据第一像素区域特定边界点之间连线的斜率和长度对第一像素区域进行筛选后，识别剩余第一像素区域中心点为激光亮斑图像中亮斑中心点，进而提高接触线拉出值和导高值识别的准确性和精度。

在一个实施例中，步骤S100～S300和步骤S100～S500可以为计算接触线拉出导高值的两种技术方案，可以在执行步骤S300之后可以直接将第一拉出值和第一导高值作为接触线的拉出值和导高值，也可以在执行步骤S500之后可以直接将第二拉出值和第二导高值作为接触线的拉出值和导高值，同时步骤S200～S300、S400～S500也可以在同一方案中共同执行，将计算得到的第一导高值、第二导高值、第一拉出值和第二拉出值进行相互验证。

在一个实施例中，如图5所示，在步骤S300根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值之后，还包括步骤：

S400获取激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个第一像素区域的中心点为亮斑中心点。

S500根据亮斑中心点计算接触线的第二拉出值和第二导高值。

S610根据第二拉出值和第二导高值校验第一拉出值和第一导高值。

S620在第一拉出值和第二拉出值相同，以及第一导高值和第二导高值相同时，以第一拉出值或第二拉出值作为接触线的拉出值，以第一导高值或第二导高值作为接触线的导出值。

S630在第一拉出值和第二拉出值不同，或第一导高值和第二导高值不同时，重新计算第一拉出值、第一导高值、第二拉出值和第二导高值。

具体地，步骤S200～S300和步骤S400～S500之间顺序可以先后调换，并不影响校验结果。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法通过将第一拉出值和第二拉出值对比，以及将第一导高值和第二导高值对比，采用不同计算方法进行接触线拉出值和导高值计算结果的验证，进一步提高接触线拉出值和导高值测算的准确性。

在一个实施例中，如图6所示，步骤S300根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值，具体包括：

S310通过图像采集器采集预设的棋盘格标定板的图像，根据棋盘格标定板角点的像素坐标和实际坐标，标定图像采集器的外参矩阵。

具体地，对采集到的图像中的棋盘格标定板的角点进行检测，得到棋盘格标定板角点的像素坐标，根据已知的棋盘格标定板的大小和世界坐标系原点，计算得到棋盘格标定板的角点的实际坐标，根据物理坐标值和像素坐标值的关系求出对应的矩阵关系。

S320在图像采集器的采集区域内安装检测接触线，并获取检测接触线的像素坐标和实际坐标。

具体地，外接固定标定架，并在标定架上不同位置固定安装短接触线作为检测接触线，固定的短接触线实际坐标确定，将标定架放置在特定位置，使图像采集器可以采集到该标定架上的短接触线的在激光发生器照射下得到的亮斑图片。

S330根据检测接触线的像素坐标和实际坐标计算像素坐标与实际坐标的对应关系矩阵。

具体地，根据图像采集器的外参矩阵将已知的短接触线的不同实际坐标值所对应的像素值带入该外参矩阵，结合最小二乘法拟合得到以短接触线为参照物的实际坐标和像素坐标的关系矩阵。

S340基于对应关系矩阵和亮斑中心点的像素坐标，计算亮斑中心点的实际坐标，并根据亮斑中心点的实际坐标计算第一拉出值和第一导高值。

具体地，步骤S310～S340同样适用于步骤S500中计算第二拉出值和第二导高值。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法进一步公开了一种获取接触线的像素坐标和实际坐标的对应关系矩阵的方法，并根据对应关系矩阵和亮斑中心点的像素坐标计算第一拉出值和第一导高值，进一步提高接触线拉出值和导高值的准确性。

在一个实施例中，如图7所示，步骤S300根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值之后，还包括：

S710将实时测量的第一拉出值和第一导高值上传至云端数据库。

S720实时检测第一拉出值和第一导高值是否处于预设的拉出值安全阈值和导高值安全阈值内。

S730在第一拉出值未处于拉出值安全阈值，或第一导高值未处于导高值安全阈值内时，判断第一拉出值或第一导高值异常并进行报警。

具体地，在执行步骤S400～S500之后，还可以将实时测量的第二拉出值和第二导高值同样上传至云端数据库，实时检测第二拉出值和第二导高值是否处于预设的拉出值安全阈值和导高值安全阈值内，在第二拉出值未处于拉出值安全阈值，或第二导高值未处于导高值安全阈值内时，判断第二拉出值或第二导高值异常并进行报警。

由于城市轨道运行中的接触线分布是固定在一个区间范围内的，当接触线不在该范围内可能会引起受电弓的损坏、列车取点故障，从而影响该条线路的正常运行，严重时会危害到人身安全以及危害列车受损造成不必要的财产损失。所以当实时测得的接触线拉出值和导高值都会由工控机模块对其进行判断是否在安全阈值内，当检测到接触线不在安全阈值内时会发出报警，发出报警后再由路线检修人员进行接触线检查检修恢复至安全阈值内。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法将实时测算的第一拉出值和第一导高值上传至云端数据库，在第一拉出值和第一导高值异常时报警，便于用户随时查看接触线拉出导高值的数据，并便于用户根据报警信息及时针对出现异常的接触线进行处理。

在一个实施例中，如图8所示，步骤S200将激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点，具体还包括：

S210在激光亮斑图像中灰度值为极大值的若干个第一像素点中，以像素位置纵坐标最小的第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状。

具体地，预设像素尺寸为用户根据历史数据中亮斑大小选取的像素尺寸，例如将灰度值为255的若干个第一像素点中纵坐标最小的第一像素点，以该第一像素点为中心采集像素尺寸为50*60的区域。

S220预设亮斑匹配模板。

具体地，亮斑匹配模板包括接触线在若干个预设位置时，激光发生器在接触线上形成的若干个第二亮斑的形状，在亮斑匹配模板建立过程中，可以在每个预设位置进行多次采样，选取出现频率最高的亮斑形状作为接触线在该位置的第二亮斑形状。

S230比对第一亮斑的形状和亮斑匹配模板，在第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状均不同时，将若干个第一像素点按像素位置纵坐标由小到大排序，以下一第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前亮斑区域中第一亮斑的形状。

具体地，将第一亮斑的形状和亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状进行对比，在第一亮斑的形状和第二亮斑的形状之间的相似度大于预设的相似度阈值时，判断第一亮斑的形状和第二亮斑的形状相同，在相似度小于相似度阈值时，判断第一亮斑的形状和第二亮斑的形状不同。

S250在以各个第一像素点为中心采集的亮斑区域中，各个第一亮斑的形状均与亮斑匹配模板不匹配时，判断第一拉出值或第一导高值异常并进行报警。

具体地，识别激光亮斑图像中灰度值为255的第一像素点分别为A(X₁、Y₁)、B(X₂、Y₂)、C(X₃、Y₃)，其中以第一像素点A、B、C为中心采集像素尺寸为50*60的三个亮斑区域中，采集到的第一亮斑的形状与亮斑匹配模板中任一第二亮斑的形状均不同，判断此时在以各个第一像素点为中心采集的亮斑区域中，各个第一亮斑的形状均与亮斑匹配模板不匹配，向工控机发送报警提示信息，并重复进行步骤S200一次，重新查找亮斑中心点避免此前计算过程存在失误，若再次重复步骤S200后，在以各个第一像素点为中心采集的亮斑区域中，各个第一亮斑的形状均与亮斑匹配模板不匹配时，停止该张激光亮斑图像中亮斑中心点的识别，并将该张激光亮斑图像标记后上传至云端服务器，提醒用户该处接触线出现异常。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测方法进一步提供一种在各个第一亮斑的形状均与亮斑匹配模板不匹配时判断接触线拉出导高值异常的方案，便于用户及时根据异常数据对接触线进行处理。

在一个实施例中，如图9所示，本发明还提供一种接触线拉出导高值检测系统，包括激光发生器10、图像采集器20和工控机30。

其中，激光发生器10用于在接触线上形成的激光亮斑。

图像采集器20用于采集激光亮斑的激光亮斑图像。

工控机30与图像采集器20连接，用于接收图像采集器20采集的激光亮斑图像，对激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理，将激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点，并根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值。

具体地，图像采集器20通常采用高速面阵相机并搭配带有滤光片的相机镜头，激光发生器10可以采用功率808nm线激光发生器，激光发生器10垂直于接触线安装于车顶，使激光照射在接触线上呈现一个亮斑，高速面阵相机采集线激光照射在接触线上的激光亮斑图像，并将采集到的激光亮斑图像的图片实时通过以太网传输至车内的工控机30。工控机30对激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理，将低于第一预设灰度值的点处理为0灰度值，将大于等于第二预设灰度值的点处理为255灰度值，其中第一预设灰度值和第二预设灰度值可以设置为相同的值，也可以设置为不同的值，例如将低于50灰度值的点处理为0灰度值，将大于等于50灰度值的点处理为255灰度值。

预设的亮斑匹配模板中包括若干个亮斑图像，且针对亮斑匹配模板会与像素点设置相应的匹配条件，在满足匹配条件后认为该像素点与亮斑匹配模板相匹配。例如将激光亮斑图像中灰度值为255的像素点作为第一像素点，以各个第一像素点为中心采集一定像素面积的区域，比较区域内亮斑形状与亮斑匹配模板中若干个亮斑图像是否存在相同的亮斑形状，若存在相同的亮斑形状，判断该第一像素点与亮斑匹配模板相匹配，以激光亮斑图像中任意位置为原点建立平面直角像素坐标系，判断与亮斑匹配模板相匹配的若干个第一像素点中，像素位置纵坐标最小的第一像素点为亮斑中心点。

其中工控机30还提供以太网线与路由器连接，通过路由器的天线将工控机内的数据传输至云端服务器。

本实施例提供的接触线拉出导高值检测系统通过采集激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，根据预设的亮斑匹配模板和激光亮斑图像中像素点的灰度值、像素点的像素位置纵坐标，识别激光亮斑图像中亮斑中心点，并根据亮斑中心点计算接触线的第一拉出值和第一导高值，实现亮斑中心点的准确测量，进而提高接触线拉出值和导高值测算的精确性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的一种接触线拉出导高值检测方法和系统，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的一种接触线拉出导高值检测方法和系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的通讯连接或集成电路，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种接触线拉出导高值检测方法，包括激光发生器和图像采集器，其特征在于，包括步骤：

通过所述图像采集器采集所述激光发生器在接触线上形成的激光亮斑图像，对所述激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理；

将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点；

根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值。

2.根据权利要求1所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点中，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点，具体包括：

在所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的若干个所述第一像素点中，以像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中第一亮斑的形状；

比对所述第一亮斑的形状和所述亮斑匹配模板，在所述第一亮斑的形状与所述亮斑匹配模板中若干个第二亮斑的形状均不同时，将若干个所述第一像素点按像素位置纵坐标由小到大排序，以下一所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中所述第一亮斑的形状；

直至所述第一亮斑的形状与所述亮斑匹配模板中任一所述第二亮斑的形状相同，判断当前所述第一像素点为所述亮斑中心点。

3.根据权利要求1所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值之后，还包括：

获取所述激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个所述第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点；

根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第二拉出值和第二导高值。

4.根据权利要求3所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的获取所述激光亮斑图像中存在亮斑图像的若干个第一像素区域，并根据预设的亮斑形状对若干个所述第一像素区域进行筛选，计算筛选后若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点，具体包括：

获取所述激光亮斑图像中若干个所述第一像素区域，所述第一像素区域由连续的灰度值为极大值的若干个像素组成，且所述第一像素区域的面积在预设的面积阈值内；

分别获取每个所述第一像素区域中像素位置横坐标最小的第二像素点、像素位置横坐标最大的第三像素点和像素位置纵坐标最小的第四像素点对应的像素坐标；

计算各个所述第一像素区域中所述第二像素点和所述第四像素点之间连线的第一斜率和第一长度，以及所述第三像素点和所述第四像素点之间连线的第二斜率和第二长度；

排除所述第一斜率、所述第二斜率、所述第一长度或第二长度不在预设的斜率阈值或长度阈值内的所述第一像素区域；

计算剩余的若干个所述第一像素区域的中心点为所述亮斑中心点。

5.根据权利要求3所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第二拉出值和第二导高值之后，还包括：

根据所述第二拉出值和所述第二导高值校验所述第一拉出值和所述第一导高值；

在所述第一拉出值和所述第二拉出值相同，以及所述第一导高值和所述第二导高值相同时，以所述第一拉出值或所述第二拉出值作为所述接触线的拉出值，以所述第一导高值或所述第二导高值作为所述接触线的导出值；

在所述第一拉出值和所述第二拉出值不同，或所述第一导高值和所述第二导高值不同时，重新计算所述第一拉出值、所述第一导高值、所述第二拉出值和所述第二导高值。

6.根据权利要求2所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的比对所述第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板之前，还包括：

预设所述亮斑匹配模板，所述亮斑匹配模板包括所述接触线在若干个预设位置时，所述激光发生器在所述接触线上形成的若干个所述第二亮斑的形状；

所述的比对所述第一亮斑的形状和预设的亮斑匹配模板，具体包括：

将所述第一亮斑的形状和所述亮斑匹配模板中若干个所述第二亮斑的形状进行对比，在所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状之间的相似度大于预设的相似度阈值时，判断所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状相同，在所述相似度小于所述相似度阈值时，判断所述第一亮斑的形状和所述第二亮斑的形状不同。

7.根据权利要求1所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值，具体包括：

通过所述图像采集器采集预设的棋盘格标定板的图像，根据所述棋盘格标定板角点的像素坐标和实际坐标，标定所述图像采集器的外参矩阵；

在所述图像采集器的采集区域内安装检测接触线，并获取所述检测接触线的像素坐标和实际坐标；

根据所述检测接触线的像素坐标和实际坐标计算像素坐标与实际坐标的对应关系矩阵；

基于所述对应关系矩阵和所述亮斑中心点的像素坐标，计算所述亮斑中心点的实际坐标，并根据所述亮斑中心点的实际坐标计算所述第一拉出值和所述第一导高值。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值之后，还包括：

将实时测量的所述第一拉出值和所述第一导高值上传至云端数据库；

实时检测所述第一拉出值和所述第一导高值是否处于预设的拉出值安全阈值和导高值安全阈值内；

在所述第一拉出值未处于所述拉出值安全阈值，或所述第一导高值未处于所述导高值安全阈值内时，判断所述第一拉出值或所述第一导高值异常并进行报警。

9.根据权利要求2所述的一种接触线拉出导高值检测方法，其特征在于，所述的以下一所述第一像素点为中心采集预设像素尺寸的亮斑区域，识别当前所述亮斑区域中所述第一亮斑的形状之后，还包括：

在以各个所述第一像素点为中心采集的所述亮斑区域中，各个所述第一亮斑的形状均与所述亮斑匹配模板不匹配时，判断所述第一拉出值或所述第一导高值异常并进行报警。

10.一种接触线拉出导高值检测系统，包括：

激光发生器，用于在接触线上形成的激光亮斑；

图像采集器，用于采集所述激光亮斑的激光亮斑图像；

工控机，与所述图像采集器连接，用于接收所述图像采集器采集的所述激光亮斑图像，对所述激光亮斑图像中各像素点的灰度进行二值化处理，将所述激光亮斑图像中灰度值为极大值的像素点作为第一像素点，识别与预设的亮斑匹配模板相匹配的若干个所述第一像素点中，像素位置纵坐标最小的所述第一像素点为亮斑中心点，并根据所述亮斑中心点计算所述接触线的第一拉出值和第一导高值。

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