基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置及方法，涉及采用光學(xué)方法測(cè)量位移的裝置和方法【技術(shù)領(lǐng)域】。所述檢測(cè)裝置包括激光發(fā)射器、圖像采集器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述激光發(fā)射器用于向火車輪發(fā)射激光，在火車輪上形成亮斑，圖像采集器用于采集照射有亮斑的火車輪以及鐵軌的圖像信息，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)圖像采集器采集到的圖像信息進(jìn)行處理，得出火車輪與鐵軌的垂直位移和橫向位移。所述裝置和方法利用圖像處理技術(shù)分析輪軌位移，可以直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，計(jì)算準(zhǔn)確。
【專利說明】基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采用光學(xué)方法測(cè)量位移的裝置和方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]安全問題是鐵路交通運(yùn)輸?shù)挠篮阒黝}，高速和重載鐵路的飛速發(fā)展對(duì)列車運(yùn)行安全提出了新的挑戰(zhàn)。相對(duì)于以前的機(jī)車，高速和重載列車一旦脫軌將引起更大危害，尤其是高速列車脫軌可能造成毀滅性的災(zāi)難。由于輪軌接觸的復(fù)雜性，常規(guī)的力學(xué)分析手段并不能準(zhǔn)確的分析輪軌接觸狀態(tài)。輪軌之間的相對(duì)位置是輪軌接觸狀態(tài)的最直接的反應(yīng)，利用目前廣泛使用的圖像檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪軌相對(duì)位置的監(jiān)測(cè)對(duì)于檢測(cè)列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性都具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置及方法，所述裝置和方法利用圖像處理技術(shù)分析輪軌位移，可以直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，計(jì)算準(zhǔn)確。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，其特征在于:所述檢測(cè)裝置包括激光發(fā)射器、圖像采集器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述激光發(fā)射器、圖像采集器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)固定于鐵軌一側(cè)的大地上，所述激光發(fā)射器用于向火車輪發(fā)射激光，在火車輪上形成亮斑，圖像采集器用于采集照射有亮斑的火車輪以及鐵軌的圖像信息，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)圖像采集器采集到的圖像信息進(jìn)行處理，得出火車輪與鐵軌的垂直位移和橫向位移。
[0005]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述激光發(fā)射器通過支架固定在鐵軌一側(cè)的大地上，激光發(fā)射器的激光發(fā)射線與鐵軌平面的夾角為45°。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述圖像采集器與鐵軌平面平行。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述圖像采集器使用CXD攝像機(jī)。
[0008]本發(fā)明還公開了一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟:
O由激光發(fā)射器發(fā)射激光投射到經(jīng)過的火車輪上，在火車輪上形成亮斑；
2)通過圖像采集器獲取包含激光亮斑的火車輪與軌道的圖像信息；
3)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集圖像采集器獲取的圖像信息并進(jìn)行分析處理，得到火車輪與軌道的垂直位移和橫向位移。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述步驟3)中火車輪與軌道的垂直位移獲取方法如下:
1)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行灰度處理，然后通過中值濾波方法對(duì)圖像進(jìn)行處理；
2)通過canny邊緣檢測(cè)器提取出圖像中的邊緣信息； 3)通過Hough變換圓檢測(cè)算法，從步驟2)提取的邊緣信息中計(jì)算出火車輪圓心的坐標(biāo)；
4)將計(jì)算得出的火車輪圓心縱坐標(biāo)與輪軌正常接觸時(shí)的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)比較，得到輪軌的垂直方向的位移。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述步驟3)中火車輪與軌道的橫向位移獲取方法如下:
I)根據(jù)激光亮斑的RGB特性對(duì)圖像矩陣進(jìn)行閾值分割，得到圖像空間中亮斑的坐標(biāo)，
2 ) 將得到 的坐 標(biāo)代入公 式
i1 = Y: tmi Y, 求出輪軌的橫向位移，式中的1表示得到的亮斑坐標(biāo)的縱坐標(biāo)，Y0
表示輪軌正常接觸時(shí)亮斑的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)，沒是激光發(fā)射器與鐵軌平面的夾角。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述夾角沒為45度。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述裝置和方法利用圖像處理技術(shù)分析輪軌位移，可以直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，計(jì)算準(zhǔn)確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014]圖1是本發(fā)明所述裝置的原理框圖；
圖2是本發(fā)明所述方法中對(duì)圖像進(jìn)行處理的流程圖；
其中:1、激光發(fā)射器2、圖像采集器3、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)4、鐵軌5、火車輪6、支架。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置包括激光發(fā)射器1、圖像采集器2以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3，所述激光發(fā)射器1、圖像采集器2以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3位于鐵軌4的一側(cè)。激光發(fā)射器采用半導(dǎo)體激光發(fā)射器，圖像采集器采用高速ccd攝像機(jī)?？紤]到后面計(jì)算的準(zhǔn)確性，在安置設(shè)備時(shí)，需要用支架將激光發(fā)射器的激光發(fā)射線與鐵軌平面的夾角固定在45度，攝像機(jī)與鐵軌平面平行。
[0018]所述激光發(fā)射器I用于向火車輪5發(fā)射激光，在火車輪5上形成亮斑，圖像采集器2用于采集照射有亮斑的火車輪5以及鐵軌4的圖像信息，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3用于對(duì)圖像采集器2采集到的圖像信息進(jìn)行處理，得出火車輪5與鐵軌4的垂直位移和橫向位移。
[0019]本發(fā)明還公開了一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟:首先，由激光發(fā)射器I發(fā)射激光投射到經(jīng)過的火車輪上，在火車輪上形成亮斑；然后，通過圖像采集器2獲取包含激光亮斑的輪軌圖像；最后，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3采集圖像采集器2獲取的圖像并進(jìn)行分析，得到輪軌的位移關(guān)系。
[0020]圖2是對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理的流程圖，由圖像采集器獲取的圖像會(huì)賦予到兩個(gè)矩陣中，分別進(jìn)行輪軌垂直位移和輪軌橫向位移的計(jì)算。
[0021]輪軌橫向位移的計(jì)算是根據(jù)激光亮斑的RGB特性對(duì)圖像矩陣進(jìn)行閾值分割，得到圖像空間中亮斑的坐標(biāo)，然后將得到的坐標(biāo)代入公式d-F tan#-K Ian,求出輪軌的橫向位移，式中的Y1表示得到的亮斑坐標(biāo)的縱坐標(biāo)，Y0表示輪軌正常接觸時(shí)亮斑的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)，沒是激光發(fā)射器與鐵軌平面的夾角為45度。
[0022]輪軌垂直方向上位移的檢測(cè)需要經(jīng)過以下步驟:
I)對(duì)圖像進(jìn)行灰度化，然后通過中值濾波對(duì)圖像進(jìn)行處理。
[0023]2)通過canny邊緣檢測(cè)器提取出圖像中的邊緣信息。
[0024]3)通過Hough變換圓檢測(cè)算法，從步驟2)提取的邊緣信息中計(jì)算出車輪圓心的坐標(biāo)。
[0025]4)由車輪圓心縱坐標(biāo)通過與輪軌正常接觸時(shí)的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)比較，得到輪軌的垂直方向的位移。
[0026]所述裝置和方法利用圖像處理技術(shù)分析輪軌位移，可以直觀的反映出輪軌的接觸關(guān)系，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，計(jì)算準(zhǔn)確。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，其特征在于:所述檢測(cè)裝置包括激光發(fā)射器(I)、圖像采集器(2)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)，所述激光發(fā)射器(I)、圖像采集器(2)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)固定于鐵軌(4) 一側(cè)的大地上，所述激光發(fā)射器(I)用于向火車輪(5)發(fā)射激光，在火車輪(5 )上形成亮斑，圖像采集器(2 )用于采集照射有亮斑的火車輪(5 )以及鐵軌(4)的圖像信息，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)用于對(duì)圖像采集器(2)采集到的圖像信息進(jìn)行處理，得出火車輪(5)與鐵軌(4)的垂直位移和橫向位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，其特征在于:所述激光發(fā)射器(I)通過支架(6)固定在鐵軌(4) 一側(cè)的大地上，激光發(fā)射器(I)的激光發(fā)射線與鐵軌平面的夾角為45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，其特征在于:所述圖像采集器(2)與鐵軌平面平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)裝置，其特征在于:所述圖像采集器(2 )使用CCD攝像機(jī)。
5.一種基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: 1)由激光發(fā)射器(I)發(fā)射激光投射到經(jīng)過的火車輪(5)上，在火車輪(5)上形成亮斑； 2)通過圖像采集器(2)獲取包含激光亮斑的火車輪(5)與軌道(4)的圖像信息； 3)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)采集圖像采集器(2)獲取的圖像信息并進(jìn)行分析處理，得到火車輪(5)與軌道(4)的垂直位移和橫向位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟(3)中火車輪(5)與軌道(4)的垂直位移獲取方法如下: 1)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行灰度處理，然后通過中值濾波方法對(duì)圖像進(jìn)行處理； 2)通過canny邊緣檢測(cè)器提取出圖像中的邊緣信息； 3)通過Hough變換圓檢測(cè)算法，從步驟(2)提取的邊緣信息中計(jì)算出火車輪圓心的坐標(biāo)； 4)將計(jì)算得出的火車輪(5)圓心縱坐標(biāo)與輪軌正常接觸時(shí)的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)比較，得到輪軌的垂直方向的位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟(3)中火車輪(5)與軌道(4)的橫向位移獲取方法如下: I)根據(jù)激光亮斑的RGB特性對(duì)圖像矩陣進(jìn)行閾值分割，得到圖像空間中亮斑的坐標(biāo)， 2 ) 將得 到 的 坐 標(biāo)代入 公 式Cl' = F tanΘ- Γ.tan沒，求出輪軌的橫向位移，式中的Y1表示得到的亮斑坐標(biāo)的縱坐標(biāo)，Y0表示輪軌正常接觸時(shí)亮斑的基準(zhǔn)縱坐標(biāo)，沒是激光發(fā)射器與鐵軌平面的夾角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于圖像處理的輪軌位移檢測(cè)方法，其特征在于:所述夾角￡?為45度。
【文檔編號(hào)】B61L1/20GK104192168SQ201410416594
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】馬增強(qiáng), 楊紹普, 宋穎, 齊利敏, 張婷, 陳保平, 燕延, 王志臣 申請(qǐng)人:石家莊鐵道大學(xué)