[发明专利]一种车载高速动态轨道表面缺陷视频检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道表面缺陷检测方法及装置，尤其是涉及一种车载高速动态轨道表面缺陷视频检测方法及装置。

背景技术

在轨道交通中轨道表面缺陷，如扣件断裂缺损、轨道表面擦伤、掉块、裂纹等会对轮对、轴承等造成很大损害，车轮在表面有缺陷的轨道上运动，不仅会缩短列车各部件的使用寿命，而且是造成车辆颠覆、燃轴、切轴的重要原因，因此定期对轨道状态进行检测显得尤为重要。在我国，目前普通铁路检测还是以人工巡查为主，但是随着电气化铁路的快速发展，列车提速和重载，很多地方铁路周边环境恶劣、仍旧采用人工方式就显得力不从心，迫切需要开发高效、可靠的自动检测系统来满足铁路运行安全检测的需求。铁路技术先进的国家(日、美、德、法、奥等)都开发有自己的综合轨道检测车，这些检测车上安装有各种检测传感器，以计算机为数据处理主体，采用各种模拟、数字处理技术，实现对轨道几何参数、表面缺陷的检测；而我国目前还没有自己的轨检车，现有的准高速轨检车也主要靠引进国外技术，进行集成制造，因此开展对轨检技术基础理论的深入研究，提升我国自主研发能力具有重要的现实意义。

在轨检技术方面，现有的轨检车集成有各种高精度检测传感器，如：各种惯性传感器(陀螺仪，加速度计、倾角计等)、激光图像传感器、超声波探伤设备等。其中，实现各种检测任务的还是以各种机械传感器为主，探伤主要为超声波检测技术，而基于图像传感器的检测仅起到一个辅助作用。随着计算机技术，计算机图形、图像处理技术、模式识别技术的不断发展，以视频检测为主进行轨道检测成为可能，国内外很多研究机构在进行相关方面的研究。

基于视频的轨道检测面临的主要问题是：如何在高速运动的同时对轨道进行高分辨率的图像获取，只有高分辨率的图像采集才能保证检测精度。例如，如果进行轨道裂纹检测，其检测精度至少要保证小于0.1mm，而目前最快的线扫描相机(行扫描频率110KHZ)在80千米/小时的速度下，其空间分辨率为0.2mm，根据采样定理，能够分辨的景物为0.4mm，而这还是在保证其他成像因素完全理想的情况下的成像。因此如何在现有图像传感器技术限制的条件下进一步通过图像处理技术提高分辨率是需要解决的关键所在。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种检测速度快、检测精度高、易于实现实时检测的车载高速动态轨道表面缺陷视频检测方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车载高速动态轨道表面缺陷视频检测方法，包括如下步骤：

1)根据检测要求确定TDI线扫描相机运行参数；

2)列车速度检测设备实时检测列车运行的速度和加速度并传输给TDI线扫描相机，保证TDI线扫描相机成像的同步；

3)TDI线扫描相机进行图像标定，根据投影理论确定世界坐标系中像点与物点之间的对应关系；

4)TDI线扫描相机实时采集图像并传输给工控机，工控机对两个TDI线扫描相机所获得的图像进行图像配准，获得图像配准后的图像，并确定图像间的亚像元位移；

5)对配准后的、空间错开一定亚像元位移的图像进行图像插值计算，从而获得插值点的像素值，并最终获得空间分辨率得到提高的轨道表面图像；

6)对图像进行分割裁减，并对图像进行图像增强、边缘提取，获得轨道表面缺陷的图像信息；

7)对轨道表面缺陷进行分类识别；

8)工控机给出轨道表面缺陷的警示，并结合列车行驶里程和GPS定位信息给出故障点的位置信息；

9)记录检测结果数据，形成统计分析报表并输出给显示器。

所述的TDI线扫描相机运行参数包括相机扫描行频、相机的安装固定方法及相机间空间参数关系。

图像标定后像点与物点之间的对应关系为：

U_ph＝TU

式中，U_ph＝(kx_p，ky_p，kz_p，k)^T为像面坐标系0-x_py_pz_p中像点的齐次坐标向量，T为变换阵：

T＝P×R×T₁

式中：T₁为将相机的万向节点G移到世界参考坐标系0-xyz中的线性变换阵，P为像点到物点的投影变换矩阵，R使相面对准世界参考帧的线性变换阵：

R＝R_PR_TR_S