[发明专利]一种钢轨表面缺陷视觉检测装置及识别方法

权利要求书

1.一种钢轨表面缺陷视觉检测装置，其特征在于，包括：

支架，所述支架上设有滚珠丝杠和位于滚珠丝杠端部的编码器，所述编码器可随滚珠丝杠的转动而转动；

成像系统，包括连接件以及置于所述连接件上的相机和光源，所述光源位于相机的两侧，所述成像系统通过连接件与滚珠丝杠连接，并可随滚珠丝杠的转动而水平滑动以用于采集钢轨表面的图片；

上位机，接收编码器产生的脉冲用于触发相机进行图片采集，以及接收和处理相机所采集的钢轨图片；

电机和电机驱动控制器，用于驱动滚珠丝杠转动；

光源控制器，用于控制光源的开启和关闭以及调节光源的亮度；

所述钢轨表面缺陷视觉检测装置的检测识别方法包括以下：

S1、通过电机驱动滚珠丝杠转动，从而带动相机在钢轨上方水平运动，并采集钢轨表面的图片，以获取钢轨表面图像f(x,y)；

S2、对所述步骤S1获取的钢轨表面图像f(x,y)进行中值滤波，然后利用垂直投影法获取钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)；

S3、对所述步骤S2获取的钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)进行小波分解，得到小波分解低频部分及小波分解高频部分；所述步骤S3的具体实现方法为：

S31、设置小波分解的低通滤波器和高通滤波器；

S32、选取钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)中的其中一个行序列G₁(i,Y),i＝1,2,...,row与所述步骤S31中的低通滤波器做卷积，得到新行序列G₂(i,Y)，其中，row表示钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)的行数，并对新行序列G₂(i,Y)进行下抽样，得到对应行序列的平均部分小波分解系数,同时将行序列G₁(i,Y)与所述步骤S31中的高通滤波器做卷积，得到新行序列G₃(i,Y)，并对新行序列G₃(i,Y)进行下抽样，得到对应行序列的细节部分小波分解系数；

S33、选取钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)中的其他所有行序列，并重复所述步骤S32，得到对应其他每一个行序列的平均部分小波分解系数和细节部分小波分解系数；

S34、将所述步骤S32和所述步骤S33得到的对应每一个行序列的平均部分小波分解系数和细节部分小波分解系数分别赋值给图像矩阵G(X,Y)对应的行序列中并进行合并，从而可得一个新的图像矩阵G′(X,Y)＝(L′,H′)，其中L′＝G(i₁,Y)，i₁＝1,2,...,row/2，H′＝G(i₂,Y)，i₂＝(row/2)+1,...,row；

S35、选取新的图像矩阵G′(X,Y)中的其中一个列序列G₄(X,j),j＝1,2,...,col与所述步骤S31中的低通滤波器做卷积，得到新列序列G₅(X,j)，其中，col表示钢轨表面感兴趣区域图像矩阵G(X,Y)中的列数，并对新列序列G₅(X,j)进行下抽样，得到对应列序列的平均部分小波分解系数,同时将列序列G₄(X,j)与所述步骤S31中的高通滤波器做卷积，得到新列序列G₆(X,j)，并对新列序列G₆(X,j)进行下抽样，得到对应列序列的细节部分小波分解系数；

S36、选取新的图像矩阵G′(X,Y)中的其他所有列序列，并重复所述步骤S35，得到对应其他每一个列序列的平均部分小波分解系数和细节部分小波分解系数；

S37、将所述步骤S35和所述步骤S36中得到的对应每一个列序列的平均部分小波分解系数和细节部分小波分解系数分别赋值给新的图像矩阵G′(X,Y)对应的列序列中并进行合并，从而获得另一个新的图像矩阵即可得到小波分解低频部分LL及小波分解高频部分HL、LH和HH，其中，LL＝g₁(i₁,j₁)，HL＝g₂(i₂,j₁)，LH＝g₃(i₁,j₂)，HH＝g₄(i₂,j₂)，j₁＝1,2,...,col/2，j₂＝(col/2)+1,...,col；

S4、对所述步骤S3中的小波分解高频部分进行反向P-M扩散，并将所述步骤S3中的小波分解低频部分和经过反向P-M扩散的小波分解高频部分进行结合，获得反向P-M扩散后的钢轨表面图像矩阵F(X,Y)；

S5、对所述步骤S4中反向P-M扩散后的图像矩阵F(X,Y)进行小波重构，得到小波重构后的图像矩阵h(X,Y)；

S6、通过自适应阈值的Sobel算子对所述步骤S5中小波重构的图像矩阵h(X,Y)进行边缘检测，得到边缘检测后的图像矩阵h′(X,Y)，然后对得到的边缘检测后的图像矩阵h′(X,Y)进行滤波，完成钢轨表面缺陷视觉检测识别。