[发明专利]基于结构光的轨道交通异物侵入检测方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于结构光的轨道交通异物侵入检测方法及其系统，包括：以钢轨轨顶平面为Z＝0建立世界坐标系XYZ；使用激光开关状态下的图像差分获取图像中结构光投影，使用直线检测获取图像中钢轨直线；将结构光投影与钢轨直线交点的像素坐标代入相机标定方程，联立Z＝0解出2交点世界坐标；由2交点与预先测量的激光光源位置3点标定光平面(激光飞行所经过的平面)；检测系统定时对比无异物的先验图像，检测出异物后，异物与结构光投影重合部分为检测对象，该重合部分处于光平面中。联立相机标定方程与光平面方程计算重合部分端点的世界坐标，得到异物的尺寸信息。本发明能够获得激光投影上任意点的世界坐标，从而检测异物三维信息。

技术领域

本发明涉及检测检验领域，具体公开了一种基于结构光的轨道交通异物侵入检测方法及其系统。

背景技术

铁路上时常发生货物、落石等异物入侵铁路线路的事件，甚至有人为在轨道上放置异物，严重威胁行车安全。由于异物入侵铁路线路引起的列车晚点、滞留甚至脱轨倾覆事故多次发生，极大的影响了铁路的正常运营秩序，造成旅客生命财产的巨大损失。及时准确地发现入侵铁路线路的异物能够在很大程度上减少此类事故的发生。目前在已开通的线路上普遍采用单电网检测、光纤光栅检测等技术进行物入侵检测。此类技术由于检测目的不同，无法检测飞溅落入、车上掉落或人为放置的异物，也无法对入侵异物的三维尺寸进行测量。

随着机器视觉技术的发展，该技术越来越广泛的应用于铁路安全检测。基于机器视觉的检测技术可以更加准确的检测异物有无并对异物尺寸进行测量，与其他检测技术功能互补，形成更加全面可靠的铁路安全防护系统。目前，多个铁路行业研究所和高校都在进行大量基于机器视觉检测异物入侵铁路线路技术的研究，这些技术大体可以分为车载型和沿线路安装型两种。在车载型方面，Khien Meow David Chew研究了轨道扫描异物识别系统，安装在列车上的检测相机能够根据前方轨道的走向调整自身扫描方式，根据扫描方式和轨道信息判断异物有无及其位置。同磊提出了一种基于移动车载摄像机检测轨间异物的方法：首先，通过钢轨识别算法自动定位钢轨位置，然后使用基于边缘检测的异物检测算法自动检测轨间可疑异物，提取可疑异物的尺度信息和颜色索引参数等相关特征，最后，用支持向量机(SVM)对可疑异物区域进行分类和辨识。在沿线路安装型方面，何茜研究了基于双目立体视觉的异物侵限检测系统，对于异物的侵限识别采用了二维图像识别和三维立体视觉识别相结合的方法。习可研究了针对累积性物体和运动目标的铁路入侵检测算法，使用单相机拍摄图像，采用基于方向场特征模板匹配的方法对线路进行有效监测。王前选提出并实现了一种基于机器视觉理论和仿射几何原理的异物入侵轨道交通线路检测技术，利用图像中线激光投影在异物和钢轨上的畸变量比例得到异物高度与钢轨高度的比例来计算异物尺寸。基于机器视觉的铁路异物入侵检测技术仍处于发展阶段，现有的各种检测技术拥有各自的优势和不足。使用车载型技术进行全线路检测，所需设备数量少，成本低，设备可随车维护，但是目前的相机、摄像机等设备能够有效检测的距离有限，当列车高速运行时，即使设备检测出威胁列车运行安全的异物，驾驶员也没有足够的时间采取紧急措施回避危险，在目前的技术条件下，车载型异物检测技术实用意义有限，只能适用于速度较低的工程车或者观光列车。

发明内容

本发明目的在提供一种基于结构光的轨道交通异物侵入检测方法及其系统，以解决现有技术中存在的铁路异物侵入检测效率低的技术缺陷。