[发明专利]一种基于单目视觉测量技术的铁路钢轨爬行位移检测方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉测量技术的铁路钢轨爬行位移检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：图像采集设备和标记物布设，在面向铁路现场固有设施接触网支柱一侧的钢轨轨腰处设置圆形标记物，在固有设施上安装固定图像采集设备，图像采集设备的镜头朝向标记物一侧，镜头所在平面与标记物所在平面平行；

步骤二：图像预处理，对步骤一中图像采集设备采集的图像截取固定尺寸和固定位置的包含标记物的感兴趣区域图像，通过图像超分辨率重建方法提高截取图像的分辨率；

步骤三：标记物初定位，对经过步骤二处理得到的超分辨率重建图像使用模板匹配方法定位圆形标记物在重建图像上的位置，模板匹配得到的定位区域左上角坐标是(x_L,y_L)，定位框为m×m像素大小的正方形；

步骤四：标记物精确定位，步骤三得到的初定位结果结合边缘检测方法以及圆拟合方法得到圆形标记物的精确质心坐标和半径大小：根据(2)式计算步骤三中定位框的中心坐标(x_C,y_C)：

将定位框的边长扩大到1.2倍，定位框的尺寸为1.2m×1.2m，然后对扩大的定位框区域使用Canny算子进行边缘检测得到圆形标记物边缘的离散点集(x,y)，根据(3)式的最小二乘法得到标记物的质心坐标(a,b)和半径大小r：

以(a,b)为几何中心的m×m大小的方形框为调整之后的定位框，在该定位框区域内使用Canny算子后根据(3)式再次计算得到标记物质心坐标(a₁,b₁)和半径r₁，假设误差精度为τ，判断|a-a₁|τ、|b-b₁|τ和|r-r₁|τ是否同时成立，若成立则表示标记物质心的精确坐标为(a₁,b₁)和半径的精确大小为r₁，若|a-a₁|τ、|b-b₁|τ和|r-r₁|τ这三者中至少有一项不成立则以当前最近一次得到的标记物质心坐标为几何中心，从步骤四中的扩大定位框边长到1.2倍开始循环处理，直至判断|a-a₁|τ、|b-b₁|τ和|r-r₁|τ三者同时成立时，得到标记物的精确坐标(a₁,b₁)和半径r₁；

步骤五：钢轨爬行位移计算，由于焦距和物距的大小不变，标记物半径R与标记物映射在图像中的半径r₁的比值等于世界坐标系下标记物的质心爬行位移△L_x与图像像素坐标系下的质心爬行位移的比值，初始时刻钢轨未发生位移时根据步骤一到步骤四得到的标记物质心坐标为(a₀,b₀)，根据(1)式计算得到钢轨的爬行位移△L_x：

2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉测量技术的铁路钢轨爬行位移检测方法，其特征在于步骤二所述的图像超分辨重建方法为基于学习的超分辨率重建方法，在确保重建图像中标记物的边缘清晰前提下，提高截取图像的分辨率到2倍、3倍或4倍。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉测量技术的铁路钢轨爬行位移检测方法，其特征在于步骤三所述的模板匹配方法为基于最近邻的模板匹配方法，模板图像为钢轨未发生爬行时图像采集设备采集后经过步骤二处理得到的标记物图像，为了避免由于列车正常经过时遮挡标记物导致的模板匹配失败，间隔一定时间重新采集图像后从步骤二重新开始测量，如果连续失败大于等于3次则判定为异常，需要到现场查看。