[发明专利]一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法

说明书

本发明涉及一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法，包括以下步骤：(1)扣件模板制作；(2)依据扣件区域宽度尺寸w_f和钢轨区域坐标，在轨道线路原始图像中分割出扣件区域的一字形分割区域，获得一字形分割区域图，w_f的单位为像素；(3)精确定位；将对称性扣件模板在所述一字形分割区域图上扫描，并用归一化相关性系数度量扫描区域与模板的相似性；(4)循环使用步骤(2)～(3)的方法，遍历采集到的所有轨道线路原图，便可定位轨道上所有的扣件，其中所述轨道线路原图都仅包含一对完整的扣件。本发明的定位方法同时适用于有砟线路和无砟线路，且定位准确率高，能有效定位出损坏状态的扣件，同时定位速度都在0.3s/张以下。

技术领域

本发明属轨道扣件定位技术领域，涉及一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法。

背景技术

铁路扣件是将钢轨固定在轨枕上的紧固件，扣件的丢失、断裂很有可能造成列车脱轨等重大事故。随着我国铁路运营里程的飞速增长，寻常的人工巡检存在的成本高、效率低以及各种安全隐患等问题，已经无法满足以高速铁路为代表的铁路网络频繁检测的需求，因此实现铁路扣件的自动化识别也开始显得尤为重要了。然而，如果对线路上拍摄到的整幅图像进行检测，不仅会由于识别时间长而无法满足扣件检测的实时性要求，同时整幅的铁路线路图像中的复杂背景势必会造成检测准确度的下降。为了提高检测效率并减少复杂背景的干扰，轨道扣件的准确定位成为了扣件检测必不可少的前提条件。

近年来，国内外学者纷纷对扣件的定位算法展开了深入研究，文献1(铁道标准设计，2016,60(12):49-53.)中提出一种改进的十字交叉轨道扣件定位方法，通过先验知识缩小处理区域，然后使用中值滤波对图像预处理最后使用十字交叉法定位扣件，但基于十字交叉法的扣件定位主要针对的是有砟线路，而随着无砟轨道的广泛铺设，此类方法逐渐趋于淘汰；文献2(计算机测量与控制，2018,26(5):166-169.)中提出一种利用图像纹理信息的边缘梯度方向场作为模板实现无砟轨道扣件的快速匹配的方法，但此类方法难以定位到受到损坏的扣件或丢失的扣件因此准确率也较低；文献3(IEEE Signal ProcessingLetters,vol.25,no.6,pp.788-792,June 2018.doi:10.1109/LSP.2018.2825947.)中提出使用改进的局部二值模式(Local Binary Pattern,LBP)算法获取扣件目标特征之后使用模板匹配的方法定位扣件，该方法可以有效克服光照环境造成的干扰，定位准确率高，但是由于图像LBP特征需要经过遍历的卷积运算，因而运算量巨大，要实现快速的扣件定位对计算机性能要求高。

在现有技术范畴内，上述的定位算法都存在一定的局限性，因而总结出现有的需要解决的难题有以下几点：

(1)针对有砟和无砟线路需要使用完全不同的算法进行扣件的定位；

(2)扣件定位受扣件状态影响，需要提高扣件定位的鲁棒性，提高对损坏扣件的定位准确率；

(3)扣件定位对实时性要求高，因而需要提高扣件定位方法的速度。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的问题，提供一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法，在轨道线路原图中分割出一字形分割区域，将对称性扣件模板在所述一字形分割区域图上扫描，并用归一化相关性系数度量扫描区域与模板的相似性匹配，来实现轨道扣件定位。本发明的一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法，同时适用于有砟线路和无砟线路，且定位准确率高，能有效定位出损坏状态的扣件，同时定位速度都在0.3s/张以下。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于一字模板匹配的轨道扣件定位方法，包括以下步骤：

(1)扣件模板制作；

在轨道线路原始图像中，将一对完整的扣件图像扣离，获得对称性扣件模板；