[发明专利]一种基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法

权利要求书

1.一种基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：针对任一个检测点，在需要检测的钢轨轨枕任一侧的固定位置设置摄像头，将摄像头的监控范围对准目标检测位置，在目标检测范围的轨枕上粘贴包含三个圆的标志牌，所述三个圆的圆心在同一条直线上，且圆心连线与轨枕沿轨道宽度方向的边界线平行；

所述每一个检测点的检测范围内至少包括一对相对位置固定的轨枕；

S2：采集不同工况下的未发生相对位移的初始图像作为标准，将初始图像预处理为二值化图像，从二值化图像中检测得到所有圆区域，保存不同工况下的检测参数，并定位每一个圆区域经透视后的圆心，对圆心相对位置进行标记；

S3：以相对位置固定的两个轨枕上两个标志牌中位于两端的四个圆心坐标为基准点，根据四个基准点的图像坐标与透视后的实际坐标，计算不同工况下的初始透视变换矩阵；

S4：通过摄像头实时采集每一个检测点处的轨枕视频，从对应当前时刻的视频中等间隔提取m帧作为当前时刻的待检测图像，将待检测图像预处理为二值化图像，利用步骤S2获取的对应工况下的检测参数对每一帧图像中的圆区域进行检测，根据检测结果过滤无效帧图像；

针对当前时刻对应的有效帧图像，若存在缺失的圆心，则利用步骤S2获取的对应工况下的初始透视变换矩阵，将每一个圆区域的图像坐标转换为透视后的实际坐标，对实际坐标进行聚类分析，获得圆心之间的位置关系；根据圆心之间的位置关系，利用直线法计算缺失的圆心图像坐标；若不存在缺失的圆心，则进入步骤S5；

S5：利用步骤S3中的方法，计算每一个有效帧图像对应的透视变换矩阵，取均值作为当前时刻的实时透视变换矩阵；

S6：利用当前时刻的实时透视变换矩阵，将每一个有效帧图像中圆心对应的图像坐标转换为透视后的实际坐标，计算相邻两个标志牌之间的实际距离，得到相邻轨枕之间的相对位移值；将每一个有效帧图像中的非0相对位移值取均值作为初始检测结果，对初始检测结果排序和平滑滤波，将滤波后的均值作为最终结果输出；

S7：重复步骤S4至步骤S6，执行下一时刻的相对位移检测，实现轨枕相对位移的实时测量。

2.根据权利要求1所述的基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法，其特征在于，所述的标志牌上的三个圆区域内的颜色与圆区域外的颜色有明显差异。

3.根据权利要求1所述的基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法，其特征在于，步骤S2所述的二值化图像实现方式为：

采用RGB色彩空间，对于R、G、B通道分别设定筛选区间，对于图像上的每一个像元逐一进行判断，将3个分量均在区间范围内的像元置为1，否则置为0，得到二值化图像；

或者采用HSV色彩空间，从RGB颜色通道转换为HSV颜色通道，对于H、S、V通道分别设定筛选区间，对于图像上的每一个像元逐一进行判断，将3个分量均在区间范围内的像元置为1，否则置为0，得到二值化图像。

4.根据权利要求1所述的基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法，其特征在于，步骤S2中所述的从二值化图像中检测得到所有圆区域，具体为：

对二值图像进行4邻域分割得到k个区域Ri，i＝1，2，…，k，对每个区域Ri计算区域面积Si、区域外接矩形的长Li和宽Wi、区域外接矩形内区域面积占比Di，根据如下规则筛选非圆区域：

区域面积Si大于minA且小于maxA；

区域外接矩形的长Li和宽Wi均大于minW且均小于maxW；

区域外接矩形的长宽比Li/Wi及宽长比Wi/Li均大于RatioRC；

区域外接矩形内区域面积占比Di大于Ratio；

所述的minA、maxA、minW、maxW、RatioRC、Ratio为检测参数，其中minA、maxA分别为区域面积的最小值和最大值；minW、maxW分别为区域外接矩形边长的最小值和最大值；RatioRC为区域外接矩形长宽比的最小值，Ratio为区域外接矩形内区域面积占比最小值；

满足上述规则的区域认为是候选圆区域并保留，否则将该区域的像素均置为0。

5.根据权利要求1所述的基于视频的非接触式钢轨轨枕相对位移实时测量方法，其特征在于，采用最小二乘法拟合定位圆心。