专利名称：直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法
技术领域：
本发明涉及铁路转辙机表示杆缺口监测技术领域，具体是一种采集铁路转辙机表示杆缺口图像得出缺口数据的方法。
背景技术：
随着我国铁路现代化建设的迅速发展，列车运行速度和运行密度也随之大大提高，为使铁路信号设备保持良好的质量状态，对维护工作的高效、科学性提出了更高的要求。转辙机是铁路道岔控制系统得主要信号设备，除用于道岔的转换与锁闭外，转辙机表示杆缺口偏移量的大小反映了道岔尖轨(及芯轨)所处位置和状态。转辙机上设置有L型缺口指示标(主要是指示标的垂直部分，水平部分仅用来固定)，表示杆上杆、表示杆下杆。表示杆上杆设有缺口(缺口宽度6mm 7mm)，表示杆下杆也设有缺口(缺口宽度 6mm 7mm)。表示杆上杆的缺口和表示杆下杆的缺口统称表示杆缺口。L型缺口指示标固定不变，表示杆上杆与表示杆下杆都可能左右移动，也就是表示杆上杆的缺口和表示杆下杆的缺口都可能左右移动。正常工作时，转辙机有2个位置，分别是定位和反位，即定反位位置信息。转辙机在定位，表示杆上杆的缺口正对L型缺口指示标的中心，此时，L型缺口指示标的左边沿到表示杆上杆缺口的左边沿之间的距离，称定位缺口，其距离的大小，称为定位缺口数据。转辙机在反位，表示杆下杆的缺口正对L型缺口指示标的中心，此时，L型缺口指示标的左边沿到表示杆下杆缺口的左边沿之间的距离，称反位缺口，其距离的大小，称为反位缺口数据。定位缺口数据与反位缺口数据统称为缺口数据。由于转辙机工作环境非常恶劣，动作频繁，加之轨温变化，轨道线路整修，道岔杆件磨耗旷动等，使得表示杆状态会发生变化，当缺口偏移量超标时，严重影响行车安全。转辙机表示杆缺口监测产品主要有开关量式、数字式、视频式。开关量式缺口监测产品，价格低廉、安装方便、而且与温湿度等环境无关，但是它只能定性检测转辙机表示缺口状态，不能把缺口的变化状态完全量化，已慢慢被市场淘汰。数字式缺口监测产品，实现了缺口变化状态的量化，但是由于不够直观，作业人员需学习并记住监测产品传输上来的不同数字的含义，然后根据数字分析缺口的状态，对作业人员的要求较高。视频式缺口监测产品，可以直观的随时查看转辙机表示杆缺口图像，提高了工作效率，减少了作业人员的工作强度，不受环境限制。但目前的视频监测式缺口监测装置其摄像头分辨率低，并且使用现场多达上百台转辙机，转辙机内的摄像设备将图像压缩为JPG数字图像，分别上传到设备机房，集中由监测软件计算出缺口偏移量，图像质量有损失，处理速度慢、实时性不强，没有过车视频、振动视频、温湿度、振动强度监测功能。此外，目前的视频监测方式都是间接计算缺口的大小，其方法是在转辙机内缺口旁确定一固定位置，做一标记，如画一直线，在转辙机内缺口处固定一个金属片，金属片随缺口移动，金属片上画一直线，与标记的直线平行，采用摄像头对缺口进行拍照，得到缺口图像，对缺口图像进行分析，计算出标记的直线与随缺口移动的直线之间的位置坐标差， 根据已经确定的对应关系，间接计算缺口的大小。由于要在表示杆上设置标记，需对转辙机进行改造，施工比较困难，标记的设置精度也比较难以控制。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法，该方法包括以下步骤1)、存储采集到的表示杆缺口图像；2)、读取要处理的表示杆缺口图像；3)、在表示杆缺口图像上，将表示杆缺口限定在一预设的区域内，该区域的限定参数根据采集到的表示杆缺口图像进行预设；在竖直坐标轴上设定表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线的竖直坐标记为y0 ；4)对限定区域内图像中的表示杆缺口图像进行包括二值化和形态滤波的处理，再进行特征提取，得到表示杆缺口图像中L型缺口指示标的边沿图；对L型缺口指示标的边沿图进行直方图统计，在水平坐标轴上得到L型缺口指示标的左边沿坐标记为xl、右边沿坐标记为x2 ；5)、采用SOBEL边沿查找方法提取步骤b3)得到的限定区域内图像中的表示杆缺口的边沿信息；6)、对于提取到的表示杆缺口的边沿信息进行形态学滤波，得到缺口分析图像，并对缺口分析图像进行规整处理；7)、对于缺口分析图像进行直方图统计，对统计到的直方图进行二次转化，得到表示杆缺口的两个边沿；8)、对于得到的表示杆缺口的两个边沿进行精确边沿查找，在水平坐标轴上得出缺口两边沿坐标即缺口左边沿坐标记为x3、缺口右边沿坐标记为x4 ；取缺口左边沿上的一点记为x3、y3 ；或取缺口右边沿上的一点记为x4、y4 ；进行精确边沿查找时首先，利用拟合的方法进行精确边沿查找找到两条边沿线之后将查找到的两条边沿线进行延伸，精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法失效，则利用矩形样本特征提取方法进行精确边沿查找探测矩形计算图像左右之间的差值，停留在图像左右差值最大的点上即为图像，最终精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法、矩形样本特征提取方法都失效，则通过对直方图得到的两个边沿进行统计进行精确边沿查找，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；9)、根据预设的表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线竖直坐标y0、缺口左边沿上的一点的竖直坐标y3或缺口右边沿上的一点竖直坐标y4得出所述的定反位位置信息；根据采集的表示杆缺口图像的分辨率及得到的L型缺口指示标的左边沿坐标、L 型缺口指示标的右边沿坐标，缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标得出缺口数据；10)、输出所述的定反位位置信息、L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标、缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标及所述的缺口数据；11)、再重新采集表示杆缺口图像并重复以上步骤。作为本发明的进一步的技术方案该铁路转辙机表示杆缺口视频监测方法，步骤10)中，通过将L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标、所述分界线的竖直坐标、缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标及所述的缺口数据在所述的表示杆缺口图像上标出进行输出。本发明的有益效果是该方法不需要预先在转辙机设置标志，从而不需要对转辙机进行任何改造，而是直接根据采集到的转辙机表示杆缺口图像直接得出缺口数据；具体实现时该方法所依赖的系统不需要新敷设电缆，可根据现场情况灵活组网；设置更简便，即该方法有利于降低缺口监测系统的实现的难度。而且能避免因标志本身的设置精度对监测结果的精确度的影响，使得监测结果更精确，误差更小，满足缺口的误差不大于0. Imm的要求。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明图1为本发明实施例的流程具体实施例方式如图1所示，该直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法，包括以下步骤1)、将采集到的所述表示杆缺口图像存储到存储器的指定区域；2)、读取要处理的表示杆缺口图像，如图2所示；3)、在表示杆缺口图像上，将表示杆缺口限定在一预设的区域内，该区域的限定参数根据采集到的表示杆缺口图像进行预设；在竖直坐标轴上设定表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线的竖直坐标记为y0 ；4)对限定区域内图像中的表示杆缺口图像进行包括二值化和形态滤波的处理，再进行特征提取，得到表示杆缺口图像中L型缺口指示标的边沿图，如图3所示；对L型缺口指示标的边沿图进行直方图统计，在水平坐标轴上得到L型缺口指示标的左边沿坐标、右边沿坐标，如图4所示；L型缺口指示标的左边沿坐标记为xl、右边沿坐标记为x2 ；5)、采用SOBEL边沿查找方法提取步骤b3)得到的限定区域内图像中的表示杆缺口的边沿信息；为了追求适中的边沿查找效果，可以对参数进行限制，对于图像关心的像素点的信息进行去边沿；6)、对于提取到的表示杆缺口的边沿信息进行形态学滤波，即图像的开闭运算，形成缺口分析图像，并对缺口分析图像进行规整处理，规整处理后得到图像如图5所示；规整处理时，如果图像当中的干扰信息比较多，可以通过进行腐蚀运算实现规整处理，如果图像的信息不明显，可以通过进行膨胀运算实现规整处理；7)、对于缺口分析图像进行直方图统计，因为图像的上下大小不一致，因此对统计到的直方图进行二次转化，得到缺口的两个边沿；转化的比例可以通过设定参数进行调整；8)、对于得到的表示杆缺口的两个边沿进行精确边沿查找，在水平坐标轴上得出缺口两边沿坐标即缺口左边沿坐标记为x3、缺口右边沿坐标记为x4 ；取缺口左边沿上的一点记为x3、y3 ；或取缺口右边沿上的一点记为x4、y4 ；进行精确边沿查找时首先，利用拟合的方法进行精确边沿查找找到两条边沿线之后将查找到的两条边沿线进行延伸，精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法失效，则利用矩形样本特征提取方法进行精确边沿查找探测矩形计算图像左右之间的差值，停留在图像左右差值最大的点上即为图像，最终精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法、矩形样本特征提取方法都失效，则通过对直方图得到的两个边沿进行统计进行精确边沿查找，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；9)、根据预设的表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线竖直坐标y0、缺口左边沿上的一点的竖直坐标y3或缺口右边沿上的一点竖直坐标y4得出所述的定反位位置信息；因为转辙机处于一个位置时，表示杆上杆的缺口、表示杆下杆的缺口两者只能有一个，如果转辙机处于定位则是表示杆上杆的缺口，则缺口高于分界线，即缺口边沿上的点竖直坐标y3或y4 >所述分界线的竖直坐标y0 ；如果转辙机处于反位则是表示杆下杆的缺口，则缺口低于分界线，即缺口边沿上的点竖直坐标y3或74<所述分界线的竖直坐标y0 ；该方法利用缺口左边沿上的一点的竖直坐标y3进行判断定反位位置信息。如果 y3 > y0，则转辙机处于定位；如果y3 < y0，则转辙机处于反位；根据采集的表示杆缺口图像的分辨率及得到的L型缺口指示标的左边沿坐标、L 型缺口指示标的右边沿坐标，缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标得出缺口数据；该方法采集的是S700K转辙机表示杆缺口图像，S700K转辙机表示杆缺口宽度为 6mm，经过坐标计算，如缺口左右两边沿在水平轴即X轴上的坐标之间的差为302，则图像分辨率=6mm/302 = 0. 0198mm ；本应用中由于摄像头的焦距固定，所以图像分辨率也是固定的；计算L型缺口指示标的左边沿坐标Xl与缺口左边沿坐标x3之差，则缺口数据= 0. 0198X xl-x3|mm ；10)、输出所述的定反位位置信息、L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标、缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标及所述的缺口数据；该方法中是将上述坐标及缺口数据在表示杆缺口图像上用标示线标出，如图6所示；
11)、再重新采集表示杆缺口图像并重复以上步骤。通过上述方法直接采用缺口图像进行计算得出缺口大小并计算缺口数据，不用设置标志，从而能避免因标志本身的设置精度对监测结果的精确度的影响，使得监测结果更精确，误差更小，满足缺口的误差不大于0. Imm的要求。此外，不用再做标志，从而在实现时不需对现有的转辙机进行设备改造，使得监测系统安装实现更简便。本发明并不仅仅局限于上述实施例。
权利要求
1.直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法，其特征是，该方法包括以下步骤1)、存储采集到的表示杆缺口图像；2)、读取要处理的表示杆缺口图像；3)、在表示杆缺口图像上，将表示杆缺口限定在一预设的区域内，该区域的限定参数根据采集到的表示杆缺口图像进行预设；在竖直坐标轴上设定表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线的竖直坐标记为y0 ；4)对限定区域内图像中的表示杆缺口图像进行包括二值化和形态滤波的处理，再进行特征提取，得到表示杆缺口图像中L型缺口指示标的边沿图；对L型缺口指示标的边沿图进行直方图统计，在水平坐标轴上得到L型缺口指示标的左边沿坐标记为xl、右边沿坐标记为x2 ；5)、采用SOBEL边沿查找方法提取步骤b3)得到的限定区域内图像中的表示杆缺口的边沿信息；6)、对于提取到的表示杆缺口的边沿信息进行形态学滤波，得到缺口分析图像，并对缺口分析图像进行规整处理；7)、对于缺口分析图像进行直方图统计，对统计到的直方图进行二次转化，得到表示杆缺口的两个边沿；8)、对于得到的表示杆缺口的两个边沿进行精确边沿查找，在水平坐标轴上得出缺口两边沿坐标即缺口左边沿坐标记为x3、缺口右边沿坐标记为x4 ；取缺口左边沿上的一点记为x3、y3 ；或取缺口右边沿上的一点记为x4、y4 ；进行精确边沿查找时首先，利用拟合的方法进行精确边沿查找找到两条边沿线之后将查找到的两条边沿线进行延伸，精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法失效，则利用矩形样本特征提取方法进行精确边沿查找探测矩形计算图像左右之间的差值，停留在图像左右差值最大的点上即为图像，最终精确定位缺口两边沿，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；如果拟合的方法、矩形样本特征提取方法都失效，则通过对直方图得到的两个边沿进行统计进行精确边沿查找，得出缺口左边沿坐标、得出缺口右边沿坐标；9)、根据预设的表示杆上杆与表示杆下杆之间的分界线竖直坐标y0、缺口左边沿上的一点的竖直坐标y3或缺口右边沿上的一点竖直坐标y4得出所述的定反位位置信息；根据采集的表示杆缺口图像的分辨率及得到的L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标，缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标得出缺口数据；10)、输出所述的定反位位置信息、L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标、缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标及所述的缺口数据；11)、再重新采集表示杆缺口图像并重复以上步骤。
2.根据权利要求1所述的一种铁路转辙机表示杆缺口视频监测方法，其特征是步骤 10)中，通过将L型缺口指示标的左边沿坐标、L型缺口指示标的右边沿坐标、所述分界线的竖直坐标、缺口左边沿坐标、缺口右边沿坐标及所述的缺口数据在所述的表示杆缺口图像上标出进行输出。
全文摘要
一种直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法，其特征是包括以下步骤存储采集的表示杆缺口图像；读取要处理的表示杆缺口图像；表示杆缺口限定在预设区域；得到表示杆缺口图像中L型缺口指示标的边沿坐标；用SOBEL边沿查找方法提取缺口的边沿信息；对缺口的边沿信息形态学滤波形成缺口分析图像；对缺口分析图像进行直方图统计，二次转化，得到缺口的两边沿；对缺口的两边沿进行精确边沿查找得出缺口的边沿坐标；根据图像分辨率及上述坐标得出缺口数据；输出上述坐标及缺口数据，再重新采集表示杆缺口图像并重复以上步骤。该方法不用设置标志，不对转辙机进行改造，且结果不受标志设置精度的影响，更精确。
文档编号G06T7/00GK102556119SQ201110425828
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者卢立清, 李志方, 秦广军 申请人:济南铁路天龙高新技术开发有限公司