一种车站信号机显示状态检测方法与流程

本发明涉及轨道交通，尤其是涉及一种车站信号机显示状态检测方法。

背景技术：

1、轨道交通车站计算机联锁系统在车站值班员或者ats系统(列车自动监控系统)操作下实现站内道岔、信号机、轨道电路之间的互相制约和控制，是轨道交通安全行车的核心装备，具有最高的功能安全级别。

2、车站计算机联锁系统属于功能安全系统，和其他系统的连接有着严格的限制，往往不对外提供通信接口。轨道交通车务、工务、车辆等专业单位处于设备维护、上道作业等需要，希望获取车站各个信号机的显示状态信息，以快速了解列车和站场的实时状态，利于工作的开展和作业安全。为了获取信号机显示状态，往往需要车站计算机联锁系统附加提供通信接口，并配合编制相应的专用通信协议，以实现对信号机显示状态的获取。出于对潜在的安全风险的考虑和设备管理的需要，车站计算机联锁系统往往需要通过各种安全分析评估和测试验证，才能提供对外的通信接口，有的时候还无法提供通信接口。因此，如何安全地获取车站信号机显示状态是轨道交通行业车务、工务等需要上道作业和设备维护的单位面临的难题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述问题而提供一种车站信号机显示状态检测方法，以实现快速、安全检测得到车站信号机显示状态的目的。

2、本发明的目的可以通过以下检测方法来实现：一种车站信号机显示状态检测方法，其特征在于，利用摄像机拍摄联锁显示屏站场画面，处理分析拍摄的图像以获取信号机信息，从而实现非电气连接地获取车站信号机显示状态。

3、一种车站信号机显示状态检测方法，包括以下步骤：

4、s1、固定位置安装的摄像机拍摄车站计算机联锁显示屏，拍摄的视频画面中包含站场画面，从视频流中提取每帧图像；

5、s2、利用透视变换校正每帧图像的视角，并截取出站场画面图像；

6、s3、对s2截取的站场画面图像进行位置信息提取，即人工获取站场画面图像中所有信号机的坐标并对信号机进行编号、获取任意m个颜色参照物的坐标，存储上述信息。所述颜色参照物为站场画面背景或站台等站场画面图像上显示颜色始终不变的部分；

7、s4、根据信号机不同显示状态的标准颜色所对应的r/g/b值rz、gz、bz，及预先设定的误差容许值rallow、gallow、ballow，以rz±rallow、gz±gallow、bz±ballow作为该显示状态的阈值空间[(rl,rh),(gl,gh),(bl,bh)]，存储所述阈值信息。所述信号机显示状态包括绿色、红色、黄色、白色(转换)；

8、s5、根据步骤s3中存储的信息，对所述站场画面图像进行图像预处理，并从中截取待检测信号机图像。所述图像预处理包括滤波及颜色修正；

9、s6、根据不同显示状态的阈值空间，计算分析待检测信号机图像所对应的显示状态，并输出信号机显示状态。

10、进一步地，所述步骤s3中的坐标，是对应于以站场画面图像左上角作为原点，以水平向右作为x轴正向，以竖直向下作为y轴正向，以像素点数作为数值所建立的坐标系。

11、进一步地，所述步骤s3中获取站场画面图像中所有信号机的坐标并对信号机进行编号的具体步骤为：

12、s31、利用霍夫圆变换算法寻找站场画面图像中所有的圆形及其圆心坐标，作为待选信号机，将圆心坐标认定为信号机的坐标；

13、s32、在待选信号机中，人工选出目标信号机及其坐标，并为其编号，所述编号记为ci，i＝1,2,…,n，n为站场画面图像中信号机个数。

14、进一步地，所述步骤s3为初始化步骤，仅需使用任一帧站场画面图像作为样本图像，人工获取一次信息。

15、进一步地，所述步骤s5的具体步骤为：

16、s51、对站场画面图像进行图像预处理，具体步骤为：

17、s511、提取站场画面图像的r/g/b分量图像ro、go、bo

18、s512、对每个分量图像使用中值滤波，滤除图像噪声；

19、s513、使获取站场画面图像中对应坐标点显示颜色的r/g/b值ro、go、bo，修正各分量图像，具体公式为：

20、

21、

22、

23、其中，ra、ga、ba为修正后各分量图像，ro、go、bo为修正前各分量图像，rs、gs、bs为颜色参照物的标准颜色的r/g/b值、ro、go、bo为颜色参照物在站场画面图像中显示颜色的r/g/b值,m为颜色参照物的数量。

24、s514、将各分量图像合并为彩色图像。

25、s52、使用步骤s3中所述站场画面图像中所有信号机的坐标(xi,yi)(i＝1,2,…，n)及编号，截取待检测信号机图像pi，所述待检测信号机图像的截取范围为以信号机的坐标为圆心、半径为预设值的圆形，并与编号ci一一对应存储；

26、进一步地，所述步骤s6具体包括以下步骤：

27、s61、以一组r/g/b数值代表待检测信号机图像pi，具体计算公式为：

28、

29、其中，ri、gi、bi为代表待检测信号机图像pi的r/g/b值，n为待检测信号机图像的总像素点数，rij、gij、bij为待检测信号机图像pi的第j个像素点的r/g/b值。

30、s62、计算待检测信号机图像pi与所述步骤s4中得到的显示状态的阈值空间的距离，具体计算公式为：

31、

32、

33、

34、

35、其中di为待检测信号机图像pi与阈值空间的距离，dir、dig、dib为待检测信号机图像pi与阈值空间各分量的距离，ri、gi、bi为代表待检测信号机图像pi的r/g/b值，(rl,rh,gl,gh,bl,bh)为某显示状态的阈值空间。

36、分别计算得到待检测信号机图像pi与信号机可能的各种显示状态的阈值空间的距离，得到集合[di1,di2,di3,di4]，k＝1,2…,4，分别代表4种显示状态，即绿色、红色、黄色、白色(转换)。

37、s63、在集合[di1,di2,di3,di4]中寻找最小的值diz，即待检测信号机图像pi与第z种显示状态z的距离最小，并以[信号机编号ci+显示状态z]的形式输出信号机显示状态信息；

38、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

39、一、本发明利用摄像机获取车站计算机联锁显示屏的站场画面图像，对实时采集的站场画面图像进行处理和判断，即可得到对应的检测结果，由此实现无接触情况下以非侵入方式实时检测车站信号机显示状态的目的，有效减少了检测工程量，既提高了检测的速度，同时保证了检测的安全性。

40、二、本发明中通过预先人工标定的初始化信息，能够准确快速地从采集的图像中截取出待检测信号机图像，以一组r/g/b值对待检测信号机图像的显示颜色进行描述，以预先得到的阈值空间判断得到各信号机的状态，能够保证检测结果的准确性。