基于計(jì)算機(jī)視覺的鐵路扣件缺失快速探測方法研究.pdf

1、鐵路扣件是維系鐵路運(yùn)輸安全的重要部件，扣件缺失很有可能釀成列車脫軌等重大事故，扣件的自動(dòng)化探測是發(fā)展鐵路事業(yè)必須要面對(duì)的問題。當(dāng)前我國鐵路尤其是高速鐵路的快速發(fā)展，使得這一問題日益突出。如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的扣件探測成為一項(xiàng)重要課題。用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)扣件自動(dòng)探測是當(dāng)前國際上普遍采用的方案。計(jì)算機(jī)視覺檢測使用圖像傳感器獲取被測對(duì)象的圖像信息，由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，完成測量功能，具有非接觸、速度快、精度高、信息量大、智能

2、化程度高、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　本課題根據(jù)國內(nèi)外扣件探測方法的研究現(xiàn)狀，以鐵道部“高速鐵路軌道扣件缺失探測”為項(xiàng)目背景，研究基于計(jì)算機(jī)視覺的鐵路扣件缺失快速探測方法。主要研究內(nèi)容是探討探測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，分析并設(shè)計(jì)探測系統(tǒng)的各部分組成，同時(shí)研究扣件識(shí)別的快速算法，實(shí)現(xiàn)鐵路扣件的自動(dòng)化在線同步檢測。
　　基于計(jì)算機(jī)視覺檢測方法的基礎(chǔ)，本論文提出了探測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案。以工控機(jī)為中央控制核心，控制高速相機(jī)采集圖像，輔以扣

3、件定位系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，搭建了完整的扣件探測硬件系統(tǒng)。在正常運(yùn)行時(shí)，定位系統(tǒng)在扣件處于視場中央時(shí)給高速相機(jī)發(fā)送外觸發(fā)信號(hào)，相機(jī)采集圖像，并將圖像發(fā)送到工控機(jī)。工控機(jī)分析圖像，判斷圖像中是否缺失扣件，如果缺失則保存圖像和地點(diǎn)信息，待后續(xù)人工確認(rèn)。
　　本論文還根據(jù)探測系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)了軟件，以便用戶操作和系統(tǒng)調(diào)試。將軟件分成相互獨(dú)立的三層結(jié)構(gòu)，界面層、控制層、模塊層，其中模塊層包含若干獨(dú)立的功能模塊。對(duì)每一層需要實(shí)現(xiàn)的功能以及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)

4、行分析，實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。
　　論文還重點(diǎn)討論了扣件識(shí)別的圖像處理算法。以現(xiàn)有的算法為基礎(chǔ)，提出了用于檢測平行直線的相關(guān)直線法，并將此方法用于扣件檢測，在扣件邊緣較明顯的情況下實(shí)現(xiàn)了快速有效檢測。同時(shí)研究了基于統(tǒng)計(jì)信息的方向場算法，并達(dá)到了在圖像質(zhì)量一般的情況下也能快速有效地識(shí)別扣件的目標(biāo)。
　　論文還研究了將圖像算法用GPU實(shí)現(xiàn)，包括GPU存儲(chǔ)器的選擇以及GPU內(nèi)核函數(shù)的塊和線程的劃分，將圖像處理的速度提高了數(shù)倍。