一种振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法与流程

技术特征：

1.一种振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、图像采集以及预处理：通过图像采集装置采集钢轨图像，并通过滤波算法和图像增强算法对采集的图像进行预处理，以增强图像中钢轨边缘的轮廓及轨面缺陷的边缘；

S2、图像阈值分割：分析钢轨图像的灰度直方图特征，确定合适的阈值对图像进行二值化；

S3、提取钢轨表面区域的连通分量：通过设置阈值分割后二值图像的8邻接连通分量的面积与周长阈值，提取包含钢轨表面区域的连通分量；

S4、提取钢轨表面边界直线：采用Hough变换提取轨面边缘图像中存在的直线线段，并删除偏转角度大于5°的线段；

S5、提取钢轨表面边界参考点：在步骤4中提取的各直线线段上等间距选择参考点，并根据各线段的位置确定上边界参考点集合和下边界参考点集合；

S6、轨面边界直线拟合修正：拟合上下边界直线的斜率，得到边界直线的偏转角度，再根据偏转方向和偏转幅度对轨面边界进行修正；

S7、图像仿射变换：根据修正后的偏转角度对图像进行旋转变换。

2.根据权利要求1所述的振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法，其特征在于：上述步骤4中，Hough变换是基于点与线的对偶性检测直线，在直角坐标系中直线l到坐标原点的垂直距离为ρ，该直线的垂线与x轴的夹角为θ，则该直线方程为：xcosθ+ysinθ＝ρ(1)，采用Hough变换提取轨面边界直线，具体包括以下步骤：

1)将(ρ,θ)空间量化，得到二维矩阵M(ρ,θ)，M(ρ,θ)为累加器，初始值为0；

2)对图像边缘上的每一个点(x_i,y_i)，将θ的所有量化值代入上述直线方程(1)中计算相应的ρ，并将累加器加1，即M(ρ,θ)＝M(ρ,θ)+1；

3)将全部(x_i,y_i)处理后，分析M(ρ,θ)，并对M(ρ,θ)进行排序，选择前五个最大值作为轨面边界线段的极坐标参数；

4)由(ρ,θ)和(x_i,y_i)共同确定图像中的直线段，并将线段断裂部分连接，即为提取的轨面边界直线。

3.根据权利要求1所述的振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法，其特征在于：上述步骤6中，利用最小二乘法拟合轨面边界直线。

4.根据权利要求1所述的振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法，其特征在于：上述步骤6中，轨面边界直线的修正：拟合后上、下边界直线的偏转方向为P，偏转幅度为Q，则

$P=\left\{\begin{array}{cc}1& ({\mathrm{\θ}}_1\>{\mathrm{\θ}}_2\>0.5);\\ 2& ({\mathrm{\θ}}_1\>0.5,-0.5\>{\mathrm{\θ}}_2);\\ 3& ({\mathrm{\θ}}_2\>{\mathrm{\θ}}_1\>0.5);\\ 4& ({\mathrm{\θ}}_2\>0.5,-0.5\>{\mathrm{\θ}}_1);\\ 5& (-0.5\>{\mathrm{\θ}}_2\>{\mathrm{\θ}}_1);\\ 6& (-0.5\>{\mathrm{\θ}}_1\>{\mathrm{\θ}}_2);\end{array}\right.$

$Q=\left\{\begin{array}{cc}1& \left(\right|{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2|\<0.5);\\ 2& \left(\right|{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2|\≥0.5).\end{array}\right.$

根据不同的P与Q值，对上、下边界进行修正变换；具体方法如下：

1)当Q＝1时,令θ₁＝θ₂；

2)当Q＝2，P＝1或P＝2时，θ₁沿顺时针旋转|θ₁-θ₂|/2，θ₂沿逆时针时针旋转|θ₁-θ₂|/2；P＝3或P＝4时，θ₁沿逆时针旋转|θ₁-θ₂|/2，θ₂沿顺时针时针旋转|θ₁-θ₂|/2；P＝5或P＝6时，θ₁沿逆时针旋转|θ₁-θ₂|/2，θ₂沿顺时针时针旋转|θ₁-θ₂|/2；

3)当Q＝3时，令θ₁＝0或θ₂＝0；

4)当Q＝4时，不做修改变换。

5.根据权利要求1所述的振动条件下快速提取钢轨表面区域的方法，其特征在于：上述步骤2中，图像灰度阈值优选为40对图像进行二值化处理。