一种基于双目视觉处理识别的转辙机缺口监测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种转徹机缺口监测系统和方法，属于轨道交通中道岔控制领域，具 体是一种基于双目视觉处理识别的转徹机缺口监测系统和方法。
【背景技术】
[0002] 道岔控制系统的执行机构转徹机的安全性和稳定性监测对于轨道交通行业中列 车的安全运行发挥着重要作用。缺口状态监测数据(图像和视频)是分析转徹机运行状态的 重要参考。
[0003] 传统的转徹机缺口监测方法分为直接测量和间接测量两大类。直接测量方式的传 感器安装在缺口间隙，其输出可直接反映被测间隙大小，但安装复杂。间接测量方式容易安 装，但需要仔细调整基准位置。现有的转徹机监测系统存在如下问题:一是现有系统中采用 的电磁测量时，受溫度和电磁的影响较大，有些系统只能定性的反映缺口状态，不能对缺口 进行定量分析;有些系统还需要对不同的转徹机提供不同的传感器。二是现有转徹机缺口 监测系统和监测原理多样，各种方法之间不兼容，运就提高了系统的运行和升级的难度和 成本。S是现有的监测系统多采用AD化传输，对图像和视频的实时高清传输带来较大的延 迟。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于双目视觉处理识别和光纤 传输的转徹机缺口监测系统和方法，运种方法对现场转徹机改造较少，只需安装带有双目 高清摄像头的集成电路控制卡，将处理识别任务交给运算能力强大的监控中屯、。运种监测 系统和方法能够有效地提高系统的兼容性和监测的准确率。
[0005] 本发明的目的在于，提供一种使用范围广，系统兼容性好，监测准确率高的转徹机 缺口监测系统和方法，该系统和方法只需将图像数据通过光纤技术传输到监控中屯、即可得 出任何时刻的缺口边缘和缺口偏移量。该系统和方法还可W进行单独的升级与维护，不需 要改变现场转徹机的结构。
[0006] 本发明的目的是运样实现的:基于双目视觉处理识别和光纤传输的转徹机缺口监 测系统包括现场双目采集子系统、CAN总线光纤传输子系统、监控子系统。
[0007] 所述双目采集子系统包括高清摄像头、集成电路控制卡，所述集成电路控制卡控 制高清摄像头，并且所述集成电路控制卡模块集成有图像压缩编码忍片、视频流传输忍片、 信号转换忍片，将高清摄像头采集到的实时缺口图像通过集成电路控制卡进行预处理，编 码，压缩。
[000引所述CAN总线光纤传输子系统包括:CAN总线和传输光纤，所述CAN总将集成电路控 制卡的输出端数据传送到传输光纤，传输光纤将数据传送至监控子系统。
[0009]所述监控子系统包括:应用程序主机和数据库服务器，监控中屯、将图像和视频数 据存储到大容量存储器中，并将原始图像和视频显示在监视器屏幕上。所述应用程序主机 能够进行化nny边缘检测、化Ugh变换、约束条件算法数据分析与处理，数据库服务器进行数 据管理。对包含所有缺口信息的摄像机左图和右图进行灰度化处理，平滑图像，去除噪声操 作。然后使用化nny边缘检测器对图像进行边缘检测，随后对图像进行化U曲变换进行线段 检测，识别提取出图像中的线段数据。接着，对识别处理出来的线段进行筛选、判决、分类操 作，最终识别出精确的代表缺口左边缘的线段。最后，根据缺口偏移计算原理，通过比例计 算出实际中转徹机缺口偏移量。
[0010] 上述监测实现过程对左图像和右图像同时适用，根据左、右图像分别计算出的缺 口偏移量，进行平均值处理，得到缺口偏移量的统计数值。
[0011] 优选地，所述高清摄像头具体为双目高清摄像头，分别采集左图和右图。
[0012] 优选地，其特征在于，所述集成电路控制卡具体为ARM忍片集成电路控制卡。
[0013] 优选地，所述集成电路控制卡中集成存储单元。可将采集到的数据缓存于存储单 元中，最终会把数据传输给监控子系统来进行存储。
[0014] 优选地，所述传输光纤中包括光纤控制器、光纤组，所述光纤组包括百兆光纤、光 纤交换机、千兆光纤。，所述光纤控制器用于监控信号在光纤段的传输，光纤控制器中包含 光纤转换模块及收发器用于将数字化信号转换为光信号并通。
[0015] 所述的化nny边缘检测器对图像进行边缘检测原理是：图像使用带有指定标准偏 差曰的高斯滤波器来平滑，从而可W减少噪声。在每一个像素点处计算局部梯度和边缘方 向，公式如下：
[0018] 边缘点定义为梯度方向上其强度局部最大的点。确定的边缘点会导致梯度幅度图 像中出现脊。然后，算法追踪所有脊的顶部，所有不在脊的顶部的像素设置为0, W便在输出 中给出一天细线。脊像素使用两个阔值Tl和T2做阔值处理，其中T1<T2。值大于T2的脊像素 称为强边缘像素，Tl和T2之间的脊像素称为弱边缘像素。最后，算法通过将8连接的弱像素 集成到强像素，执行边缘链接。
[0019] 所述的化U曲变换进行线检测的原理是：图像像素由于噪声、不均匀照明引起的边 缘断裂和杂散的亮度不连续而难W得到完全的边缘特性。Hou曲变换是用来寻找并链接图 像中线段的方法。在平面直角坐标系xy中，一条直线可W用方程
[0020] y = kx+b
[0021] 来表示。对于直线上一个确定的点(XO，yo)，有
[0022] y〇 = kxo+b
[0023] 运表示参数平面化-b)中的一条直线。因此，图像中的一个点对应参数平面中的一 条直线，图像中的一条直线对应参数平面中的一个点。对图像上所有的点做霍夫变换，最终 所要检测的直线对应的一定是参数平面中直线相交最多的那个点。运样就在图像中检测出 了直线。在实际应用中，直线通常采用参数方程为：
[0024] P = XCOS 白+ysin 白
[0025] 基于化Ugh变换的连接方法为：
[0026] 计算图像的梯度并对其设置口限，得到一幅二值图像。在P0平面内确定再细分。对 像素高度集中的地方检验其累加器单元的数目。检验选择的单元中像素之间的关系。
[0027] 所述的缺口偏移计算原理和比例公式原理是：
[0029] 其中，M是基准图像的实际宽度，L是缺口实际偏移量，是图像上基准标记的宽 度，1/是图像上缺口的偏移量。
[0030] 基于双目视觉处理识别和光纤传输的转徹机缺口监测系统，所述的转徹机监控系 统包括数据采集模块，信号转换模块，光纤转换模块及收发器，W及监控中屯、。其中数据采 集模块包括双目高清摄像头单元、图像编码压缩单元、视频流传输单元等;数据采集单元完 成的任务包括数据的采集工作，数据的编码压缩工作，数据的终端传输至信号转换单元。信 号转换单元用于数据的数字化工作。传输光纤中包含光纤转换模块及收发器，用于将数字 化信号转换为光信号并通过光纤传输至监控中屯、。监控中屯、用于图像显示、图像处理、图像 识别、数据建模、转徹机缺口健康状态评价等工作。
[0031 ]本发明另一个目的，提供一种基于双目视觉处理和光纤传输的转徹机缺口监测系 统的监测方法，包括如下步骤：
[0032] SI.集成电路控制卡控制高清摄像头进行数据采集，将高清摄像头采集到的实时 缺口图像通过集成电路控制卡进行预处理、编码、压缩；
[0033] S2.将数据信号通过CAN总线和传输光纤将数据传输到监控子系统；
[0034] S3.监控子系统将图像和视频数据存储到大容量存储器中，并将原始图像和视频 显示在监视器屏幕上；
[0035] S4.对包含所有缺口信息的摄像机图像进行灰度化处理，平滑图像，去除噪声操 作；
[0036] S5.使用Canny边缘检测器对图像进行边缘检测，随后对图像进行Hou曲变换进行 线段检测，识别提取出图像中的线段数据；
[0037] S6.对识别处理出来的线段进行筛选、判决、分类操作，最终识别出精确的代表缺 口左边缘的线段。
[0038] S7.根据缺口偏移计算原理，通过比例计算出实际中转徹机缺口偏移量。
[0039] 优选地，所述监测实现过程对左