车辆踏面图像合成系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地涉及一种车辆踏面图像合成系统及方法。

背景技术：

车轮踏面损伤是车辆运行安全的一个重要影响因素。目前国内外对车轮踏面擦伤的检测方法可分为静态检测和动态检测：静态检测指在车辆停止运行的检修阶段进行测量。目前对车轮踏面损伤的动态检测方式发展还不够成熟，所以大多还采用静态检测方式，通过工作人员的目测结合手持式测量仪完成检测。静态检测的检测精度比较高，但是占用车辆运营时间，效率低、工作量大、易漏检；动态检测即在线式检测方法，目前有振动传感器阵列检测方法，而该方法只能判断出存在踏面损伤的车轮，无法量化车轮擦伤深度及大小。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种车辆踏面图像合成系统，通过采集多幅车辆的车轮的踏面图像并进行图像处理得到所述车轮的完整图像，从而为进一步分析车轮踏面损伤奠定基础。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种车辆踏面图像合成系统，所述系统包括：控制设备，用于控制图像采集模块采集多幅所述车辆的各个车轮的踏面图像；图像采集模块，包括：前区采集单元，用于采集多幅所述车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像；及后区采集单元，用于采集多幅所述车辆各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像；处理设备，用于将所述车轮的踏面图像通过图像处理得到所述车轮的完整图像。

可选的，所述前区采集单元和所述后区采集单元分别包括多组拍摄装置，所述系统还包括：多个触发装置，分别与所述多组拍摄装置对应，如果所述车辆的车轮经过所述多个触发装置中的一者，则该触发装置发送触发信号至所述控制设备，所述控制设备控制图像采集模块采集多幅所述车辆的各个车轮的踏面图像包括：如果接收到所述触发装置发送的触发信号，则控制所述触发装置对应的拍摄装置进行踏面图像采集。

可选的，所述前区采集单元的多个触发装置中的每一触发装置被设置在与所述每一触发装置对应的所述拍摄装置的前方且具有第一距离的位置；及所述后区采集单元的多个触发装置中的每一触发装置被设置在与所述触发装置对应的所述拍摄装置的后方且具有第二距离的位置。

可选的，所述第一距离满足如果所述车辆的各转向架中的前一轮对的车轮依次经过所述前区采集单元的所述多个触发装置，则与所述多个触发装置对应的所述多组拍摄装置均能够依次采集到所述各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像；所述第二距离满足如果所述车辆的各转向架中的前一轮对的车轮依次经过所述后区采集单元的所述多个触发装置，则与所述多个触发装置对应的所述多组拍摄装置均能够依次采集到所述各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像。

可选的，所述多组拍摄装置中的每一者包括：对称设置在轨道两侧的两台拍摄设备。

可选的，所述前区采集单元和所述后区采集单元分别至少包括四组拍摄装置。

可选的，所述控制设备还用于：记录所述触发装置发送触发信号的次数；及如果所述触发装置对应所述前区采集单元的前两组拍摄装置，且位于所述触发装置后方的两个触发装置的触发次数之和等于零，或如果所述触发装置对应所述前区采集单元的后两组拍摄装置，且位于所述触发装置前方的两个触发装置的触发次数之和等于零，则判定所述触发装置对所述车辆的车轮未丢轴。

可选的，所述控制设备还用于：如果所述触发装置对应所述后区采集单元的前两组拍摄装置、所述触发装置的触发次数不等于1，且位于所述触发装置后方的两个触发装置的触发次数之和大于零，则判定所述触发装置对应的拍摄装置为针对所述车辆的车轮进行拍摄。

可选的，所述控制设备还用于：如果所述触发装置对应所述后区采集单元的后两组拍摄装置且位于所述触发装置前方的两个触发装置的触发次数之和大于零，则判定所述触发装置对应的拍摄装置为针对所述车辆的车轮进行拍摄。

可选的，所述多个触发装置为触发磁钢；所述系统还包括：开关门磁钢，用于在所述车辆的车轮经过所述开关门磁钢时，发送触发信号至所述控制设备，所述控制设备还用于记录所述开关门磁钢发送触发信号的次数；以及匹配模块，用于根据所述开关门磁钢和所述多个触发装置发送触发信号的次数、所述触发装置对所述车辆的车轮丢轴的判定结果及所述触发装置对应的拍摄装置拍摄所针对的车轮的判定结果生成匹配表。

相应的，本发明实施例还提供一种车辆踏面图像合成方法，所述方法包括：采集多幅所述车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像；采集多幅所述车辆各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像；将所述车轮的踏面图像通过图像处理得到所述车轮的完整图像。

通过上述技术方案，本发明通过分别采集多幅车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像及后一轮对的车轮的踏面图像，并将车轮的踏面图像通过图像处理得到车轮的完整图像，从而为进一步分析车轮踏面损伤奠定基础，该方法不需要占用车辆运营时间，效率高，且在得到各车轮的完整图像后可进一步量化擦伤程度，提高轮对踏面检测的自动化程度，节省人力资源和时间。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的一种车辆踏面图像合成系统的框图。

图2是本发明一实施例提供的前区采集单元和后区采集单元的分布示意图。

图3是本发明一实施例提供的一种车辆踏面图像合成系统的示意图。

图4是本发明一实施例提供的丢轴及拍照车轮的判断方法的流程图。

图5是本发明一实施例提供的一种车辆踏面图像合成方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“前”、“后”是以列车来临的方向为“前”，以列车离去的方向为“后”。

图1是本发明实施例提供的一种车辆踏面图像合成系统的框图，所述系统包括：控制设备，用于控制图像采集模块采集多幅车辆的各个车轮的踏面图像；图像采集模块，包括：前区采集单元，用于采集多幅车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像；及后区采集单元，用于采集多幅车辆各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像；处理设备，用于将车轮的踏面图像通过图像处理得到车轮的完整图像。

其中，前区采集单元和后区采集单元可分别包括多组拍摄装置，且前区采集单元的拍摄装置被布置成朝列车来临的方向对各转向架中的前一轮对的车轮进行拍摄，后区采集单元的拍摄装置被布置成朝列车离去的方向对各转向架中的后一轮对的车轮进行拍摄，如图2所示(图中从左至右为列车的行驶方向)，分别以一定角度合理安置前区采集单元和后区采集单元的拍摄装置，使之分别对位于转向架不同位置的轮对进行踏面图像采集，以此提高任一转向架中的两车轮的拍摄面积，避免转向架的两车轮间的零部件对拍摄装置拍摄范围的阻碍，同时还可延长同一组拍摄装置对下一个车轮进行拍摄的间隔时间，有利于区分连续拍摄的两个车轮的踏面图像，避免数据混乱。

可以理解，由于角度原因，对于某一对车轮，各组拍摄装置只能拍摄到多幅该对车轮在不同行驶位置时的踏面图像，对应于该对车轮每一车轮的各个区域，因此，通过筛选出每一车轮在不同行驶位置时的踏面图像，通过图像处理技术即可得到各车轮的完整图像。

本发明实施例通过分别采集多幅车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像及后一轮对的车轮的踏面图像，并将车轮的踏面图像通过图像处理得到车轮的完整图像，从而为进一步分析车轮踏面损伤奠定基础，该方法不需要占用车辆运营时间，效率高，且在得到各车轮的完整图像后可进一步量化擦伤程度，提高轮对踏面检测的自动化程度，节省人力资源和时间，此外，通过分别对转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像及后一轮对的车轮的踏面图像进行分别采集，不仅可以避免转向架的两车轮间的零部件对拍摄装置拍摄范围的阻碍，还有利于区分连续拍摄的两个车轮的踏面图像，避免数据混乱。

图3是本发明一实施例提供的一种车辆踏面图像合成系统的示意图。其中，前区采集单元和所述后区采集单元分别包括多组拍摄装置，多组拍摄装置中的每一者均包括对称设置在轨道两侧的两台拍摄设备，所述系统还包括多个触发装置，分别与多组拍摄装置对应，如果车辆的车轮经过多个触发装置中的一者，则该触发装置发送触发信号至控制设备，控制设备接收到触发装置发送的触发信号后，则控制触发装置对应的一组拍摄装置中的两台拍摄设备分别对轨道两侧对称的一组轮对进行踏面图像采集。

具体的，多个触发装置可为触发磁钢，当有列车经过触发磁钢时，与磁钢连接的信号控制箱会给控制设备(例如工控机)发送拍摄命令，由磁钢中断处理程序负责开启该组拍摄装置(例如相机)触发时序定时器，定时器根据拍照时序逻辑发出触发信号，触发该组拍摄装置拍照，同时根据补光逻辑，触发补光灯，对拍照进行补光。

作为一优选实施方式，拍摄装置可为面阵相机。此外也可采用线阵相机。

考虑到触发装置被触发至拍摄装置开始进行拍照期间信号发送及接收的时延性，前区采集单元中的每一触发装置被设置在与每一触发装置对应的拍摄装置的前方且具有第一距离的位置；及后区采集单元中的每一触发装置被设置在与触发装置对应的拍摄装置的后方且具有第二距离的位置，其中，第一距离满足如果车辆的各转向架中的前一轮对的车轮依次经过前区采集单元的各个触发装置，则与区采集单元的各个触发装置对应的各组拍摄装置均能够依次采集到各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像；第二距离满足如果车辆的各转向架中的前一轮对的车轮依次经过后区采集单元的各个触发装置，则与后区采集单元的各个触发装置对应的各组拍摄装置均能够依次采集到各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像。

前区采集单元和后区采集单元的拍摄装置的数量及各拍摄装置之间的间距可根据车辆车轮的直径进行设定，使得前区采集单元和后区采集单元能够分别采集到各转向架中的前一轮对和后一轮对的车轮的各个区域的踏面图像，以此作为合成车轮完整图像的基础。

根据一些常见车型的车轮直径，前区采集单元和后区采集单元可设置为分别至少包括四组拍摄装置。拍摄装置的数量在不同车轮大小的应用中可以进行适当增减。作为一优选实施方式，设置前区采集单元和后区采集单元各包括四组拍摄装置，每组拍摄装置的每个拍摄设备安装在各个探头箱内，即分别为图中1组～4组探头箱和5组～8组探头箱，分别对应1组触发磁钢～4组触发磁钢和5组触发磁钢～8组触发磁钢。各探头箱及与前区采集单元和后区采集单元的各组拍摄装置对应的各触发磁钢设置在相邻的枕木空中，1组触发磁钢到8组触发磁钢跨越了大约12个枕木空，每个枕木空大约为55cm～60cm，故采集区跨度大约为：12*(55cm～60cm)＝660cm～720cm

此外，系统还可包括：开关门磁钢，设置在1组触发磁钢的前方，在车辆的车轮经过开关门磁钢时，开关门磁钢发送触发信号至控制设备，以触发控制设备复位及初始化接车状态。例如触发控制设备控制拍摄装置进入拍摄状态，以做好接车准备工作。

控制设备还用于记录各触发磁钢和开关门磁钢发送触发信号的次数，此外，磁钢的触发时间和每帧图片的采集时间都被控制设备(例如控制设备中的主机)记录，以用作后续的合成依据。根据一些常见车型的轴距，可能会有出现有多个轮同时在采集区上，当车轮通过触发磁钢时，触发相机拍照，就要判断本次触发是对哪个轮对进行拍照；此外，触发磁钢和/或开关门磁钢也可能出现丢轴现象，造成拍照的轴数与车辆的总轴数不匹配，因此也需要对各触发磁钢是否丢轴进行判断。以前区采集单元和后区采集单元分别包括四组拍摄装置为例，具体判断步骤如图4所示。

步骤s401，判断轴号是否小于0，若判断结果为“是”，则判断数据无效，反之执行步骤s402。

其中，为方便理解，通常情况下车辆的轴号被设置为大于或等于0的数字表示，当输入的轴号小于0时，认为此时无需进行丢轴或拍照轮对的判断。当然，本发明实施例中轴号阈值的具体取值只是为了进行示例性说明，并不仅限于设置数字“0”。

步骤s402，判断当前轴(或车轮)经过的触发磁钢是否对应的是前区采集单元的相机，若判断结果为“是”，则执行步骤s403，反之，执行步骤s407。

具体的，各触发磁钢与各相机一一对应，故判断是否为前区采集单元的相机可根据触发磁钢的序号进行确定。

步骤s403，判断当前轴(或车轮)经过的触发磁钢对应的相机是否属于前区采集单元的前两组相机，若判断结果为“是”，则执行步骤s404，反之，执行步骤s405。

步骤s404，判断当前轴(或车轮)经过的触发磁钢后方的两个触发磁钢的触发次数之和是否等于零，若判断结果为“是”，则返回正确结果，说明针对当前轴(或车轮)当前触发磁钢未丢轴，反之执行步骤s405。

可以理解，此处对前方触发装置中的两个触发装置进行判断是为了强化判断结果，当然也可以对前一个触发装置进行判断。

步骤s405，将当前轴的前一轴标记为丢失轴。

此处的方位词“前”表示列车来临的方向。可以理解，对于当前触发磁钢，当前轴经过的该触发磁钢的后两个触发磁钢正常情况下还未被该当前轴触发，即该当前轴未到达该后两个触发磁钢，故当前轴对于该后两个触发磁钢的触发次数之和应等于0；相反，若不等于0，则说明当前轴与理论上当前时刻应该经过当前触发磁钢的轴不匹配。

例如，设2组触发磁钢的截止当前时刻被触发的总触发次数为4次，即理论上对应车辆的第4轴，若此时刻3组触发磁钢和/或4组触发磁钢存在第四次触发，即第四次触发的次数之和不等于0(默认触发磁钢在该次触发中未被第四次触发时的触发次数值为0，被第四次触发时的触发次数值为1)，与理论情况下3组触发磁钢和4组触发磁钢未被第四次触发的情况相悖，则可判定2组触发磁钢此时刻应对应的是第5轴，此时标记第5轴为丢失轴。

步骤s406，判断当前轴(或车轮)经过的触发磁钢前方的两个触发磁钢的触发次数之和是否大于零，若判断结果为“是”，则返回正确结果，说明针对当前轴(或车轮)当前触发磁钢未丢轴，反之说明当前触发磁钢存在丢轴情况。

步骤s407，判断当前轴(或车轮)经过的触发磁钢对应的相机是否属于后区采集单元的前两组相机，若判断结果为“是”，则执行步骤s408，反之，执行步骤s410。

步骤s408，判断当前轴是否为第一轴，若判断结果为“是”，则结束流程，反之则执行步骤s409。

具体的，根据各触发磁钢发送的触发信号的时间及统计的触发次数可得到整列车的轴序列，进而得到轴距表及当前轴号。例如，若触发装置的触发次数不等于1(其中，发生触发情况时触发次数为从1开始计数)，则可确定经过该触发装置的当前轴(或轮对)不是第一轴(或第一组轮对)。

步骤s409，判断当前轴后一轴经过的当前触发装置后方的两个触发装置的触发次数之和是否大于零，若判断结果为“是”，则执行步骤s411，反之则结束流程。

步骤s411，判定当前触发装置对应的一组相机为针对当前轴的轮对进行拍摄。

例如，假设当前轴为第五轴，此时触发6组触发磁钢，若7组触发磁钢和8组触发磁钢对于第四次触发的触发次数之和大于0(默认触发磁钢在该次触发中未被第四次触发时的触发次数值为0，被第四次触发时的触发次数值为1)，则说明第四轴已触发7组触发磁钢和/或8组触发磁钢，此时6组触发磁钢对应的一组相机为针对第五轴的轮对进行拍摄的。

可以理解，此处对后方触发装置中的两个触发装置进行判断是为了强化判断结果，当然也可以对后一个触发装置进行判断。

步骤s410，判断当前轴经过的触发装置前方的两个触发装置的触发次数之和是否大于零，若判断结果为“是”，则执行步骤s411，反之则结束流程。

所述系统还可包括：匹配模块，用于根据开关门磁钢和多个触发装置发送触发信号的次数、触发装置对车辆的车轮丢轴的判定结果及触发装置对应的拍摄装置拍摄所针对的车轮的判定结果生成匹配表，便于工作人员直接获取列车的相关信息。

此外，处理设备进行车轮完整图像的还原时，还包括：对图像采集模块采集的各个车轮的多幅踏面图像进行多余位删除，即删除空白图片或模糊图片，并根据相机工位号保留各工位相机需求的图片；以及对保留的图片进行图片定位，即对属于各个车轮的图片进行区分，进而进行存储。

图片定位的具体过程如下：

1)对由控制箱串口通讯传输的包含有各磁钢的触发时间、图片拍摄时间等时间戳信息的过车报文进行报文解析；

2)通过计轴计辆模块得到此列车过车的有效辆数、轴数；

3)得到对应车辆每一根轴每一个轮对的踏面图片；

4)根据计轴、计辆模块得到的全列轴数、辆数数据，将每台相机所拍摄的图片进行重新排序命名(以辆、轴、位为名)，最终实现落地的过车信息和图片按照辆序、轴序、位序存储，完成按位存储技术的实现。

除通过对每组拍摄装置单独设置一个触发装置进行拍摄的触发外，还可采用一个磁钢并结合测速延时的方式对所有拍摄装置进行触发控制，即在列车车轮经过该磁钢时，根据测速传感器测量的列车速度并结合磁钢至每个相机的距离，从而计算触发各个相机的触发时间，使得列车的各车轮依次进入各相机拍摄范围后触发相机进行拍摄。该方法适用于车辆匀速运行的区段。

触发装置也可采用接近开关等触发装置，结合接近开关的特点对各个接近开关进行合理分布。

本发明实施例通过对每组拍摄装置单独设置一个触发装置进行拍摄的触发，并结合补光灯单元组成图像采集阵列，能够优化拍摄装置的触发时机，在保证相机采集时机准确的基础上，又能够应对局部变速的情况出现；此外本发明实施例还进行了丢轴和当前触发装置对应拍摄的车轮的判定，从而有利于对形成的过车报文的正确性进行判断，以及为图片的定位提供参考信息。

图5是本发明实施例提供的一种车辆踏面图像合成方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤s501，采集多幅车辆各转向架中的前一轮对的车轮的踏面图像。

步骤s502，采集多幅车辆各转向架中的后一轮对的车轮的踏面图像。

具体的，可在轨道检测区域分别设置前区采集单元和后区采集单元，以分别采集各转向架中的前一轮对和后一轮对的车轮的踏面图像，从而提高任一转向架中的两车轮的拍摄面积，避免转向架的两车轮间的零部件对拍摄装置拍摄范围的阻碍，同时还可延长同一组拍摄装置对下一个车轮进行拍摄的间隔时间，有利于区分连续拍摄的两个车轮的踏面图像，避免数据混乱。

步骤s503，判定是否对车辆的车轮存在丢轴。

步骤s504，判断每次采集的图像中是针对的哪个车轮。

具体的，可通过在轨道检测区域设置多组拍摄装置，且每组拍摄装置分别由单独的一个触发装置进行触发控制。如果车辆的车轮经过多个触发装置中的一者，则该触发装置发送触发信号至控制拍摄装置进行拍摄的控制设备，控制设备接收到触发装置发送的触发信号后，则控制触发装置对应的一组拍摄装置对轨道的一组轮对进行踏面图像采集。触发装置可为触发磁钢，此外，还可利用一开关门磁钢在车辆的车轮经过时发送触发信号至控制设备，以触发控制设备复位及初始化接车状态。

还可利用控制设备记录各触发磁钢和开关门磁钢发送触发信号的次数，此外，磁钢的触发时间和每帧图片的采集时间都被控制设备记录，以用作后续的合成依据。

根据一些常见车型的轴距，可能会有出现有多个轮同时在采集区上，当车轮通过触发磁钢时，触发相机拍照，就要判断本次触发是对哪个轮对进行拍照；此外，触发磁钢和/或开关门磁钢也可能出现丢轴现象，造成拍照的轴数与车辆的总轴数不匹配，因此也需要对各触发磁钢是否丢轴进行判断，具体判断流程在上述实施例中已进行具体阐述，此处不再赘述。

步骤s506，生成匹配表。

具体的，根据开关门磁钢和多个触发装置发送触发信号的次数、触发装置对车辆的车轮丢轴的判定结果及触发装置对应的拍摄装置拍摄所针对的车轮的判定结果可生成匹配表，便于工作人员直接获取列车的相关信息。

步骤s505，对采集的图像进行图片处理，得到车轮的完整图像。

在进行车轮完整图像的还原时，还包括：对图像采集模块采集的各个车轮的多幅踏面图像进行多余位删除，即删除空白图片或模糊图片，并根据相机工位号保留各工位相机需求的图片；以及对保留的图片进行图片定位，即对属于各个车轮的图片进行区分，进而进行存储。

本发明实施例所述的车辆踏面图像合成方法的原理及有益效果与上述实施例所述的车辆踏面图像合成系统的原理及有益效果相似，在此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。