一种基于图像对比的雪深测量方法
【专利摘要】本发明提供一种基于图像对比的雪深测量方法，在激光测量雪深值发生突变的情况下启动摄像机抓拍，通过图像对比方法判断突变是否由测量区域侵入遮盖物引起，若是则排除异物，通过本文提出的检测方法有效排除了遮盖物对雪深值检测的干扰。计算实时性较好，方便和现有视频监控系统结合，具有很强的实用价值。
【专利说明】
一种基于图像对比的雪深测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及气象观测领域及高铁灾害监测系统雪深监测领域，特别涉及一种基于 图像对比的雪深测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着高速铁路的飞速发展，列车的行驶速度越来越快，因此列车的运行安全成为 铁路运营的重中之重，降雪作为对铁路列车运行安全威胁最大的恶劣气候情况对铁路的安 全运营有着巨大的影响。积雪会造成轮轨摩擦力减小，会大大加大列车的制动距离，由此会 增大事故发生的概率，严重威胁着旅客的生命财产安全。因此，雪深数据的实时性及准确性 就显得尤为重要。
[0003] 传统的方法是采用测雪尺或者有刻度的测雪杆插入雪中至地表面进行地面积雪 深度的测量，由于积雪下面通常有冰层，使得雪尺难以精确测量，同时风吹雪导致积雪重新 分布，因此需要选择有代表性的测量点和多次测量，该方法费时费力、随机误差大，并且难 以实时监测。
[0004] 目前已有的雪深测量方法有放射性同位素法，精度虽然高但会危害测量人员健 康;基于图像处理的测量方法，其受天气和光照影响大，鲁棒性差;超声传感器雪深测量方 法，其受温度风速影响大，基于相位法激光测距原理的雪深测量方法稳定性较强但受雪面 不平整的影响。现有高速铁路雪深监测装置主要是基于激光测距法测量雪深，该种测量方 式要求激光测量径路上不允许存在遮挡，否则会导致测量错误。然而，高速铁路实际应用环 境中，难免出现其它物体进入测量区域，遮挡雪深测量的情况。因此，亟需一种能够辅助检 测测量范围是否存在遮挡物的方法和系统，用于排除这一干扰。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于图像对比的激光测量点遮盖物检测系统，通过对 突变雪深点的摄像机抓拍，利用图像灰度处理，图像二值化处理，形态学处理等一系列处理 方法判断测量点是否有遮盖物的结论。
[0006] 实现本发明目的的具体技术方案为:包括以下步骤： (1)启动激光测量雪深，记录当前测量值为第一测量值;（2)经过一预定时间，再次启动 激光测量雪深，记录此次测量值为第二测量值；（3)将第一测量值与第二测量值进行比较， 若两者的差值大于阈值，则判定测量值发生突变，进入步骤(4)，若两者的差值小于阈值，则 进入步骤(6) ; (4)判断测量区域是否存在引起测量值突变的遮盖物：启动摄像机运动和抓 拍测量区域，将抓拍的测量区域图像与测量区域模板图像进行对比，判断是否存在遮盖物， 若是，执行步骤(5)，若否，执行步骤(6); (5)回传抓拍的图像数据，并报警通知人工进行现 场遮盖物确认及清理工作，遮盖物清理完毕后，将雪深测量数据清零，返回步骤（1); (6)将 第二测量值作为有效雪深测量值输出并记录。
[0007] 优选地，步骤(4)中判断测量区域是否存在遮盖物，包括以下步骤： 1)将抓拍的测量区域的彩色三通道图像转换为单通道的灰度图像;2)将灰度图像差值 取模，并进行二值化处理；3)对二值化处理后的图像进行膨胀和腐蚀处理;4)连通区域筛 选，并计算连通区域面积;5)将计算出的连通区域面积与测量区域模板图像的区域面积进 行对比，判断是否存在遮盖物。
[0008] 本发明具有如下有益效果：该方法在原有单点测量基础上，增加了干扰物分析和 排除的功能，能够提高雪深测量数据的准确度，减少错误报警次数，同时可以为"异物侵限 检测"提供辅助支持，具有一定的应用价值。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0010] 本发明基于图像对比的激光测量点遮盖物检测方法，包括以下步骤： (1) 启动激光测量雪深，记录当前测量值为第一测量值； (2) 经过1分钟，再次启动激光测量雪深，记录此次测量值为第二测量值； (3) 将第一测量值与第二测量值进行比较，若两者的差值大于5mm，则判定测量值发生 突变，进入步骤(4)，若两者的差值小于阈值，则进入步骤(6); (4) 判断测量区域是否存在引起测量值突变的遮盖物：启动摄像机运动和抓拍测量区 域，将抓拍的测量区域图像与测量区域模板图像进行对比，判断是否存在遮盖物，若是，执 行步骤(5)，若否，执行步骤(6); 遮盖物检测，包括以下子步骤： (4.1) 彩色图像的灰度化:首先将彩色的三通道图像转换为单通道的灰度图像，根据视 觉心理学的研究，RGB三通道图像和单通道的灰度图像之间的转化关系如下
(1) (4.2) 图像差值取模 (4.3) 图像二值化处理 (4.4) 利用膨胀和腐蚀这两种形态学处理方法对二值图像进行处理。
[0011] (4.4.1)膨胀 用结构元素6对函数/进行灰度膨胀，记为:/?乂定义为：
这里和1?分别表示/和?的定义域。
[0012] (4.4.2)腐蚀 用结构元素6对函数/进行灰度腐蚀，记为:/1 定义为：
这里和岛分别表示/和?的定义域。
[0013] (4.5)连通区域筛选 (4.6) 计算连通区域面积 (4.7) 判断是否有遮盖物，若是，回传疑似图像，记录检测日志，若否，则结束算法。
[0014] (5)回传抓拍的图像数据，并报警通知人工进行现场遮盖物确认及清理工作，遮盖 物清理完毕后，将雪深测量数据清零，返回步骤(1); (6)将第二测量值作为有效雪深测量值输出并记录。
【主权项】
1. 一种基于图像对比的雪深测量方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 启动激光测量雪深，记录当前测量值为第一测量值； (2) 经过一预定时间，再次启动激光测量雪深，记录此次测量值为第二测量值； (3) 将第一测量值与第二测量值进行比较，若两者的差值大于阈值，则判定测量值发生 突变，进入步骤(4)，若两者的差值小于阈值，则进入步骤(6); (4) 判断测量区域是否存在引起测量值突变的遮盖物：启动摄像机运动和抓拍测量区 域，将抓拍的测量区域图像与测量区域模板图像进行对比，判断是否存在遮盖物，若是，执 行步骤(5)，若否，执行步骤(6); (5) 回传抓拍的图像数据，并报警通知人工进行现场遮盖物确认及清理工作，遮盖物清 理完毕后，将雪深测量数据清零，返回步骤(1); (6) 将第二测量值作为有效雪深测量值输出并记录。2. 根据权利要求1所述的基于图像对比的雪深测量方法，其特征在于，步骤(4)中判断 测量区域是否存在遮盖物，包括以下步骤： 1) 将抓拍的测量区域的彩色三通道图像转换为单通道的灰度图像； 2) 将灰度图像差值取模，并进行二值化处理； 3) 对二值化处理后的图像进行膨胀和腐蚀处理； 4) 连通区域筛选，并计算连通区域面积； 5) 将计算出的连通区域面积与测量区域模板图像的区域面积进行对比，判断是否存在 遮盖物。
【文档编号】G01W1/14GK105976370SQ201610286417
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】秦勇, 姚德臣, 刘洋, 程晓卿, 赵雪军, 付勇
【申请人】北京交通大学, 中国铁路总公司