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        基于圖像技術(shù)的CRTSⅠ型軌道板切割拼接研究

        2020-06-19 03:34:08宋坤駿中國鐵路上海局集團有限公司科研所
        上海鐵道增刊 2020年1期
        關(guān)鍵詞:板縫補丁扣件

        宋坤駿 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

        1 引言

        高鐵作為長三角地區(qū)的城際客運鐵路線網(wǎng)的主骨架,其安全運營關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全,對經(jīng)濟社會健康發(fā)展具有重要意義。對軌道巡檢采集回的圖像數(shù)據(jù)的正確處理,其基礎(chǔ)是對原始數(shù)據(jù)的正確分割和拼接。

        CRTS1 型軌道板按照板長可以分為5 扣件,6 扣件,8 扣件,9 扣件長,其中以8 扣件和6 扣件長最為常見。原始圖片數(shù)據(jù)隨車采集,其寬高固定,像素寬度為2048,像素高度為2087,原始圖片中可能出現(xiàn)軌道板間縫隙也可能不出現(xiàn)。(圖1 中原始圖片統(tǒng)一縮小至100×100 大小來展示。)圖1 中第1,2 列是下行線路1相機采集到的數(shù)據(jù),第3 列是下行2 相機采集的數(shù)據(jù)。上行線路圖片數(shù)據(jù)是類似的,算法也相同。

        切割、拼接完成的 5 扣件,6 扣件,8扣件長軌道板樣例圖片如圖2 所示(圖2 中完整軌道板圖片統(tǒng)一縮小至200×100 大小來展示。),圖 2 中第 1 第 2 列是1 相機采集的圖像拼接而成,第3 列是2 相機采集的圖像拼接而成。不同相機采集的圖像的拼接算法是相同的,切換相機時僅有2 個參數(shù)需要修改。

        此外,原始數(shù)據(jù)中還包含道岔圖像,道岔沒有規(guī)律間隔,清晰明確的板縫,無法拼接成完整的軌道板,因而需要在切割前單獨提取,部分道岔樣例圖片如圖3 所示。

        圖3 原始道岔圖片數(shù)據(jù)

        2 處理流程

        2.1 軌道板切割拼接算法

        原始數(shù)據(jù)按照采集時第一張圖片的采集時間分為多個文件夾。原始數(shù)據(jù)拼接為完整軌道板的關(guān)鍵在于將圖中的板縫準確地找出,而道岔段中不存在完整軌道板,因而運行切割拼接算法前將所有連續(xù)道岔段找出,將每一道岔段的末尾圖也就是下一非道岔段的起始圖中板縫y 坐標作為算法的一個輸入?yún)?shù)。對每一非道岔段執(zhí)行以下算法,算法在matlab 環(huán)境中執(zhí)行。

        (1)拼接多張原圖直到長度大于9扣件板長上限

        (2)提取原圖感興趣區(qū)域為原圖某兩列之間的長條狀子圖

        (3)將子圖二值化,分別在6,8,5,9扣件長度附近區(qū)域求區(qū)域內(nèi)二值圖行和

        (4)優(yōu)先統(tǒng)計6,8 扣件附近區(qū)域行和小于閾值的行數(shù)

        (5)6(8)扣件附近存在滿足條件的行且8(6)扣件附近不存在滿足條件的行,則板縫在 6(8)扣件長處

        (6)若6 扣件和8 扣件附近均存在滿足條件的行,則比較6 扣件附近最黑行和8 扣件附近最黑行哪個行和更小,小者為板縫所在

        (7)若還無法確定板縫,則在板長下限以后每一行找二值圖行和小于一定閾值的,認為這種行中行和最小的行為板縫所在

        (8)若還無法確定板縫,則在5,6,8,9扣件長附近找原圖行和最小行,比較四個最小值,其中最小者認為是板縫所在。

        運行上述算法后,每一非道岔段被分割為一塊塊完整的軌道板,但是算法無法保證100%的切割準確率,由于軌道板的連續(xù)性,一塊板切錯會遞推地影響后續(xù)板的準確性。100%準確切割對于板號識別有重要意義,因為在完全正確切割的前提下,每一非道岔段中的板號無需識別,而可以根據(jù)該段初始板號計算得出。切割錯誤的類型包括板縫泛白,將框架板/引接線/導接線誤認為板縫,遞推錯誤(因為上一張錯誤所以本張圖也錯誤)等(具體見圖4)。作者發(fā)現(xiàn)對于所有的切割錯誤類型可以用統(tǒng)一的補丁程序予以糾正,從而達成數(shù)據(jù)庫中圖片數(shù)據(jù)100%正確的要求。作者編寫的這個補丁程序?qū)τ诩m正過程中出現(xiàn)的板數(shù)增多或減少的情況具有很好的適應(yīng)性。它的原理在于,不論對于什么類型的錯誤,總能找出一塊起始板,其上板縫是切割正確的,后面跟著切錯的板都是遞推錯誤類型,因此可以手工讀出這一段連續(xù)出錯板的長度,輸入補丁程序中予以糾正。為了減少補丁程序的工作量,可以運用的技巧包括查錯時將1,2 相機拍攝的圖片左右拼合,方便根據(jù)一側(cè)有導接線/引接線而另一側(cè)無導接線/引接線等標志物判斷錯誤板段的起始板號,還可以調(diào)節(jié)切割算法參數(shù)減少出錯板數(shù)。經(jīng)反復(fù)試驗,取合適的閾值能夠有效降低出錯板數(shù)。

        綜上,通過先后運行軌道板切割拼接算法和補丁程序,就可以完成CRTS1型軌道板的100%正確分割。

        圖4 切割錯誤類型,從左到右依次為:板縫泛白,框架板誤認為板縫,引接線誤認為板縫,遞推錯誤

        3 結(jié)束語

        本文綜合運用二值化等經(jīng)典圖像處理手段實現(xiàn)了CRTS1 型軌道板圖像的切割拼接,原算法準確率在98%以上,通過補丁程序達到了100%準確率。軌道板的完全正確分割有望應(yīng)用于工務(wù)的多種應(yīng)用場景中。

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