【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高铁转辙机缺口状态检测技术，尤其是涉及一种基于自适应图像匹配的高铁转辙机缺口状态实时检测方法。
技术介绍
1、转辙机是实现铁路道岔闭合与分离的动力设备，通过控制铁轨上道岔的闭合方向实现火车的换轨，是保证列车运行和安全的关键设备之一。然而，大部分道岔及转辙机的工作环境位于野外，恶劣的天气和自然环境会影响道岔和转辙机的正常工作，因此需常态化检测它们的工作状态，使之在发生故障之前能及时得到维修或更换，提前消除事故隐患，以确保铁路的安全运行。
2、转辙机内部的闭锁机构和连杆之间的缺口的宽度，以及转辙机的振动速度和加速度等参数体现了转辙机的工作状态，间接反映了道岔的工作状态。目前，国内对转辙机缺口状态检测主要采用机械触点式或光电探测式方法进行检测。机械触点式传感器大都是机械行程开关，大部分只能检测开关量，不能反应设备的精确状态和误差程度，列车经过时产生的振动易引起机械触点式传感器的耗损，而且转辙机内部空间狭小，原有结构十分紧密，内部增加机械触点式传感器也会引发其他问题。光电探测式传感器则易受强电磁干扰的影响，可能会导致检测误差大甚至无法正确检测的情况。
3、当前较新颖的转辙机缺口状态检测方法采用的是基于视频图像监控的方法，将摄像头和补光灯安装在转辙机内部，直接对着缺口录制视频并实时检测缺口的实际偏移，具有不易磨损、抗干扰强、现场状态可回溯观看等优点。由于转辙机内部环境是封闭的，基本不受外界光照影响，因此基于视频图像监控的方法较易于实施。缺口的一侧是固定侧，另一侧是移动侧，当列车经过转辙机时移动侧会
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于自适应图像匹配的高铁转辙机缺口状态实时检测方法，其能够准确、实时地追踪到缺口位置，计算缺口中的动边运动速度和加速度，为转辙机故障诊断提供数据基础。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于自适应图像匹配的高铁转辙机缺口状态实时检测方法，其特征在于包括三个阶段，第一阶段为从参考帧中提取出最优匹配模板结构；第二阶段为确定待检测帧中与最优匹配模板结构最接近的匹配区域，并获取待检测帧中动边的位置以及缺口的宽度；第三阶段为根据相邻帧中的动边的位置，计算动边运动速度和动边运动加速度；
3、所述第一阶段的具体步骤如下：
4、步骤1.1：选择一个转辙机视频文件；然后在转辙机视频文件中，从缺口处于静止状态的视频片段中任意提取一帧图像作为参考帧；
5、步骤1.2：判断参考帧中的缺口的静边和动边的位置，若静边在缺口右侧、动边在缺口左侧，则将参考帧旋转180°，确保静边在缺口左侧、动边在缺口右侧，并设置变量rotate180＝1；若静边在缺口左侧、动边在缺口右侧，则对参考帧不作处理，并设置变量rotate180＝0；其中，缺口的静边为缺口的固定侧的边界，缺口的动边为缺口的移动侧的边界；
6、步骤1.3：在步骤1.2的基础上，从参考帧中分割出一个动边运动及其外拓区域，其宽度为参考帧中的缺口的静边与动边之间的宽度的2倍，其高度为其宽度的1/10至1/2，且在宽度方向上其覆盖参考帧中的缺口的静边与动边之间的区域，使缺口的静边与动边之间的区域大致在动边运动及其外拓区域的中间片区，其左边界在缺口的静边的左侧、右边界在缺口的动边的右侧；然后根据动边运动及其外拓区域和参考帧中的缺口的静边，确定一个动边运动区域，其为由参考帧中的缺口的静边以及动边运动及其外拓区域的右边界、上边界、下边界围成的区域；再记录动边运动区域的左上角顶点在参考帧中的坐标位置(mrmbx0,mrmby0)，记录动边运动区域的宽度mrmbw、高度mrmbh，记录位于动边运动区域上的静边的列坐标fixbx，记录位于动边运动区域上的动边的列坐标mobilebx，fixbx和mobilebx都是以动边运动区域的左上角顶点为原点的相对列坐标；
7、步骤1.4：通过自适应方法确定参考帧中的最优动边邻域图像及最优匹配模板结构，具体步骤如下：
8、步骤1.4.1：在动边运动区域中，以mobilebx为中心列，分别向左和向右取(mbrw-1)/2列，构成候选动边邻域图像，其左上角顶点的坐标位置相对于以动边运动区域的左上角顶点为原点而言为(mobilebx-(mbrw-1)/2,0)，其宽度为mbrw、高度为mrmbh；其中，mbrw为大于1的奇数，设定mbrw的初始值为7；
9、步骤1.4.2：计算候选动边邻域图像中的每一列的平均亮度，并记录于亮度列均值数组mbrintensity中，mbrintensity中的第x个元素即为候选动边邻域图像中的第x列的平均亮度，记为mbrintensity[x]，其中，mbrintensity的长度为mbrw，候选动边邻域图像中的像素点的列号为x，x＝0,1,…,mbrw-1，候选动边邻域图像中的像素点的行号为y，y＝0,1,…,mrmbh-1，mbr[x][y]表示候选动边邻域图像中第x列第y行的像素点的亮度值；
10、步骤1.4.3：计算mbrintensity的前半段亮度之和，即候选动边邻域图像的左半部分的亮度总和，记为lisum，并计算mbrintensity的后半段亮度之和，即候选动边邻域图像的右半部分的亮度总和，记为risum，如果lisum大于risum，则表明候选动边邻域图像的左半部分比右半部分亮，将左右亮度对比变量mbrintensityc设为1；如果lisum小于risum，则表明候选动边邻域图像的左半部分比右半部分暗，将左右亮度对比变量mbrintensityc设为2；如果lisum等于risum，则表明候选动边邻域图像的左半部分与右半部分亮度相同，将左右亮度对比变量mbrintensityc设为3；
11、步骤1.4.4：对候选动边邻域图像使用sobel算子，得到对应的边缘纹理图像，记为mbrsobel；然后计算mbrsobel中的每一列的平均值，并记录于纹理列均值数组mbrtexture中，mbrtexture中的第x个元素即为mbrsobel中的第x列的像素值平均值，记为mbrtexture[x]，其中，mbrtexture的长度为mbrw，mbrsobel中的像素点的列号为x，x＝0,1,…,mbrw-1，mbrsobel中的像素点的行号为y，y＝0,1,…,mrmbh-1，mbrsobel[x][y]表示mbrsobel中第x列第y行的像素点的像素值；
12、步骤1.4.5：计算mbrtexture中所有元素的方差，记为mbrtexturev；
13、步骤1.4.6：mbrw值自增2，即以mobilebx为中心列向左和向右各增加1列的方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应图像匹配的高铁转辙机缺口状态实时检测方法，其特征在于包括三个阶段，第一阶段为从参考帧中提取出最优匹配模板结构；第二阶段为确定待检测帧中与最优匹配模板结构最接近的匹配区域，并获取待检测帧中动边的位置以及缺口的宽度；第三阶段为根据相邻帧中的动边的位置，计算动边运动速度和动边运动加速度；
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应图像匹配的高铁转辙机缺口状态实时检测方法，其特征在于包括三个阶段，第一阶段为从参考帧中提取出最优匹配模板结构；第二阶段为确定待检测帧...
【专利技术属性】
技术研发人员：应宏微，洪晓波，张鹏鹏，吴建鹏，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：
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