[发明专利]基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统及其方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的机车受电弓状态无线监测系统，包括源单元、触发单元、拍摄单元、补光单元、中心处理单元、故障报警单元、无线通信单元、图像储存单元和信息展示单元，其特征在于：所述的触发单元在检测到机车和机车受电弓到达最佳触发拍摄点时，触发拍摄单元和补光单元同时工作，拍摄单元拍摄受电弓图像和机车标识图像，同时补光单元为拍摄单元提供光照补偿；拍摄单元拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，如果计算结果表明受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果计算结果表明受电弓出现故障，则向故障报警单元发出报警命令，同时把出现故障的受电弓图像和对应的机车标识图像通过无线通信单元远程传回监控中心的图像储存单元，出现故障的受电弓图像、对应的机车标识图像和故障信息最终在信息展示单元得以展示；所述的电源单元同时为拍摄单元、触发单元、补光单元和中心处理单元供电。

2.一种利用权利要求1所述装置的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测方法，其特征在于包括下述步骤：

(一)确定最佳触发拍摄点，包括以下步骤：

(1)计算出拍摄单元的成像在垂直方向的尺寸n＝m×c×b/d，其中，成像物的垂直尺寸为m，预定成像视场的垂直尺寸为d，d大于m，拍摄单元传感器的一个像素点的工艺尺寸为b，拍摄单元在垂直方向上传感器的个数为c；

(2)根据凸透镜成像规律和计算出拍摄单元成像的物距得其中，拍摄单元的焦距为f，拍摄单元成像的物距为u，像距为v；

(3)触发单元第一次触发工作时，测得机车与触发单元的距离L1，触发单元第二次触发工作时，测得机车与触发单元的距离L2，两次触发的时间间隔为ΔT，则该机车行驶的平均速度为V=L1-L2ΔT;]]>

(4)拍摄单元的触发响应延时时间为t1，触发单元的响应延时为t2，机车在(t1+t2)的触发延时时间内行驶的距离S=V(t1+t2)=L1-L2ΔT(t1+t2);]]>

(5)触发单元的最佳触发拍摄点是机车到触发单元的距离为S+u=L1-L2ΔT(t1+t2)+f(dcb+1).;]]>

(二)拍摄单元拍摄受电弓图像和机车标识图像，同时补光单元为拍摄单元提供光照补偿；

(三)拍摄单元拍摄到的受电弓图像和机车标识图像传输到中心处理单元，进行处理和计算，包括以下步骤：

(a)把正常状态的受电弓图像作为标准受电弓照片A0；

(b)预存机车标识图像，把机车标识牌各汉字、字母的图像建立图像信息库B0；

(c)对系统工作时实时输入的受电弓图像A1和机车标识图像B1进行灰度拉伸、中值滤波和直方图均衡化处理；

(d)运用Harris算法对标准受电弓照片A0、受电弓图像A1、图像信息库B0和机车标识图像B1进行特征点提取，提取的特征点集合分别是{α0}、{α1}、{β0}、{β1}；

(e)对{α0}和{α1}运用SIFT算法计算单应矩阵H1，对{β0}和{β1}运用SIFT算法计算单应矩阵H2；

(f)把受电弓图像A1矩阵左乘H1的逆矩阵得到图像A2，使受电弓图像A1和标准受电弓照片A0实现图像配准；把机车标识图像B1矩阵左乘H2的逆矩阵得到图像B2，使机车标识图像B1和图像信息库B0实现图像配准；

(g)对图像A2、受电弓图像A1和图像B2分别进行加权求和的灰度化处理、自适应阀值法的二值化、高通滤波的梯度锐化处理最终得到图像A3、A4和图像B3；

(h)对图像A3、A4和图像B3进行区域分割处理，在经过图像归一化处理后，提取受电弓和机车标识牌特征，得到受电弓图像A5、A6和机车标识牌图像B4；

(i)对受电弓图像A5、A6和机车标识牌图像B4进行形态学闭运算后，进行进行Hough变换整体处理得到图像A7、A8和图像B5，图像A8储存在中心处理单元14用于下次图像运算处理；

(j)统计图像A8灰度值为1的像素点的数目为m个，把图像A8矩阵与图像A7矩阵进行减法运算，统计相减后图像的灰度值为1的像素点的数目为n；如果n/m的值大于设定的阀值则表示受电弓结构缺失，属于受电弓故障；

(k)提取图像A7的直线边缘，找到最长的两条边缘直线，统计两条边缘尺寸之间的像素点数目为a，假定拍摄单元传感器的一个像素点的工艺尺寸为b，受电弓滑板条的原始厚度为c，则受电弓滑板条的磨损耗为c-a×b；

(l)从图像B5中提取车牌字符特征，在已有的字符特征库中输入已有的字符特征，进行特征字符的匹配，最终识别出字符结果；

(四)如果计算结果表明受电弓状态正常，则储存该受电弓图片，如果计算结果表明受电弓出现故障，则进入下一步；

(五)发出报警命令，同时把出现故障的受电弓图像和对应的机车标识图像远程传回监控中心。

3.根据权利要求2所述的基于图像处理的机车受电弓状态无线监测方法，其特征在于：所述的步骤(j)设定的阀值为5％。