[发明专利]火车车轮踏面图像畸形校正方法及系统

说明书

本发明公开了一种火车车轮踏面图像畸形校正方法及系统，涉及图像处理方法技术领域。所述方法首先采用改进的彩色图像标记分水岭初次分割侧视视角踏面曲面图像，然后根据踏面曲面图像横向和纵向畸变的不同特点顺次进行平面横纵坐标几何校正并在此过程中完成踏面区域的二次分割与视角转换，最后得到踏面正视视角校正图像。所述方法可以准确分割并校正侧视视角踏面图像，为实现踏面故障区域的精确测量打下基础。

技术领域

本发明涉及图像处理方法技术领域，尤其涉及一种火车车轮踏面图像畸形校正方法及系统。

背景技术

随着铁路运输的高速化和重载化发展，铁路运输安全问题日益突出。轮对是铁路运输车辆的核心部件之一，轮对踏面作为车辆与钢轨间的直接接触部分，直接承担着车辆与钢轨间的所有作用力，工作环境恶劣，因此轮对踏面缺陷成为了轮对主要故障之一。轮对踏面故障会影响轮轨接触状态，给车体造成周期性的冲击，对转向架的其它部件和轨道路基造成损害，并且强烈的振动会对运输客货产生不利的影响。如果不能及时发现，随着时间累积会造成很大的安全隐患，因而加强轮对踏面状态检测对保障行车安全具有重要意义。

国内外学者对轮对踏面故障检测技术进行了深入的研究。美国的MERMEC公司研发的W-INSPECT系统利用高分辨率相机和特定的补偿光源获得车轮整个踏面的图像并对获取的图像进行分析，判别轮对踏面的擦伤和剥离等故障，检测速度可以达到30Km/h；德国的Hegenscheidt-MFD公司的Argus_II系统通过将两个超声波探头向接触的车轮发送瑞利面波形式的超声波脉冲并检测循环信号的响应的方式来获取车轮信息，并利用一定的标准分析信号幅值进行判断踏面故障，其检测效果很好，但设备成本很高；西南交通大学的踏面损伤在线检测系统是基于光学的擦伤检测方法，其设计思路是当车轮从钢轨经过时必然引起钢轨的形变，正常车轮引起的形变是恒定的，而存在踏面缺陷的车轮经过必然发生形变的变化，因此可以通过光学传感器分析一段钢轨的形变来判断车轮踏面是否有缺陷，虽然其具有较高精度，但受钢轨振动影响较大且仅能提供一个踏面缺陷的阈值判断情况，而无法返回确切的缺陷状况；西北工业大学的田丽丽设计的在线式踏面伤损检测系统利用3组面阵相机拍摄经过的车轮，实现了对各个踏面图像的分割和损伤区域定位；南京航空航天大学的孙冉使用三组线阵相机对车轮踏面图像进行检测，与面阵相机相比避免了踏面图像光照不均匀的情况。

踏面故障类型复杂，简单的声音和振动信号阈值判断并不能得到足够的踏面状态信息，因此图像检测这种全踏面信息检测方式成为了当前的主流。由于图像采集设备位置设置的限制无法实现踏面正视视角图像的提取，传统方法侧视视角采集图像后往往直接根据踏面曲面图像进行故障定性判断，此类方法首先未考虑图像采集方位与踏面相对位置的变化对成像的影响，更重要的是提取的踏面曲面带有严重畸变，无法对缺陷部分面积进行定量计算、精确分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以准确分割并校正侧视视角踏面图像的图像畸形校正方法及系统，为踏面缺陷面积的精确计算打下基础。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种火车车轮踏面图像畸形校正方法，其特征在于包括如下步骤：

采集运动状态下铁路运输车辆的车轮踏面图像；

采用MSRCR算法对彩色的踏面图像进行处理用于恢复踏面图像的真彩色信息；

采用改进的彩色图像标记分水岭算法得到图像各连通域脊线图；

根据采集踏面图像特点，寻找图像中像素点最多的连通域对踏面图像进行初次分割，提取出踏面曲面；

根据踏面曲面图像横向和纵向畸变的不同特点顺次进行平面横、纵坐标几何校正并在此过程中完成踏面区域的二次分割与视角转换；

输出踏面正视视角校正图像。

进一步的技术方案在于：所述的采集运动状态下铁路运输车辆的车轮踏面图像的方法如下：