[发明专利]一种铁轨表面缺陷快速检测系统及方法

权利要求书

1.一种铁轨表面缺陷快速检测系统，其特征在于，包括通过线缆顺次连接的图像采集系统、高速图像处理系统和计算机，所述计算机内集成图像分析处理系统和机器学习系统；

所述图像采集系统包括拍摄模块和定位模块，所述拍摄模块包括照明单元和拍摄单元，图像采集系统通过PCI标准总线与所述高速图像处理系统相连，通过控制总线与所述计算机相连；

高速图像处理系统为FPGA硬件，包括信号转换模块和信号传输模块，所述信号传输模块将图像数据传送到计算机；

所述图像分析处理系统包括图像预处理模块、铁轨定位模块、缺陷识别模块、缺陷快速定位模块，对图像信息进行分析处理；

所述机器学习系统包括缺陷特征提取模块和缺陷分析模块，所述缺陷特征提取模块提取铁轨表面缺陷的几何形状特征、骨架特征，所述缺陷分析模块作为周期性数据总结分析的重要依据，提供对铁轨表面的缺陷类型和对应维护策略。

2.根据权利要求1所述的一种铁轨表面缺陷快速检测系统，其特征在于，所述图像预处理模块包括图像降噪处理单元，消除高斯白噪声或者椒盐噪声；所述铁轨定位模块包括图像增强单元、图像分割单元、轨面分割单元、轨面提取单元，所述图像增强单元提高氧化锈蚀的铁轨的颜色与铁轨底部的路面颜色辨识度；所述图像分割单元选取合适分割阈值去除非铁轨表面区域；所述轨面分割单元对图像进行局部的灰度补偿；所述轨面提取单元提取轨面；所述缺陷识别模块包括灰度补偿单元、边缘检测单元、区域填充单元，所述灰度补偿单元通过引进一个灰度补偿系数消除暗影的影响；所述边缘检测单元通过选择Sobel算子对图像进行分割，保留图像边缘用于识别的有用信息；所述区域填充单元对所述边缘检测单元处理后的边缘检测图进行形态学处理。

3.根据权利要求2所述的一种铁轨表面缺陷快速检测系统，其特征在于，所述照明单元为LED线阵光源，所述拍摄单元为线性CCD相机，所述定位模块为光电编码器和GPS定位器，所述信号转换模块为视频解码器和图像缓冲器，所述信号传输模块为camera link接口。

4.一种铁轨表面缺陷快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)计算机控制所述图像采集系统获取待测轨道表面图像信息，所述图像采集系统把采集的图像信息输送到所述高速图像处理系统，拍摄模块获取的图像信息传输到计算机进行缺陷识别，所述定位模块获取的位置信息传输到计算机进行缺陷位置的确定；

S2)高速图像处理的系统信号转换模块实时地将视觉传感器获取得模拟视频信号转换为数字图像信号，信号传输模块将图像直接传送给计算机进行显示和处理，或者将数字图像传送给图像分析处理系统进行视觉信号的前端处理；将定位模块获取的图像位置信息通过控制总线传输给计算机对图像进行实时定位；

S3)所述图像分析处理系统分析处理主要包括对获取的图像的预处理和特征识别等,完成铁轨表面缺陷的识别和定位，图像分析处理系统分析处理后的图像信息传输到所述机器学习系统；

S4)所述机器学习系统对铁轨表面缺陷预处理之后的图像进行特征的提取，筛选出能够反映缺陷本质的特征度量，方便缺陷的分类。

5.根据权利要求4所述的一种铁轨表面缺陷快速检测方法，其特征在于，所述步骤S1)中包括如下内容：

S11)照明单元消除环境干扰后，拍摄单元获取对应被检测铁轨表面信息，同时定位模块采用光电编码器和GPS定位器对缺陷定位。