[发明专利]一种铁轨表面缺陷快速检测系统及方法

说明书

本发明提出一种铁轨表面缺陷快速检测系统及方法，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，计算机内集成图像分析处理系统和机器学习系统，图像采集系统以实现获取对应检测对象信息、对铁轨表面缺陷定位；高速图像处理系统以实现将模拟视频信号转换为数字图像信号、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专用图像处理系统进行视觉信号的前端处理的功能；图像分析处理系统以实现快速检测铁轨表面缺陷的功能；机器学习系统以实现提高检测效率、提高检测精度的功能。本发明的系统安装在铁轨检修机上用于对铁轨表面缺陷进行快速检测，检测精度高、自动化程度高、成本低廉。

技术领域

本发明属于铁轨状态检测及维护的技术领域，尤其涉及一种铁轨表面缺陷快速检测系统及方法。

背景技术

轨道线路是保障列车高密度运行及进行繁重运输任务的基础设施，在高频使用的过程中，荷载重复振动会让铁路线路发生变化出现表面缺陷等，铁轨表面缺陷主要包括铁轨表面裂纹，擦伤，掉块，以及表面出现暗光或黑线等。现有的检测方法主要有人工检测、轨检车检测、基于机器视觉的检测等方法。

人工检测是轨道检测的传统检测方法，主要依靠工作人员沿铁路线目视和持检测工具，沿铁路线步行的方式检查，该种检测方法能够有效的检测出轨道的表面缺陷问题，但该方法存在抽检率低、准确性不高、效率低、劳动强度大、受人工经验和主观影响大等问题。

轨检车检测主要结合现代传感器技术和计算机数据处理实现了轨道左右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等几何状态和不平顺状况的检测。现今发达国家大多数已拥有自己研制生产的中高速或高速轨检车。但我国轨检车的性能和应用标准还存在一定差距，主要表现在：部分关键传感器未能国产化；对轨检车的检测数据还不能充分利用等问题。除此之外，国内现有的轨检车也只能完成轨道几何形位的检测，尚未实现铁轨表面缺陷检测的自动化。

发明内容

本发明提供一种铁轨表面缺陷快速检测系统及方法，用于克服传统铁轨表面缺陷检测方法中存在的抽检率低、准确性不高、实时性差、效率低以及不能自动化检测等问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：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。

按上述方案，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。