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专利号: 2021110931599
申请人: 南昌工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轨道弹条扣件缺陷识别方法,其特征在于,包括:

获取轨道的轮廓高度值;其中,所述轨道上设有弹条扣件;

采用颜色映射方法,根据轮廓高度值构建轮廓彩色深度图像;

从轮廓彩色深度图像中提取完整弹条扣件区域图像;

对完整弹条扣件区域图像中的缺陷弹条扣件进行分类识别;其中,所述缺陷弹条扣件,包括:扣件丢失、扣件异位、扣件折断、扣件螺栓松脱;

所述获取轨道的轮廓高度值,具体包括:

线激光传感器安装在检测车上,用来采集单侧轨道一侧扣件的数据,线激光传感器的线激光垂直投影在被测物表面,调节线激光传感器的安装高度,使正常扣件在线激光传感器的景深范围内,轨道板不在景深范围,使线激光传感器输出被测对象的有效高度值,否则高度值为无效值;

将编码器以同轴转动方式嵌入在检测车车轮里,编码器输出信号线与线激光传感器信号输入线一一对应连接,为线激光传感器提供外部触发信号;

设置线激光传感器参数,启动线激光传感器,移动检测车带动编码器旋转使线激光传感器采集轨道的高度值,假设线激光传感器的横向,垂直于钢轨方向,采集的轮廓点个数为N,线激光传感器输出的一组大小为M×N的轮廓高度值,M表示轮廓的行数或者固定长度;

所述构建轮廓彩色深度图像,具体包括:

获取线激光传感器的高度方向视野范围,即最高和最低深度值分别表示为Zmax,Zmin,线激光传感器的高度方向视野范围为Zlength,Zlength=Zmax‑Zmin,以步长τ为颜色阶梯,τ由用户设定,将深度分为n段区间,n=(Zmax‑Zmin)/τ,随机选择n种不同颜色存入颜色数组中,设用来存放颜色的数组表示为ColorMap,从ColorMap中的每一个颜色对应于每一段区间;

遍历大小为M×N的高度图,读高度图的每个高度点x,判断该点是否为无效值,若为无效值则将该点映射为黑色,否则计算该高度值所处的分段区间,该点高度值所处的分段表示为:其中,x为深度值;ni为第i种颜色,若ni的值不为整数,则取整数部分;

所述提取完整弹条扣件区域图像,具体包括:

选择一张包含完整弹条扣件的彩色深度图像,标定左右边界Xb1,Xb2;

用大小为(Xb1‑Xb2)×m的窗口在彩色深度图像的Xb1至Xb2的左右边界范围内从上之下逐行滑动窗口,m为弹条扣件的高度,计算窗口内非黑色像素点的个数,当窗口内非黑色像素点的个数达到最大,窗口所在位置即为扣件区域,根据窗口上下边界在彩色深度图像中的行号定位弹条扣件的上下边界Yb1,Yb2;并根据弹条扣件的左、右、上、下边界确定弹条扣件在彩色深度图像中位置;其中,所述非黑色像素点代表该点深度值为有效值;

以Xb1,Xb1+δ作为左右边界,Yb1,Yb2作为上下边界,提取完整弹条扣件区域图像;其中,δ为设定参数。

2.如权利要求1所述的轨道弹条扣件缺陷识别方法,其特征在于,还包括:判断轮廓彩色深度图像中是否包含完整弹条扣件区域;若弹条扣件区域不完整,则将相邻的包含不完整弹条扣件区域的轮廓彩色深度图像进行拼接,形成包含完整弹条扣件区域的轮廓彩色深度图像。

3.如权利要求1所述的轨道弹条扣件缺陷识别方法,其特征在于,所述对完整弹条扣件区域图像中的缺陷弹条扣件进行分类识别,具体包括:采用预训练和迁移学习得到网络参数,并结合弹条扣件样本,构建基于深度卷积神经网络的弹条扣件缺陷识别模型;

将完整弹条扣件区域图像输入至基于深度卷积神经网络的弹条扣件缺陷识别模型中,获得缺陷弹条扣件。

4.一种轨道弹条扣件缺陷识别装置,其特征在于,包括:

高度值获取模块,用于获取轨道的轮廓高度值;其中,所述轨道上设有弹条扣件;

彩色深度图像构建模块,用于采用颜色映射方法,根据轮廓高度值构建轮廓彩色深度图像;

扣件图像提取模块,用于从轮廓彩色深度图像中提取完整弹条扣件区域图像;

缺陷扣件识别模块,用于对完整弹条扣件区域图像中的缺陷弹条扣件进行分类识别;

其中,所述缺陷弹条扣件,包括:扣件丢失、扣件异位、扣件折断、扣件螺栓松脱;

所述高度值获取模块,具体用于:

线激光传感器安装在检测车上,用来采集单侧轨道一侧扣件的数据,线激光传感器的线激光垂直投影在被测物表面,调节线激光传感器的安装高度,使正常扣件在线激光传感器的景深范围内,轨道板不在景深范围,使线激光传感器输出被测对象的有效高度值,否则高度值为无效值;

将编码器以同轴转动方式嵌入在检测车车轮里,编码器输出信号线与线激光传感器信号输入线一一对应连接,为线激光传感器提供外部触发信号;

设置线激光传感器参数,启动线激光传感器,移动检测车带动编码器旋转使线激光传感器采集轨道的高度值,假设线激光传感器的横向,垂直于钢轨方向,采集的轮廓点个数为N,线激光传感器输出的一组大小为M×N的轮廓高度值,M表示轮廓的行数或者固定长度;

所述彩色深度图像构建模块,具体用于:

获取线激光传感器的高度方向视野范围,即最高和最低深度值分别表示为Zmax,Zmin,线激光传感器的高度方向视野范围为Zlength,Zlength=Zmax‑Zmin,以步长τ为颜色阶梯,τ由用户设定,将深度分为n段区间,n=(Zmax‑Zmin)/τ,随机选择n种不同颜色存入颜色数组中,设用来存放颜色的数组表示为ColorMap,从ColorMap中的每一个颜色对应于每一段区间;

遍历大小为M×N的高度图,读高度图的每个高度点x,判断该点是否为无效值,若为无效值则将该点映射为黑色,否则计算该高度值所处的分段区间,该点高度值所处的分段表示为:其中,x为深度值;ni为第i种颜色,若ni的值不为整数,则取整数部分;

所述扣件图像提取模块,具体用于:

选择一张包含完整弹条扣件的彩色深度图像,标定左右边界Xb1,Xb2;

用大小为(Xb1‑Xb2)×m的窗口在彩色深度图像的Xb1至Xb2的左右边界范围内从上之下逐行滑动窗口,m为弹条扣件的高度,计算窗口内非黑色像素点的个数,当窗口内非黑色像素点的个数达到最大,窗口所在位置即为扣件区域,根据窗口上下边界在彩色深度图像中的行号定位弹条扣件的上下边界Yb1,Yb2;并根据弹条扣件的左、右、上、下边界确定弹条扣件在彩色深度图像中位置;其中,所述非黑色像素点代表该点深度值为有效值;

以Xb1,Xb1+δ作为左右边界,Yb1,Yb2作为上下边界,提取完整弹条扣件区域图像;其中,δ为设定参数。

5.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1~3中任一项所述的方法的步骤。