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专利名称：基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法
技术领域：
本发明涉及高速铁路检测设备制造领域，尤其是受电弓滑板裂纹识别方法
背景技术：
高速铁路均采用电力牵引，电力牵引是目前所知能源利用率最高、最节能环保的轨道交通牵引方式。因此，目前所有新建轨道交通，无论是高速、重载，还是城市轨道交通， 几乎全部采用电力牵引。电力机车在高速运行条件下从接触网上汲取电流，运行中必须保证受流的不间断和绝对可靠，怎样保证高速运行列车具有良好的受流质量是电气化铁路的关键技术之一。受电弓是电力机车从接触网上汲取电流的装置，它与接触网导线直接接触，从接触网导线上获取电流，供机车使用，受电弓与接触线配合共同担负着把从牵引网获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。由于受电弓与接触网之间存在复杂的力学和电气交互影响，其故障率一直较高。弓网故障比较复杂，受电弓的损坏与接触网的故障有时候密不可分，受电弓的故障可能造成接触网的损坏，而接触网出现问题也对受电弓不利。所以， 通过对受电弓状态的实时监测，可以及时发现受电弓故障，同时通过受电弓的运行情况可以判断接触网的状态，从而有利于受电弓与接触网的及时检修，减少弓网故障的发生。目前已有的受电弓故障检测技术主要有人工检测方式、定点在线检测方式和基于图像处理的检测识别方式等，通过传感器、红外线设备、摄像机等辅助装置实现对受电弓状态的检测。但是，现有对受电弓故障的研究集中于对滑板磨耗超限的检测，对滑板表面不良状态检测(如裂纹检测)的研究较少，而滑板裂纹故障极易造成更加严重的弓网事故。文献“Minoru Ogasawara.铁道车辆道旁监测系统的发展现状.国外机车车辆工艺，于慧娟译.2000，5 :1_3”介绍了东日本铁路公司开发的受电弓滑板条磨损自动测量装置。该系统由超声波传感器、摄像机、照明灯、触发开关组成。该装置将超声波传感器架设在铁路沿线，当机车通过时，超声波传感器发出超声波，通过空气传输到达被测物上后经反射返回到传感器上。依据超声波传输的时间以及当时的波速，可以计算出滑板条的厚度。文献“李宗智.受电弓动态监控装置的研究.西南交通大学硕士学位论文，2004” 介绍了一个受电弓动态监控系统，该系统可以24小时从水平、垂直方向对行驶中的列车受电弓进行实时监视，然后通过对监控图像的人工分析，判断出弓网系统的异常信息，并及时报警° 文献"Otsuki Yasutake, Kosaka shuiehi, Naka shigeki. Development of a pantograph automatic monitor. JREA. 1999,42(7) :26266_26269”中介绍的受电弓自动监视装置采取了电子计算机对CCD摄像机拍摄的受电弓图片进行分析处理。该装置是由光学系统、画面处理系统和显示系统三部分组成。光学系统由架设在接触线上空横梁上的光电传感器、不受光照强度影响的照明设备和装有CCD摄像机的部件组成。画面处理系统是对光学系统各个部分进行控制和对CCD摄像机所拍受电弓图片进行处理的装置，该部分能测量滑板条厚度、识别受电弓异常和滑板条的非正常磨耗。文献“L G. C. Hamey, T. Watkins, S. W. T. Yen. Pancam :In_Service Inspectionof Locomotive Pantographs. 9th Biennial Conference of the Australian Pattern Recognition Society on Digital Image Computing Techniques and Applications, 2007 :493-499”介绍了一种Pancam机车受电弓在线监测系统。它根据受电弓的结构特征， 对受电弓各个部分采用不同的图像处理方法，完全实现了自动化。该系统使用两台CCD相机分别捕捉运行状态受电弓的侧视图和俯视图，侧视图用于检测碳滑板条的磨损，俯视图用于分析弓角部分的损坏。文献“冯倩.机车受电弓图像智能处理检测研究.西南交通大学硕士学位论文， 2008”介绍了基于图像处理的机车受电弓无线视频监测系统，该系统主要对TSG3-63(V25 型单臂受电弓图片的受电弓倾斜、滑条丢失、滑条磨耗超限和滑条裂纹故障进行识别。它是通过使用照相机拍摄受电弓的动态图像，应用计算机智能识别技术对机车受电弓各种故障进行自动识别，使用无线传输系统对机车受电弓进行远程监控，并借助以太网实现各监控点的远程联网。

发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的在于提供一种受电弓滑板裂纹故障的检测方法，该方法是采用图像处理技术对受电弓图像进行处理、分析，以实时识别出电弓滑板裂纹的存在。其核心是将空间域的受电弓滑板图像转换到曲波域进行分析，通过对受电弓滑板图像的曲波分解系数矩阵的处理，有效提取滑板裂纹故障特征。对于滑板裂纹图像曲波分解系数矩阵，采用基于曲波域移动平行窗的受电弓滑板裂纹识别算法区分裂纹图像与其它滑板固有图像，然后对滑板各种图像特征进行分类、处理，提取裂纹特征。本发明的目的是通过如下的手段实现的一种基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法，通过列车轨道沿线的拍摄系统采集受电弓图像，包含如下手段(1)、受电弓图像采集及图像预处理CCD (Charge-coupled Device)工业照相机在受电弓工作面的垂直拍摄的图像；对获取图像进行融合、增强、边缘检测和滑板图像截取的预处理操作，得到滑板图像；(2)、对⑴所截取的滑板图像进行二代曲波变换，将空间域的图像转换为曲波域的曲波分解系数矩阵；经全局系数的阈值处理滤除图像中的刮痕、螺钉等伪故障特征；(3)、使用移动平行窗法对( 数据进行处理，滤除滑板图像上除裂纹外的其它固有图像元素对应的曲波系数，最后，对处理后的曲波分解系数矩阵进行逆变换，提取出滑板裂纹图像，实现受电弓滑板裂纹故障的检测识别。与现有技术相比，采用本发明的方法的有益效果是1、本发明所采用的受电弓裂纹故障检测方法是基于图像处理技术的，是以受电弓图像为检测对象，通过对现场采集图片的处理来提取裂纹故障特征，实现检测的目的。2、本发明针对受电弓滑板裂纹图像具有线奇异性的特征，在图像处理技术中运用了对线奇异性具有良好表达能力的曲波变换，把空间域的图片转换为曲波域的系数矩阵， 通过对曲波分解系数矩阵的分析与处理来对滑板图像中的各种元素进行分类，提取裂纹图像曲波系数与其它滑板固有图像曲波系数的差异，实现对裂纹故障的识别。3、本发明采用图像融合技术弥补现场采集图像的动态模糊与曝光不均勻的缺陷，把相邻时刻同一摄像机拍摄的受电弓图片进行融合，从而得到相对完整清晰的图片。
如上所述，本发明采用的方法针对了受电弓滑板裂纹线奇异性的特点，运用曲波变换有效的捕捉裂纹图像的线性特征，能精确、有效的提取裂纹特征，实现受电弓裂纹故障的检测。


图1粉末冶金滑板示意图。
图2为受电弓滑板图像特征图。
图3移动平行窗原理图。
图4受电弓滑板提取结果。
图5为受电弓滑板裂纹提取结果图。
图6过曝光滑板图像。
图7受电弓滑板裂纹提取结果。
图8受电弓滑板图。
图9受电弓滑板裂纹提取图
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的详述。图1为本发明图像预处理流程图。A、受电弓图像预处理a.受电弓图像融合对于同一传感器相邻时刻获得的两幅不同的受电弓图片，采用基于二代曲波变换的图像融合算法对其进行融合处理，以获得相对较清晰完整的图像。基于曲波变换的受电弓图像融合算法是在曲波域对图像的曲波分解系数的融合，采用如下融合准则(1)低频部分采用加权平均准则，即赋(iJYki 1尺度，k方向上位置坐标为(i，j)的低频系数，则
权利要求
1.一种基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法，通过列车轨道沿线的拍摄系统采集受电弓图像，包含如下手段(1)、受电弓图像采集及图像预处理CXD工业照相机在受电弓工作面的垂直拍摄的图像；对获取图像进行融合、增强、边缘检测和滑板图像截取的预处理操作，得到滑板图像；O)、对(1)所截取的滑板图像进行二代曲波变换，将空间域的图像转换为曲波域的曲波分解系数矩阵；经全局系数的阈值处理滤除图像中的刮痕、螺钉等伪故障特征；(3)、使用移动平行窗法对( 数据进行处理，滤除滑板图像上除裂纹外的其它固有图像元素对应的曲波系数，最后，对处理后的曲波分解系数矩阵进行逆变换，提取出滑板裂纹图像，实现受电弓滑板裂纹故障的检测识别。
2.根据权利要求1所述之基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法，其特征在于，所述图像融合为由同一 CCD照相机相邻时刻获得的两幅不同的受电弓图片，采用基于二代曲波变换的图像融合算法对其进行融合处理；其融合准则低频部分采用加权平均准则，高频部分采用较大拉普拉斯能量和准则。
3.根据权利要求1所述之基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法，其特征在于，所述移动平行窗法对对( 数据进行处理是指构造由三个方向为3 π/4的平行四边形组成的矩形窗口，带状平行四边形窗的水平宽度为(2ρ+1)，垂直高度为矩阵的行数M'， 相邻平行四边形窗的间距为d，矩形窗中阴影部分对应的矩阵元素置1，其余部分置0，
全文摘要
本发明为一种基于曲波域移动平行窗的受电弓裂纹故障检测方法，通过列车轨道沿线的拍摄系统采集受电弓图像，对其进行图像进行系列的预处理操作得到滑板图像；对滑板图像进行二代曲波变换，将空间域的图像转换为曲波域的曲波分解系数矩阵，采用移动平行窗法对曲波分解系数矩阵进行分析、归类和阈值处理，滤除滑板图像上除裂纹外的其它固有图像元素对应的曲波系数，最后对处理后的曲波分解系数矩阵进行逆变换，即可提取出滑板裂纹图像，实现受电弓滑板裂纹故障的检测识别。本发明方法针对受电弓滑板裂纹线奇异性的特点，运用曲波变换有效地捕捉裂纹图像的线性特征，能精确、有效的提取裂纹特征，实现受电弓裂纹故障的检测。
文档编号G01N21/88GK102288614SQ201110130250
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者刘志刚, 陈坤峰 申请人:西南交通大学