轨道平整度检测系统的设计与研究-机械电子工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 轨道平整度检测系统的设计与研究 摘 要 进入二十一世纪以来，我国铁路交通快速发展，无论是城市轨道交通还是高速铁 路，都呈现出迅猛增长的势头。如何在线对轨道进行高效准确的无损检测就显得越来 越重要。传统的检测方法检测精度不高，而近年来计算机视觉技术的快速发展，已经 在多个领域广泛应用，在轨道检测方面也有一定研究和应用的出现。但是也存在某些 不足：在光源的选择方面，激光相比普通光源优点更多，如何有效配置；在图像采集 阶段，如何在激光光源下完成相机的标定以及精确控制相机的扫描；在图像处理阶段， 针对轨道表面图像的灰度特点，边缘检测的效果有待提高。 针对以上问题，本文依据计算机视觉理论基础，使用激光光源和高速线阵 CCD 摄像机，设计搭建轨道平整度检测系统，主要包括搭载图像采集系统硬件平台和图像 处理与分析软件系统。本文的主要研究内容有三点： (1) 设计研究针对轨道表面图像的采集方案，图像采集系统的硬件平台及其运动 方案，设计 PLC 和上位机控制程序，以实现高速高清轨道图像的实时采集。 (2) 完成摄像机的标定，实现图像在四种坐标系下的转换，使用棋盘参照物标定 板来完成双目摄像机内外参数的标定。 (3) 设计研究轨道平整度图像处理算法，主要包括使用直方图均衡化来增强动态 范围，中值滤波法去除轨道图像的高斯噪声，提出并实现一种基于改进蚁群算法的边 缘检测方法来实现图像分割，再根据边缘图像的特征信息进行图像匹配，利用三角测 量原理完成三维重建，提取平整度深度信息，完成平整度检测。 本论文在实验室中模拟大型轨道检测车工作时的实际情况，验证系统整体性能与 算法的有效性。该系统的输入图像清晰，快速，稳定，检测精度提高，使用改进算法 比传统算法的表现更好，对解决平整度检测研究以及对后续的轨道全面检测研究有一 定贡献。 关键词：轨道检测、图像处理、边缘检测、双目视觉、图像匹配 I THE DESIGN AND RESEARCH OF TRACK FLATNESS DETECTION ABSTRACT After we stepped into the 21st century, the railway transportation in our country has a great improvement. No matter the national railway system or the urban subway system, they all have been in a fast expansion. It has become more and more important to establish the nondestructive tests precisely and effectively on railway tracks. The traditional methods are not too much precise and there is an urgent need for a new detecting method. Recently, with the rapidly development of computer vision and laser detecting technology, they have show great potential in lots of application fields, such as biological medicine, industrial production, and so on. But there still exists some defeats. During the choice of light, laser is better than normal light, how to establish it. During the process of image collecting, how to calibrate the camera and how to control it precisely are to be improved. During the image process, the edge detection method can be improved due to the gray features of track surface images. To cure the above problems, this paper presents a track flatness detecting system based on computer vision theory by usin