基于图像处理的受电弓故障检测算法研究

摘要

城轨列车在运行过程中需要通过车顶上的受电弓从接触网取电以牵引列车前进。受电弓滑板不断与接触网摩擦，因此不可避免的造成滑板磨耗及其他损伤。滑板磨耗超限、滑板裂纹或者发生羊角缺失等故障极易引发弓网事故。为保障弓网安全，本文提出了基于图像处理的受电弓故障检测方法，实现滑板磨耗、滑板裂纹及羊角缺失的在线动态检测。
　　本文首先介绍了张正友标定方法，并针对该标定方法的不足进行改进，在标定过程中考虑切向畸变，并利用改进的方法对摄像机进行标定，分析标定图像张数对摄像机内参数稳定性的影响，最终得到标定结果。
　　受电弓滑板磨耗、裂纹及羊角检测算法是本论文研究的重点。在滑板磨耗检测中，本文提出了基于动态标定滤波强度的级联滤波方法，并采用自适应阈值的Canny边缘检测算法提取滑板边缘，利用Hough变换定位接触网导线进而搜索滑板边缘，从而获得实际滑板剩余磨耗曲线;裂纹检测算法中，首先对裂纹图像进行预处理，并分割滑板区域图像，利用二代曲波变换的裂纹检测算法识别裂纹，然后对识别到的裂纹计算其长度;羊角检测算法中，首先构建基于主动形状的羊角模型，然后对羊角进行初始定位，最后根据构建的模型对羊角是否存在进行检测判断。
　　为验证本文算法的可行性，针对在不同环境下采集的图像进行受电弓故障检测试验，试验结果表明，利用本文提出的检测算法可以有效诊断受电弓故障，其中滑板磨耗测量精度为±0.5mm，裂纹识别准确率为91.2％，裂纹长度检测精度为±0.3mm，羊角识别准确率为79.45％，满足实际现场试验要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 受电弓介绍

1．3 国内外现状分析

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 论文主要研究内容

2 受电弓故障检测系统原理及结构设计

2．1 受电弓故障检测系统原理

2．2 检测系统结构设计

2．2．1 滑板磨耗及羊角检测系统结构设计

2．2．2 滑板裂纹检测系统的结构设计

2．3 硬件选型

2．3．1 相机选型

2．3．2 镜头选型

2．3．3 光源选型

2．4 本章小结

3 摄像机标定算法设计及实现

3．1 常见坐标系及其转换关系

3．1．1 常见坐标系

3．1．2 世界坐标系与摄像机坐标系的变换关系

3．1．3 摄像机坐标系与图像坐标系的变换关系

3．1．4 世界坐标系与图像坐标系的关系

3．2 基于改进畸变模型的摄像机标定方法设计

3．2．1 张正友两步标定法

3．2．2 改进畸变模型的张正友标定方法

3．3 摄像杌标定及标定结果

3．4 本章小结

4 受电弓故障检测算法设计

4．1 滑板磨耗曲线的检测算法设计

4．1．1 图像预处理

4．1．2 图像边缘检测

4．1．3 接触线及滑板边缘定位

4．1．4 滑板磨耗曲线

4．2 滑板裂纹检测算法设计

4．2．1 滑板裂纹图像去噪

4．2．2 滑板区域截取

4．2．3 滑板裂纹特征分析

4．2．4 滑板裂纹提取

4．3 羊角检测算法设计

4．3．1 羊角ASM构建方法

4．3．2 羊角区域初步定位

4．3．3 羊角检测与识别

4．4 本章小结

5 受电弓检测系统检测试验及结果分析

5．1 滑板磨耗检测试验及结果分析

5．2 滑板裂纹检测试验及结果分析

5．3 羊角检测试验及结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参与的科学研究情况