高速铁路轨道近景影像拼接及其在轨道扣件检测中的应用研究

摘要

轨道扣件是钢轨和轨枕的中间连接件，其主要作用是连接钢轨和轨枕以及阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，其结构的稳定性以及缺失与否是列车高速运行的重要保障，及时检测发现扣件的缺失对于列车安全运营具有重要意义。论文利用课题组研发的近景摄影测量采集装置获得的高分辨率近景轨道数字影像，探索了高速铁路轨道近景影像的拼接方法以及拼接后轨道影像中扣件缺失与否的识别检测方法和具体实现技术。研制了高速铁路轨道近景影像拼接系统以及轨道扣件识别检测系统，可为连续大区域的近景铁路轨道影像拼接以及轨道扣件的缺失检测提供一种新的技术支撑。
　　本文结合高速铁路轨道近景影像自身的特点，采用基于特征匹配的像方拼接方法来实现近景轨道影像间的拼接。论文将Harris算法与SIFT算法结合进行近景轨道影像特征点的提取与匹配，用RANSAC方法对其匹配结果纠正和剔误，最终得到了分布均匀、数量合适的同名点，为轨道影像的拼接提供了充足可靠的计算数据。为了构建精确稳定的高速铁路轨道相邻影像转换和拼接模型，对匹配所得大量的同名点，采用先择优、再平差的数据处理方法获得优化的转换模型。利用实验影像，采用强制中间法完成高速铁路轨道影像之间的无缝无重影完美拼接。通过避开传统的先定位钢轨，再依据钢轨、轨枕和扣件三者之间的关系定位轨道扣件的方法，依据拼接后的铁路轨道近景影像，将MeanSift方法做了相关改善直接定位出待检轨道扣件。同时为了提高检测效率，利用GrabCut方法对拼接后的高速铁路轨道近景影像进行指定区域的分割，采用HOG算子对轨道扣件进行特征描述并且基于汉明距离的最近邻算法对扣件进行识别与检测。利用所提出的影像拼接以及轨道扣件识别检测算法，研制了高速铁轨道近景影像拼接与轨道扣件识别检测系统。以近景影像采集装置获得的轨道影像作为测试数据，结果表明，该系统能够较好地完成轨道近景影像拼接和对扣件目标的识别检测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外影像拼接以及轨道巡检研究现状

1．3 论文的主要研究工作

1．4 论文的技术路线

1．5 论文的组织结构

第2章 高速铁路轨道近景影像特征点的提取与匹配

2．1 高速铁路轨道近景影像匹配

2．1．1 基于影像特征的匹配

2．2 Moravec算法

2．3 Harris算子

2．4 SIFT算子

2．4．1 高斯模糊

2．4．2 图像的二维高斯模糊

2．4．3 尺度空间极值检测与影像金字塔的构建

2．4．4 关键点的初步探查

2．4．5 关键点的精确定位与方向分配

2．5 实验与分析

2．5．1 高速铁路轨道近景影像

2．5．2 M算法进行高速铁路轨道近景影像的特征点提取

2．5．3 Harris算法的角点检测和SIFT特征描述

2．6 本章小结

第3章 高速铁路轨道近景影像间转换和拼接模型

3．1 高速铁路轨道近景影像拼接模型

3．1．1 几种常见的拼接模型

3．1．2 模型的选取与参数的计算

3．1．3 高速铁路轨道近景影像拼接

3．2 高速铁路轨道近景影像拼接误差分析

3．2．1 影像本身的畸变

3．2．2 扣件本身的影响

3．3 解决方法

3．3．1 畸变改正

3．3．2 中间法拼接

3．4 本章小结

第4章 高速铁路轨道近景影像的扣件识别和检测

4．1 采用拼接后高速铁路轨道近景影像的优势

4．2 扣件的定位

4．2．1 均值漂移算法

4．2．2 轨道影像的分割

4．2．3 轨道影像中扣件的特征

4．3 扣件的特征描述

4．3．1 扣件的直方图特征

4．4 分类器的选择与扣件检测

4．5 本章小结

第5章 高速铁路轨道近景影像拼接及轨道扣件缺失检测系统

5．1 高速铁路轨道近景影像拼接与扣件检测系统综述

5．2 高速铁路轨道近景影像拼接系统

5．2．1 轨道近景影像选择和排列模块

5．2．2 轨道近景影像拼接模块

5．2．3 轨道近景影像保存模块

5．3 扣件缺失检测系统

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献