受电弓动态包络线视觉检测系统研究

摘要

随着我国电气化铁道的飞跃发展，接触网检测的重要性迅速上升。受电弓动态包络线检测在高速电气化铁道接触网检测中占重要地位，目前我国受电弓动态包络线这一概念在电气化铁路施工、运营、维护等方面已经得到了广泛应用。机器视觉技术是伴随着计算机的发展而产生的一门新兴的学科，具有安全，通用性强等优点。 本文将机器视觉的优越性同受电弓动态包络线检测结合起来，研究受电弓动态包络线检测的机器视觉方法，以达到受电弓动态包络线检测速度快，精度高的目的。本文介绍了受电弓动态包络线的定义，概括了受电弓动态包络线研究的实际意义和目前接触网检测中受电弓动态包络线检查的方法和步骤，阐明了机器视觉技术的定义、任务、发展、特点等。针对受电弓检测的要求和机器视觉系统的功能和结构特点，完成了受电弓动态包络线检测系统的设计。本文主要内容包括检测系统硬件配置，介绍了摄像机、镜头、图像采集卡、计算机等设备的型号和功能。摄像机标定模块用来标定摄像机的内参数和外参数，以确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系。图像采集和照明控制模块用来获取清晰的受电弓图像，模板匹配算法模块识别受电弓弓头拐角和弓角，包络线算法模块计算受电弓动态包络线。最后给出了实验结果。利用Visual Studio 2005实现编程，采用模块化思想，开发了一套受电弓动态包络线检测系统。经调试运行，证明了系统设计的合理性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1引言

1.2受电弓动态包络线

1.2.1受电弓动态包络线定义

1.2.2研究受电弓动态包络线的意义

1.2.3受电弓动态包络线检查

1.3机器视觉技术

1.3.1机器视觉的定义

1.3.2机器视觉的任务

1.3.3机器视觉技术发展及现状

1.3.4机器视觉系统组成

1.4本文系统概述

1.5本文的结构

第2章 检测系统组成及其硬件介绍

2.1视觉检测系统的组成及其功能介绍

2.2光源和照明方式

2.2.1光源和照明方式结合的目的

2.2.2光源的选择

2.2.3照明方式的选择

2.2.4小结

2.3CCD摄像机的选择

2.3.1摄像机的主要参数

2.3.2CCD线阵摄像机的工作原理

2.3.3本系统所选用CCD摄像机型号及其参数

2.4镜头

2.4.1镜头的选择要求

2.4.2镜头的主要参数

2.4.3小结

2.5图像采集卡

2.5.1图像采集卡主要参数

2.5.2图像采集卡原理

2.5.3小结

2.6计算机配置

第3章 摄像机标定

3.1常用的坐标系及其关系

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变换关系

3.2摄像机标定方法概述

3.3本文采用的摄像机标定方法

3.3.1摄像机模型

3.3.2内参数约束条件

3.3.3几何解释

3.3.4标定参数求解

3.4摄像机标定结果

第4章 整体结构方案设计

4.1整体方案介绍

4.2图像获取模块

4.2.1图像获取模块设计要求

4.2.2摄像机安装位置确定

4.2.3探照灯安装位置确定

4.2.4摄像机防护罩设计

4.3照明控制模块

4.4模板匹配算法模块

4.4.1模板匹配算法基本原理

4.4.2序贯相似性检测算法

4.4.3检测系统模板匹配实现

4.5包络线算法模块

4.5.1数学基础

4.5.2包络线算法模块设计

4.6系统软件设计

4.6.1整体结构软件分析流程

4.6.2程序界面开发

第5章 试验结果

5.1试验参考模板数据结果

5.2试验整体坐标系的建立

5.3模板匹配中心数据

5.4包络线数据及其曲线

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目