基于图像处理的动车轴端螺栓检测方法的研究

摘要

动车在中国铁路客运中发挥着重要的作用，由于动车运行速度快，磨损、磨耗等问题相对突出，因此动车的日常安全养护至关重要，动车转向架轴端螺栓检测就是其中一项关键任务。目前轴端螺栓的检测主要由人工完成，但由于螺栓数量多、尺寸小，检测难度很大，因此研究一种基于图像处理的轴端螺栓自动检测方法对保障动车行车安全、减少人工劳动力具有极其重要的意义。本课题是对动车运行故障检测系统(TEDS)的延续性研究，通过分析轴端螺栓图像特征，制定了逐级缩小螺栓检测区域的策略，设计了基于图像处理技术的动车轴端螺栓自动检测系统。
　　首先根据转向架区域特征，提出了一种基于灰度投影和霍夫变换结合的转向架区域自适应提取方法，采用图像二值化及形态学预处理方式增强了转向架区域特征;在此基础上，对提取出的转向架区域图像分别采用了双边滤波去噪及拉普拉斯算子增强的图像预处理方法，降低了噪声和光照对目标检测的影响;其次，利用霍夫圆变换和图像统计信息实现了轮轴区域的定位与提取，根据端盖区域特征，提出了一种基于区域划分的多灰度模板匹配端盖的识别提取方法，能有效实现端盖区域的精定位;然后，利用端盖中心与各螺栓的位置关系，划分了螺栓检测范围;根据螺栓区域特征，采用多灰度模板匹配的方法，实现了轴端螺栓的检测。最后，根据螺栓检测流程，设计并搭建了动车转向架轴端螺栓自动检测系统。
　　使用实际动车图像进行检测实验，实验结果表明，该方法对动车转向架轴端螺栓检出率达到89.26％，同时大大提高了检测效率。将检测系统在北京动车段进行试运行，检测效果良好，满足实际使用要求，验证了所设计的轴端螺栓检测系统具有良好的工程应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景及意义

1．2螺栓检测方法国内外研究现状

1．2．1铁路列车故障检测系统

1．2．2螺栓图像检测技术研究

1．2．3螺栓检测存在的问题

1．3本论文主要研究内容

1．4本论文结构组织

2轴端螺栓检测系统总体方案设计

2．1 图像采集系统概述

2．2螺栓检测系统方案设计

2．2．1动车组图像信息分析

2．2．2螺栓检测总体流程

2．3本章小结

3转向架区域提取算法研究

3．1 图像二值化

3．2灰度投影

3．3基于霍夫变换的转向架区域提取

3．3．1图像预处理

3．3．2基于霍夫线变换的边界提取

3．4实验结果与分析

3．5本章小结

4端盖识别算法研究

4．1 基于特征点的端盖匹配

4．2基于FasterR-CNN的端盖检测

4．3基于多灰度模板的端盖匹配

4．3．1图像预处理

4．3．2轮轴区域定位

4．3．3多模板匹配

4．4本章小结

5．1螺栓区域划分

5．2螺栓检测研究

5．3本章小结

6螺栓检测系统设计及性能测试

6．1螺栓检测系统设计

6．2系统的功能测试

6．3系统检测结果

6．4本章小结

7．1 总结

7．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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