基于图像处理的列车轮对参数检测方法的研究及系统设计
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摘要
列车轮对作为重要的可互换行走部件，对列车安全行驶起着关键性的作用。目前，我国列车轮对的参数检测仍停留在手工测量阶段，技术落后、工作效率低。而日本、美国等国在轮对自动检测方面进行了大量的研究，并研制出各种类型的检测装置，产生了巨大的经济效益。随着我国工业控制技术领域的巨大进步和市场的开放，给计算机控制技术、信息技术在铁路系统的应用带来了前所未有的机遇。
本文介绍了一种应用CCD(Charge Couple Device的缩写，称为电荷耦合器件)图像测量技术实现列车轮对外形尺寸非接触检测的方法，并在此基础上完成了“列车轮对参数检测装置”软件系统的研制。本文阐明了图像的分通道自动采集过程，以及对采集到的原始图像进行预处理过程，达到图像去噪声的目标，本课题采用了阈值分割中迭代阈值和阈值插值相结合的方法，Sobel算子、LoG算子边缘检测算法，基于数学形态学的膨胀运算子进行边缘断点连接以及目标提取中的投影法和边缘跟踪方法，使得提取轮对图像边缘达到测量精度的要求。对系统进行标定时，采用了非线性模型，提高了图像的测量精度。同时对测量结果的精度进行了试验验证和分析，满足了测量的要求。
本课题软件在Windows2000系统上开发，实现了基于图像处理技术的轮对参数检测，完成了预期的目标，各项功能都满足了系统要求，软件的稳定性也得到了测试。
Train wheelset is the one of most important inter-changeable components in the vehicle,plays key role in safety of railway transportation,but in our country.the wheel is still measured using hands leading low efficency. In developed countries such as US,Japan. Advanced research has been done and many Measurement Equipments has been developed, thus high efficiency and economics. With the development of the industrial control technology and information technology, Railway transport meets Great challenges.
This paper mainly introduced an non-contact measurement of wheelset dimensions using CCD image measuring technique. And software system of train wheelset parameter measuring device has been researched. This paper clarifies image collect automatically process of multi- channels, and pre-processing process of original image in order to noise reduction. In image processing, method as follows will be introduced in this paper: a method combining image threshold iterative segmentation with threshold interpolation, edge detection operator Sobel and LoG, edge linking method using delation operator based on mathematical morphology, using boundary tracking and projection method in edge distill process. Through this method, measurement of wheelset will be met precision demand. In system standardization processing, this paper adopts non-linearity model, and impove measurement precision. Finally, measurement result precision passes trial validatation and analysis, and meet request of measurement.
Software of this project development on the Windows 2000, wheelset parameter measurement based on image processing has realized, all functions also meet system request and stabilization of software has tesed.
本文介绍了一种应用CCD(Charge Couple Device的缩写，称为电荷耦合器件)图像测量技术实现列车轮对外形尺寸非接触检测的方法，并在此基础上完成了“列车轮对参数检测装置”软件系统的研制。本文阐明了图像的分通道自动采集过程，以及对采集到的原始图像进行预处理过程，达到图像去噪声的目标，本课题采用了阈值分割中迭代阈值和阈值插值相结合的方法，Sobel算子、LoG算子边缘检测算法，基于数学形态学的膨胀运算子进行边缘断点连接以及目标提取中的投影法和边缘跟踪方法，使得提取轮对图像边缘达到测量精度的要求。对系统进行标定时，采用了非线性模型，提高了图像的测量精度。同时对测量结果的精度进行了试验验证和分析，满足了测量的要求。
本课题软件在Windows2000系统上开发，实现了基于图像处理技术的轮对参数检测，完成了预期的目标，各项功能都满足了系统要求，软件的稳定性也得到了测试。
Train wheelset is the one of most important inter-changeable components in the vehicle,plays key role in safety of railway transportation,but in our country.the wheel is still measured using hands leading low efficency. In developed countries such as US,Japan. Advanced research has been done and many Measurement Equipments has been developed, thus high efficiency and economics. With the development of the industrial control technology and information technology, Railway transport meets Great challenges.
This paper mainly introduced an non-contact measurement of wheelset dimensions using CCD image measuring technique. And software system of train wheelset parameter measuring device has been researched. This paper clarifies image collect automatically process of multi- channels, and pre-processing process of original image in order to noise reduction. In image processing, method as follows will be introduced in this paper: a method combining image threshold iterative segmentation with threshold interpolation, edge detection operator Sobel and LoG, edge linking method using delation operator based on mathematical morphology, using boundary tracking and projection method in edge distill process. Through this method, measurement of wheelset will be met precision demand. In system standardization processing, this paper adopts non-linearity model, and impove measurement precision. Finally, measurement result precision passes trial validatation and analysis, and meet request of measurement.
Software of this project development on the Windows 2000, wheelset parameter measurement based on image processing has realized, all functions also meet system request and stabilization of software has tesed.
引文
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[3] LLJ—4型铁道车辆车轮第四种检查器的使用说明书
[4] 沈刚．轮轨踏面外形的实际测量及几何接触的进一步研究．铁道学报，1999，(5)：24—28
[5] 周文祥．车轮型面测量及手持式测量仪的研究．实用测试技术，2001，(3)：1—4
[6] 上海凯力博电器仪表成套有限公司．地铁车轮踏面形状检测仪．发明专利申请公开说明书．申请号98122072.X
[7] 郑芬芳，刘继、范佩鑫．用数码相机测量轮对踏面形状的研究．铁道车辆，2002，40(1)：19—22
[8] 孙国平，等．国外机车车辆走行部件无损检测的现状和发展．机车车辆工艺．1998，6
[9] Loram's three wheel-inspection models. Network. 1995, VOL.32
[10] 北方交通大学．列车车轮踏面擦伤及磨损动态测量装置．使用新型专利说明书．专利号 96216065．2
[11] 北京嘉恒中自图像技术有限公司．OK系列PCI图像卡用户手册
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[34] 王润生．图像理解．长沙：国防科技大学出版社，1995，113—117
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