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基于双目立体视觉的高速铁路异物侵限检测系统研究

作　者: 何茜
导　师: 余祖俊
学　校: 北京交通大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 轨道交通安全 异物侵限 双目立体视觉 图像采集 划定界限
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着高速铁路的迅速发展,投入运营和正在建设的高速铁路在不断增加,对轨道交通的运行安全也提出了更高的要求。在沿线时常发生地质灾害的线路上,或者高速铁路临近既有线施工的地段,都有可能发生异物侵入轨道的情况,这对列车的行车安全构成了极大的威胁。本文研究的基于双目立体视觉的异物侵限检测系统能准确判断是否有异物入侵运营线路,对于保障线路运行安全具有重要意义。论文首先介绍了融合激光扫描和双目立体视觉两种检测技术的轨道异物侵限检测系统的总体结构,在此基础上重点研究了基于双目立体视觉的异物侵限检测子系统。论文详细阐述了双目立体视觉的原理和技术、系统的硬件结构和软件设计、异物的侵限识别算法以及系统实验的过程和结果。在双目立体视觉方面重点研究的内容包括相机的标定、图像预处理、立体匹配和三维重建等关键技术,并给出了相应的实验结果。硬件系统采用两个摄像机、图像采集卡和工控机等构建了一个对图像进行采集、实时处理、分析和存储的环境。系统软件采用VC++与Matlab的混合编程完成了数据处理和远端报警显示的功能。对于异物的侵限识别采用了二维图像识别和三维立体视觉识别相结合的方法。首先用中值法提取背景图像,采用差分运算确认是否存在可疑物,然后在划定出立体界限范围后,对计算出的可疑物三维坐标进行空间位置判断,最终确认是否存在异物的侵限。在实验室和现场的试验中,该系统能及时、准确的检测到侵入界限的异物,达到了预期的目的。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-19
  1.1 课题的背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-16
  1.3 本文研究的主要内容  16-19
2 高速铁路异物侵限检测系统总体方案设计  19-25
  2.1 高速铁路异物侵限检测系统总体结构  19-21
  2.2 基于双目立体视觉的轨道异物侵限检测系统总体设计  21-25
    2.2.1 基于双目立体视觉检测系统的功能结构  21-22
    2.2.2 基于双目立体视觉检测系统的总体算法设计  22-25
3 双目立体视觉基本原理及技术  25-49
  3.1 双目立体视觉原理  25-27
  3.2 摄像机成像系统  27-31
    3.2.1 针孔成像模型  27-28
    3.2.2 视觉坐标系与摄像机参数  28-31
  3.3 摄像机的标定  31-40
    3.3.1 摄像机标定的主要内容  32-33
    3.3.2 摄像机的标定方法  33-34
    3.3.3 摄像机标定实验与结果  34-40
  3.4 图像预处理  40-43
    3.4.1 图像的滤波  40-41
    3.4.2 图像的直方图均衡化  41-43
    3.4.3 图像的锐化  43
  3.5 双目视觉的三维重建  43-49
    3.5.1 双目立体视觉的极线几何和图像的校正  44-46
    3.5.2 图像的立体匹配  46-47
    3.5.3 双目视觉的三维重建  47-49
4 基于双目立体视觉的异物侵限检测系统的硬件和软件设计  49-73
  4.1 基于双目立体视觉的异物侵限检测系统的硬件设计  49-57
    4.1.1 成像系统的选型和安装  50-53
    4.1.2 图像的采集  53-55
    4.1.3 数据处理模块  55-56
    4.1.4 远程通信模块  56-57
  4.2 基于双目立体视觉的异物侵限检测系统的软件设计  57-73
    4.2.1 数据处理程序设计  57-67
    4.2.2 远端报警显示程序设计  67-73
5 基于双目立体视觉的轨道异物侵限识别  73-95
  5.1 背景估计  73-76
  5.2 基于二维图像的可疑物识别  76-80
    5.2.1 背景差分  76-77
    5.2.2 二值化  77-78
    5.2.3 去除干扰  78-80
  5.3 检测界限的确定  80-86
    5.3.1 提取边界点  80-81
    5.3.2 拟合平面方程  81-84
    5.3.3 求解剩余平面  84-86
  5.4 基于三维信息的异物识别  86-92
    5.4.1 图像校正  87-88
    5.4.2 立体匹配  88-89
    5.4.3 三维重建  89
    5.4.4 异物侵限的判断  89-92
  5.5 系统检测范围与精度分析  92-95
6 总结与展望  95-97
  6.1 工作总结  95-96
  6.2 未来展望  96-97
参考文献  97-99
作者简历  99-103
学位论文数据集  103-104

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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