貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)TFDS定稿

1、摘 要 為推進(jìn)鐵路現(xiàn)代化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)貨車(chē)列檢作業(yè)環(huán)節(jié)的減少，推動(dòng)從人檢到機(jī)檢、靜態(tài)檢測(cè)到動(dòng)態(tài)檢刪的轉(zhuǎn)變，提高列檢效率和質(zhì)量，保障貨物列車(chē)運(yùn)行安全，鐵路列檢站急需要一種可以對(duì)目前運(yùn)行的鐵路貨車(chē)車(chē)輛的標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，對(duì)車(chē)底重要部位進(jìn)行高速、清晰的圖像采集，井可阻實(shí)現(xiàn)/W .d動(dòng)識(shí)別的設(shè)備，因此-貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)（Troubic of Mwmg Frcigjit Car Detection Systcm，TFDS）孕育而生。 本文主要介紹了鐵路貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)的研究過(guò)程·作者將TFDS系統(tǒng)分為前端控制與采集于系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)兩部分，每個(gè)子系統(tǒng)又分為若干

2、模塊分別設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)對(duì)靜端控制與采集子系統(tǒng)的車(chē)號(hào)識(shí)別設(shè)備、圖像自動(dòng)采集設(shè)備，以及對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)的針對(duì)兩類(lèi)常見(jiàn)故障的計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像自動(dòng)別算法進(jìn)行了研究。研究車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備時(shí)，應(yīng)用了射頻識(shí)別(RadioFrcquency Identification，RFID)技術(shù)中的微波反射調(diào)制解調(diào)原理。其中載波信號(hào)生成子模塊產(chǎn)生910.1MHz、912.1MHz和914.1MHz頻點(diǎn)的可選載波信號(hào)，標(biāo)簽將車(chē)號(hào)編碼信息通過(guò)幅度調(diào)制加載到載波信號(hào)中，反射波經(jīng)過(guò)與載波同頻本振信號(hào)混頻并濾波后得出車(chē)號(hào)編碼信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)解碼模塊解碼得出車(chē)號(hào)信息，研究圖像自動(dòng)采集設(shè)備時(shí)，本文選#了UP.8001業(yè)攝像頭

3、+Matrox Metcor】I /Digital圖像采集卡的組合。在針對(duì)鐵路貨車(chē)兩類(lèi)常見(jiàn)故障的計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別算法方面，采用了計(jì)算機(jī)視覺(jué)（Computer Vision，cv）技術(shù)。主要使用了直方圖的灰度變換將待檢圖片進(jìn)行預(yù)處理然后使用Sobel算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。在故障識(shí)別算法的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了圖像投影理論，Hough變換以及Hough逆變換經(jīng)典算法。鐵道部tbr3070-2002鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別設(shè)備技術(shù)條件鐵路標(biāo)準(zhǔn)為本文依據(jù)。關(guān)鍵訶：車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；RFID;計(jì)算機(jī)視覺(jué)：貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng) Abstract In order to advance railroad

4、modernization, realize the freight train inspection link reduction, promote from the people seized to machine inspection, static detection to dynamic check delete change, improve train inspection efficiency and quality, guarantee of the safe running of the train, the railway train inspection station

5、 in urgent need of a can now run a railroad freight car tag identification of important parts, car high speed, clear image acquisition, well resistance /W .d automatic identification equipment, therefore - Van operation fault dynamic image detection system ( Troubic of Mwmg Frcigjit Car Detection Sy

6、stcm, TFDS ) born. This paper mainly introduces the railway freight operation fault dynamic image detection system research process author TFDS system is divided into a front control and data acquisition system and computer vision fault automatic recognition system in two parts, each subsystem is di

7、vided into several modules were designed. This paper focuses on the static end control and data acquisition subsystem number identification equipment, automatic image acquisition equipment, as well as on computer vision automatic recognition system for two kinds of common faults of computer vision i

8、mage automatic recognition are studied. Study of the automatic car number identification equipment, application of radio frequency identification ( RadioFrcquency Ident ification, RFID ) technology in the microwave reflection modulation and demodulation principle. Where the carrier signal generation

9、 module to generate910.1MHz,912.1MHz and 914.1MHz frequency point optional carrier signal, the label will be coding information is loaded into the carrier signal by amplitude modulation, reflection wave with the same frequency of the local oscillator signal carrier mixing and filtering after the cod

10、ing signal. The signal is decoded by decoding module of vehicle number information, research image automatic collecting device, this paper selected # UP.8001camera +Matrox Metcor I /Digital image acquisition card combinations. In two kinds of common troubles in railway freight car computer vision fa

11、ult automatic recognition algorithm, using computer vision ( Computer Vision, CV ) technology. The main use of the histogram of the gray level transformation will be seized image preprocessing and then use the Sobel operator image edge detection. In a fault identification algorithm for use in the de

12、sign of the image projection theory, Hough transform and Hough transform algorithm. Ministry of railway tbr3070-2002railway locomotive vehicle automatic identification equipment technical conditions" standard is based on the railway.The key to: automatic train identification system; RFID; compu

13、ter vision: Van operation fault dynamic image detection system目錄摘 要1Abstract2目錄4第1章TFDS故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)51.1系統(tǒng)功能51.2系統(tǒng)組成51.2.1概述61.2.2系統(tǒng)原理71.2.3系統(tǒng)功能71.3系統(tǒng)工作流程 ，81.4安裝使用情況81.4.1安裝和使用81.4.2重要作用8第2章前端控制與采集子系統(tǒng)研究92.1前端控制與采集子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)92.2車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備102.3初末級(jí)放大子模塊11第3章 圖像采集設(shè)備123.1工業(yè)攝像頭123.2圖像采集卡133.3上位工控機(jī)133.4補(bǔ)光光源14第

14、4章 計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)研究154.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)154.2心盤(pán)螺絲丟失識(shí)別算法16第5章 系統(tǒng)調(diào)試及性能參數(shù)175.1車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備調(diào)試175.2圖像自動(dòng)采集設(shè)備調(diào)試195.3系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)205.4系統(tǒng)性能參數(shù)235.4圖片質(zhì)量245.5設(shè)備問(wèn)題24結(jié)束語(yǔ)25參考文獻(xiàn)27第1章TFDS故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)功能 本課題所研究的貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)(TFDS)，主要負(fù)責(zé)對(duì)一些直接影響列車(chē)行車(chē)安全的關(guān)鍵部位進(jìn)行圖像采集和自動(dòng)檢測(cè)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)列檢作業(yè)方式的不足。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能如下： (1)對(duì)行進(jìn)中的鐵路貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架心盤(pán)、轉(zhuǎn)向架靜J動(dòng)

15、粱等重點(diǎn)待檢測(cè)部位進(jìn)行抓拍，自動(dòng)生成順位圖像： (2)自動(dòng)計(jì)軸、計(jì)輛； (3)自動(dòng)測(cè)算車(chē)速； (4)采集車(chē)次、車(chē)號(hào)、車(chē)種車(chē)型； (5)對(duì)抓拍的重點(diǎn)檢測(cè)部位照片進(jìn)行故噔自動(dòng)識(shí)別。1.2系統(tǒng)組成TFDS系統(tǒng)主要由檢測(cè)信息采集設(shè)備、信息處理傳輸設(shè)備、列檢所檢測(cè)中心和其他復(fù)示終端構(gòu)成。檢測(cè)信息采集設(shè)備即軌邊探測(cè)設(shè)備，主要有高速攝像裝置、光源補(bǔ)償裝置、車(chē)輪傳感器、AEI地面天線等組成，主要完成過(guò)車(chē)檢測(cè)、光源補(bǔ)償、圖像采集任務(wù)。信息處理傳輸設(shè)備即探測(cè)站機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備，主要有圖像信息采集設(shè)備、車(chē)輛信息采集設(shè)備、交換機(jī)、光纖收發(fā)器等組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)過(guò)車(chē)信息處理并控制室外設(shè)備的正常工作，將采集到的圖片進(jìn)行處理，并將

16、處理后的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅袡z所檢測(cè)中心。列檢所檢測(cè)中心設(shè)備由服務(wù)器和檢測(cè)中心室內(nèi)設(shè)備組成。服務(wù)器主要完成車(chē)輛和圖片信息的接收、存儲(chǔ)和管理，檢測(cè)中心主要完成圖像信息的顯示、故障信息的收集以及工作信息的記錄。其他復(fù)示終端有段、局復(fù)示中心、部查詢(xún)終端等，主要起監(jiān)控、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)等管理作用。1.2.1概述我們將整個(gè)TFDS檢測(cè)系統(tǒng)分為前端控制和采集子系統(tǒng)以廈計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)兩部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的組成及功能框圖如圖2 1所示。其中，前端控制和采集子系統(tǒng)主要由車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備和圖像自動(dòng)采集設(shè)備兩部分組成。車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備負(fù)責(zé)自動(dòng)采集并識(shí)別固定在鐵路貨車(chē)底部的標(biāo)簽內(nèi)的車(chē)號(hào)信息，統(tǒng)計(jì)車(chē)軸數(shù)和車(chē)

17、廂輛數(shù)，自動(dòng)識(shí)別車(chē)種（客車(chē)貨車(chē)）、車(chē)型：圖像自動(dòng)采集設(shè)備負(fù)責(zé)測(cè)算車(chē)速，采集貨車(chē)底部待檢部位的圖片。計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)包括圖像自動(dòng)識(shí)別專(zhuān)用計(jì)算機(jī)-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和前端窗口計(jì)算機(jī)群組成。其中，圖像自動(dòng)識(shí)別專(zhuān)用計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)用圖像預(yù)處理算法、圖像特征提取算法和故障判斷算法程序?qū)Ρ４嬖跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)的圖片進(jìn)行處理和故障判別；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器作為Oracic數(shù)據(jù)庫(kù)保存所有檢測(cè)貨車(chē)的原始數(shù)據(jù)；窗口計(jì)算機(jī)群負(fù)責(zé)為列檢值班員提供操作窗口。本系統(tǒng)示意圖如下：1.2.2系統(tǒng)原理TFDS系統(tǒng)采用了當(dāng)今的一些新技術(shù)：高速攝像、大容量圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。系統(tǒng)通過(guò)布置于鋼軌之間的高速相

18、機(jī)陣列，拍攝通過(guò)列車(chē)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置等車(chē)輛關(guān)鍵部位的圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后傳輸?shù)绞覂?nèi)分析室。室內(nèi)檢車(chē)員對(duì)抓拍到的圖像進(jìn)行分析、判別有關(guān)故障，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)輛主要技術(shù)狀態(tài)的目的。1.2.3系統(tǒng)功能TFDS系統(tǒng)具備圖像化監(jiān)控運(yùn)行列車(chē)關(guān)鍵部位的能力，具備以下功能：（1）自動(dòng)拍攝和篩選出車(chē)輛轉(zhuǎn)向架、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖、交叉桿底部等部位的圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)底和側(cè)下部的檢測(cè)。（2）通過(guò)人機(jī)結(jié)合的方式對(duì)車(chē)輛圖像信息和過(guò)車(chē)信息進(jìn)行分析，判別故障。（3）室內(nèi)分析室按一車(chē)一檔的方式建立并顯示圖像。（4）自動(dòng)對(duì)通過(guò)列車(chē)進(jìn)行計(jì)軸、計(jì)輛和測(cè)速。（5）自動(dòng)識(shí)別列車(chē)車(chē)次、車(chē)號(hào)信息，判別貨車(chē)車(chē)種車(chē)型

19、。（6）自動(dòng)生成列檢所常用統(tǒng)計(jì)報(bào)表。（7）能夠?qū)崿F(xiàn)分散檢測(cè)、全程追蹤、全線聯(lián)網(wǎng)、信息共享的要求。1.3系統(tǒng)工作流程 ，系統(tǒng)首先進(jìn)行參數(shù)的初始化，然后通過(guò)安放在軌邊的碰鋼來(lái)探測(cè)是否來(lái)車(chē)，如果磁鋼有信號(hào)，系統(tǒng)則進(jìn)入工作狀態(tài)等待車(chē)輛通過(guò)，否則繼續(xù)探剩·在車(chē)輛通過(guò)的同時(shí)，通過(guò)磁鋼統(tǒng)計(jì)車(chē)軸數(shù)和輛數(shù)，車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備自動(dòng)采集和識(shí)別車(chē)號(hào)，然后判斷是客車(chē)還是貨車(chē)，如果是客車(chē)則返回，是貨車(chē)則通過(guò)測(cè)速磁鋼測(cè)算車(chē)輛行駛速度，計(jì)算定位數(shù)據(jù)，圖像自動(dòng)采集設(shè)備定位捕捉重點(diǎn)部位圖像，然后判斷整列車(chē)是否已經(jīng)通過(guò)完畢，未完畢返回，完畢則通過(guò)上位機(jī)處理處理采集到的原始車(chē)號(hào)、圖片等原始數(shù)據(jù)并通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)

20、器，接著圖像自動(dòng)識(shí)別專(zhuān)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理井識(shí)別數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器中新保存的圖像·處理后在窗口機(jī)給出信號(hào)車(chē)輛最新數(shù)據(jù)和故障車(chē)信息，完成接車(chē)全過(guò)程。完成后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀志。1.4安裝使用情況安裝和使用2004年底，我段在上、下到列檢所各安裝了一套TFDS，并開(kāi)始使用。到目前，已經(jīng)先后在鄭北、新鄉(xiāng)南、晉北、南陽(yáng)西、嘉峰等主要列檢所安裝了11套，按照部、局計(jì)劃，今年還有8套要安裝并投入使用。隨著時(shí)代的發(fā)展，TFDS的使用將會(huì)普及到各條線路的所有列檢所。通過(guò)近幾年的實(shí)際運(yùn)用，在用的TFDS均發(fā)現(xiàn)了大量的車(chē)輛下部實(shí)際故障。尤其是對(duì)于區(qū)間非技檢列車(chē)，TFDS正在取代傳統(tǒng)列檢作業(yè)的作用，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢

21、測(cè)，保障著行車(chē)安全。重要作用縱觀近幾年的使用情況，TFDS系統(tǒng)已經(jīng)在目前的列檢工作中發(fā)揮著以下重要作用：（1）由“人控”向“人機(jī)聯(lián)控”的改變，改變了以往單獨(dú)由人工作業(yè)的方式，提高故障檢查的可靠性。（2）由“室外檢查”向“室外室內(nèi)聯(lián)檢”的改變，減輕了室外作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。（3）由“靜態(tài)檢查”向“動(dòng)態(tài)檢測(cè)”的改變，更有效地保障運(yùn)行車(chē)輛的安全，同時(shí)可以逐步減少區(qū)間列檢作業(yè)，提高運(yùn)輸效率。（4）便于原因分析、責(zé)任追究，通過(guò)查詢(xún)圖像、追蹤分析以前記錄，可以準(zhǔn)確地追查出原始列檢作業(yè)中的漏檢漏修情況，便于定責(zé)。本章對(duì)系統(tǒng)的功能、組成和工作流程進(jìn)行了介紹，對(duì)TFDS故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行

22、整體了解和設(shè)計(jì)后，接下來(lái)的兩章將整個(gè)系統(tǒng)分為前端控制與采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)這兩個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行研究。第2章前端控制與采集子系統(tǒng)研究2.1前端控制與采集子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的組成框圖如圖22所示。前端控制與采集子系統(tǒng)主要由車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備和圖像自動(dòng)采集設(shè)備兩部分組成。其中車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備硬件將該設(shè)備分為以下幾個(gè)模塊：RF射頻模塊、解碼與控制模塊、環(huán)行器、天線和標(biāo)簽。其中RF射頻模塊包括；載波信號(hào)生成模塊、初末級(jí)放大模塊、解調(diào)模塊、信號(hào)放大整形模塊：解碼與控制模塊包括；信號(hào)實(shí)時(shí)解碼模塊、車(chē)號(hào)上傳與控制模塊載波信號(hào)生成模塊負(fù)責(zé)生成910.1、912.1、914.1MHz可選載波信號(hào)，

23、經(jīng)韌末級(jí)放大模塊放大后經(jīng)過(guò)環(huán)行器并通過(guò)收發(fā)共用天線發(fā)射出去。載波信號(hào)被標(biāo)簽內(nèi)的調(diào)制電路調(diào)制后附加上了車(chē)號(hào)信息，反射回天線，經(jīng)過(guò)環(huán)行器傳送到解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后得到的信號(hào)通過(guò)放大整形后上傳到信號(hào)實(shí)時(shí)解碼模塊按照編解碼標(biāo)準(zhǔn)解出車(chē)號(hào)信息，車(chē)號(hào)上傳與控控制塊將解出的車(chē)號(hào)信息上傳到上位工控機(jī)。 圖像自動(dòng)采集設(shè)備的硬件框圖如圖32所示，它包括：工業(yè)攝像頭、圖像采集卡、工控計(jì)算機(jī)和補(bǔ)償光源。工業(yè)攝像頭用來(lái)攝取被檢測(cè)部位的圖像，即將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸出一般為模擬信號(hào)或特定格式的數(shù)字信號(hào)，信號(hào)進(jìn)過(guò)圖像采集卡處理成指定式的圖片，通過(guò)PC接口上傳并保存在上位工控機(jī)內(nèi)存中，接車(chē)完畢后，保存到硬盤(pán)內(nèi)工業(yè)攝像頭在

24、拍攝時(shí)，補(bǔ)償光源同時(shí)觸發(fā)，功能與民用相機(jī)的閃光燈相同。2.2車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備自動(dòng)識(shí)別車(chē)號(hào)是使用了微波反射調(diào)制解調(diào)原理”。標(biāo)簽上反射調(diào)制電路的功能框圖，數(shù)字基帶電路產(chǎn)生符合TWI3070.2002標(biāo)準(zhǔn)定義為變形移頻鍵控FSK信號(hào)f，輸出到微波FET晶體管的柵極·圖中的z是一個(gè)無(wú)源且無(wú)耗的反射系數(shù)變換網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)FET溝道阻抗在其柵極信號(hào)脈沖的控制下發(fā)生變化時(shí)，將引起耐絡(luò)了的負(fù)載反射系數(shù)的變化，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)Z的變換后，造成在天線端口反射系數(shù)的變化。不妨設(shè)天線端口的反射系數(shù)為：r（t）e，r(t)和f（f）分別表示受到調(diào)制的反射系數(shù)的模和相角·通過(guò)選擇變換網(wǎng)絡(luò)Z的參數(shù)，使

25、得網(wǎng)絡(luò)輸入端反射系數(shù)的模值恒為常數(shù)，在反射波上將得到PSK調(diào)制信號(hào)：同樣，如果使反射系數(shù)的相位恒為常數(shù)，則在反射波上將得到幅度調(diào)制信號(hào)。反射調(diào)制式射頻識(shí)別系統(tǒng)工作時(shí)，閱讀器發(fā)出微波查詢(xún)能量信號(hào)，電子標(biāo)簽收到微波查詢(xún)能量信號(hào)后將其一部分整流為直流電源供電子標(biāo)簽內(nèi)的電路工作，另一部分微波能量信號(hào)被電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回閱讀器。閱讀器接收反射回的幅度調(diào)制信號(hào)從中提取出電子標(biāo)簽中保存的標(biāo)識(shí)性數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)工作過(guò)程中，閱讀器發(fā)出微波信號(hào)與接收反射回的幅度調(diào)制信號(hào)同時(shí)進(jìn)行。 接收幅度調(diào)制信號(hào)的基本原理與同步檢波相糾。同步檢波器主要用于對(duì)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)，也可以用來(lái)

26、解調(diào)普通調(diào)幅波，它是由相乘器和低通濾波器兩部分組成。同步檢波器與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進(jìn)行解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)電壓外，還必須外加一個(gè)頻率和相位與輸入信號(hào)載頻完全相同的本地載頻信號(hào)電u.。經(jīng)過(guò)相乘和濾波后得到原調(diào)制信號(hào). 圖3.4為同步檢波器的方框原理圖。 2.3初末級(jí)放大子模塊 初級(jí)放大部分負(fù)責(zé)對(duì)載波信號(hào)生成于模塊產(chǎn)生的低功率高頻載波信號(hào)進(jìn)行放大，以符合后面對(duì)標(biāo)簽反射回來(lái)的反射波信號(hào)進(jìn)行同步波解調(diào)的功率要求：末級(jí)放大子模塊負(fù)責(zé)對(duì)待發(fā)射的載波信號(hào)進(jìn)行束級(jí)放大，放大其功率到射頻識(shí)別距離的要求。射頻功率放大器(Power Amplifier，PA)是無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，它的主

27、要任務(wù)是將己調(diào)制的頻帶信號(hào)放大使其達(dá)到足夠的功率值，以滿足天線輻射的需要或技術(shù)指標(biāo)要求。射頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)刪有輸出功率、功率效率、功率增益、工作頻段、輸入，輸出駐波比等。(1)輸出功翠 放大器的目的就是獲得足夠高的不失真的輸出功率，主要考慮飽和輸出功率。即：功率放大器的輸入功率加大到某一值后，再加大輸入功率并不會(huì)改變輸出功率的大小，該輸出功率稱(chēng)為功率放大器的飽和輸出功率。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求初級(jí)功放的輸出功率不能太高，功率太高電磁輻射也就越大，會(huì)影響同一塊板上的其他電子器件的功能。功率也不能太低·太低的輸出功率再經(jīng)過(guò)功率分離器的分頻，可能無(wú)法滿足同步檢波乘法器本地載波信號(hào)功率的

28、要求。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，確定初級(jí)功放的輸出功率范圍為6dBm16dBm，末級(jí)功放的輸出功率范圍為0.9-1.6W。(2)功率效率 功率放大器的效率有兩種定義方法，一種稱(chēng)為集電極（漏極）效率，另一種稱(chēng)之為功率增加效率（PowcrAdded Efficiency，PAE），它是輸出功率P-與輸入功率p之差與電源供給功率之比，即：通常使用后者表示功率放大器的效率。功率增加效率PAE的定義中包含了功率增益的因素-當(dāng)有比較大的功率增益時(shí)，pp，此時(shí)-仉nPAE。功率效率高，單位電源功率就可以獲得更多的輸出功率。在電池供電系統(tǒng)中，功率效率指標(biāo)比較重要。本系統(tǒng)由于使用室內(nèi)AC220V/50Hz電源供電，對(duì)功放的

29、功率增加效率PAE要求不高。但從整個(gè)系統(tǒng)的電磁穩(wěn)定度和直流穩(wěn)壓電源供電能力要求考慮，PAE還是越高越好。 (3)功率增益 指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用"dB"。 功放芯片增益越高性能越好·本系統(tǒng)對(duì)功放芯片選取時(shí)盡量選取高增益的功放芯片。 (4)工作頻段 工作頻段是指放大器滿足全部性能指標(biāo)的連續(xù)頻率范圍，放大器的工作帶寬往往需要考慮實(shí)際的需求·本系統(tǒng)要求功放的穩(wěn)定工作頻率范圍覆蓋910.iMk、9121MHz和914.1 MHZ三個(gè)頻點(diǎn)即可，參考頻率范圍為890MHz915MHZ。第3章 圖像采集設(shè)備 3.1工業(yè)攝像頭 工業(yè)攝像頭是用來(lái)采集圖

30、片的設(shè)備。其成像單元主要有CCD（電荷耦臺(tái)器件Charge Couple Device）和CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體Complementary Metal-OxideSemiconductor）兩種。在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。照片成像質(zhì)量較CMOS高，故在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域通常選用CCD攝像頭。本系統(tǒng)采用的是微視凌志公司的UP-SOO工業(yè)攝像頭。UP-00是一款最高分辨率為1024x776的數(shù)字式攝像頭，它使用了逐行掃描隔行傳輸?shù)募夹g(shù)。具有外部異步采集功能，能夠很容易的抓拍高速運(yùn)動(dòng)物體的圖像。其CCD的方形像素更適合用于處理、測(cè)量和分析方面的應(yīng)

31、用。在最高分辨率下可以實(shí)現(xiàn)45FPS的幀率，它的電子快門(mén)速度為1/45-1/71000秒16檔可選。支持LVDS數(shù)字輸出，同時(shí)具有模擬輸出。信噪比大于58dB。在以780×582像素進(jìn)行采集時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)速高于2601un物體清晰的拍攝。它的性能完全符合本系統(tǒng)的要求。3.2圖像采集卡本系統(tǒng)采用的是Matrox Mctcorll/Digital圖像采集卡，它是Matrox MeLcorII高性能低價(jià)格系列采集卡中的一款。它可以用RS-422或LVDS差分信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，采集黑白，分量RGB，面陣線陣信號(hào)，采樣率在LVDS下達(dá)到40MHZ。Matrox Meteor.lUl具有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的Mat

32、rox Vidco interface ASIC( VIA)。它是一個(gè)高級(jí)存儲(chǔ)控制器，它可以以先進(jìn)的格式重組方式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集到板上內(nèi)存，使采集到的數(shù)據(jù)流不須通過(guò)CPU而直接將并行數(shù)據(jù)流導(dǎo)出到PO總線?？偩€主控模式可以以每秒高選130MB的速率傳輸數(shù)據(jù)而不需要連續(xù)占用總線。即使系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行采集、顯示、制圖、網(wǎng)絡(luò)接收、磁盤(pán)存儲(chǔ)、以及外部輸入輸出，擴(kuò)展的緩沖功能也可以在高速總線滯后情況下確保圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街鞔?，PCJ接口還支持圖像數(shù)據(jù)亞采樣，以近一步降低對(duì)總線帶寬的要求。該卡使用LVDS差分信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)t1UP-800工業(yè)攝像頭連接，采集和處理速度完全滿足本系統(tǒng)采集運(yùn)動(dòng)貨車(chē)底部圖片的要求。3.3上

33、位工控機(jī) 本系統(tǒng)使用的上位機(jī)CPU為P4 3.OGHz，1GB內(nèi)存，160GB硬盤(pán)，采用標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)箱，搭載Windows20DQ Servcr操作系統(tǒng)，該上位機(jī)主要有三個(gè)功能：一是根據(jù)列車(chē)到達(dá)傳感器信號(hào)控制車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備的末級(jí)功放開(kāi)關(guān)機(jī)，并接收保存該設(shè)備通過(guò)RS232串口上傳的車(chē)號(hào)信息；二是根據(jù)測(cè)速傳感器信號(hào)計(jì)算車(chē)速，從而控制工業(yè)攝像頭拍照，并保存所拍照片；三是負(fù)責(zé)將采集到的車(chē)號(hào)和圖片信息對(duì)應(yīng)保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器的(hacle數(shù)據(jù)庫(kù)中。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，需要在上位機(jī)上設(shè)計(jì)主控制程序。該程序的流程圖如圖3.28所示。 開(kāi)關(guān)機(jī)控制及測(cè)速過(guò)程如下：由：1#磁鋼、2#磁鋼，3#磁鋼、4#磁鋼及攝像設(shè)

34、備等組成。1#磁鋼為列車(chē)到達(dá)傳感器，系統(tǒng)根據(jù)該磁鋼信號(hào)控制車(chē)號(hào)末級(jí)功放開(kāi)關(guān)機(jī)；2#、3#磁銅為測(cè)速傳感器；4#磁鋼為定位傳感器。2#磁鋼和3#磁鋼用于測(cè)量列車(chē)行駛時(shí)速。當(dāng)有一個(gè)車(chē)輪先后分別通過(guò)2#磁鋼和3#磁鋼時(shí)，上位工控機(jī)自動(dòng)記錄下此時(shí)間差，已知2#磁鋼到3#磁鋼中心距為L(zhǎng)（），則由速度公式：即可得到列車(chē)的行駛時(shí)速。列車(chē)?yán)^續(xù)前行，當(dāng)車(chē)輛的一個(gè)轉(zhuǎn)向架上同一側(cè)的兩個(gè)車(chē)輪分別通過(guò)4#磁鋼時(shí)，計(jì)算機(jī)記錄下時(shí)間差，再由測(cè)算得到的列車(chē)車(chē)速v，可求得車(chē)輛的固定軸距L軸距。 3.4補(bǔ)光光源光源是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊懰杉掌馁|(zhì)量，和至少30%的應(yīng)用效果。傳統(tǒng)的補(bǔ)償光源多為卣鎢類(lèi)燈

35、具，工作時(shí)耗電量大，對(duì)地面探測(cè)站站電源容量要求較高，同時(shí)發(fā)熱量大，環(huán)境溫壤冷熱不均時(shí)易損壞-抗振動(dòng)性能較差，燈絲易斷，響應(yīng)速度較慢，須提前啟動(dòng)電源，“對(duì)機(jī)車(chē)司機(jī)的正常行駛判斷產(chǎn)生干擾。本系統(tǒng)使用的系統(tǒng)補(bǔ)償光源為遼寧海特科技開(kāi)發(fā)公司研制的TFDS系統(tǒng)專(zhuān)用樸光光源。采用多路同步可控高亮冷光源，提前儲(chǔ)能，瞬間釋放，亮度高，分散式多角度照射能有效減小陰影區(qū)域，同時(shí)發(fā)熱量小，節(jié)能節(jié)電，壽命較長(zhǎng)，響應(yīng)速度極快·在實(shí)際拍攝時(shí)效果較為理想，能保證照度與圖像清晰度。 本章將前端控制與采集子系統(tǒng)分為車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備和圖像自動(dòng)采集設(shè)備這兩個(gè)部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)每個(gè)設(shè)備又分解成若干模塊具體進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。前

36、端控制與采集子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它為T(mén)FDS系統(tǒng)提供了包括貨車(chē)車(chē)號(hào)、車(chē)廂數(shù)目、到車(chē)時(shí)間、每節(jié)貨車(chē)車(chē)廂重要部位圖片等原始數(shù)據(jù)。只有及時(shí)準(zhǔn)確的采集到這些重要原始數(shù)據(jù)，整個(gè)TFDS系統(tǒng)才能夠正常工作。第4章 計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)研究4.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 在之前的TFDS系統(tǒng)中，對(duì)故障的檢測(cè)是由工人用肉眼瀏覽采集到的圖片來(lái)完成的。為了進(jìn)一步降低人工勞動(dòng)的強(qiáng)度，同時(shí)進(jìn)一步提高故障檢測(cè)的自動(dòng)化程度，因此引入基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的故障自動(dòng)識(shí)別。計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)的組成框圖如圖41所示。子系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、圖像自動(dòng)識(shí)別專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和窗口計(jì)算機(jī)群通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交

37、換機(jī)連接在起。其中作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器的PC設(shè)備會(huì)被設(shè)定個(gè)固定的TP其硬盤(pán)上設(shè)有共享文件夾以保存前端控制與采集子系統(tǒng)上傳的車(chē)號(hào)、圖片等重要原始數(shù)據(jù)。規(guī)定圖片的保存路徑規(guī)則如下：服務(wù)器硬盤(pán)分區(qū)(例如D)：11MAOEDATAit車(chē)線路年份、月份日期時(shí)：分：秒規(guī)定圖片的命名為流水號(hào)廂編號(hào)拍攝位置名稱(chēng)，例如以“014 007轉(zhuǎn)向架”命名的圖片表示拍攝的該貨車(chē)第14張照片，拍攝的第7節(jié)車(chē)廂，拍攝部位是轉(zhuǎn)向架。該服務(wù)器上安裝有。racle數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器端程序。所有車(chē)號(hào)，車(chē)軸數(shù)、到車(chē)時(shí)間等原始數(shù)據(jù)按照Oracle定義的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行保存。當(dāng)新到車(chē)輛數(shù)據(jù)保存完畢后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器會(huì)向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的其他計(jì)算機(jī)發(fā)送“

38、新車(chē)到達(dá)”消息·4.2心盤(pán)螺絲丟失識(shí)別算法計(jì)算機(jī)視覺(jué)的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)理論是數(shù)字圖像處理。在數(shù)字圖像處理中，對(duì)圖像的處理可以分為五十階段27圖像預(yù)處理、圖像區(qū)域分割、圖像特征提取、圖像特征分析、圖像判讀。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)心盤(pán)螺絲丟失和制動(dòng)梁安全鏈丟失這兩大類(lèi)故障的圖像處理算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。兩類(lèi)故障的圖像預(yù)處理這部分采用了完全相同的基于圖像直方圖的灰度增強(qiáng)方法psxl。在圖像區(qū)域分割中主要從圖像的特征入手，利用灰度圖像的梯度信息29來(lái)提取圖像的邊緣，并從整塊圖像中分割出我們感興趣的圖像區(qū)域。然后根據(jù)我們所期望的圖像故障特征來(lái)分析局部區(qū)域，最后根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的規(guī)則來(lái)判斷是否存在故障。列車(chē)貨車(chē)最

39、常見(jiàn)車(chē)種的轉(zhuǎn)向架小心盤(pán)螺絲拍攝效果圖見(jiàn)圖4.3.圖片中心的那個(gè)梯形鑄件就是小心盤(pán)。正常情況下上面應(yīng)該有四個(gè)固定螺絲。圖4 3中所拍攝的部位已經(jīng)丟失了三個(gè)螺絲了，所以呈現(xiàn)出三個(gè)形狀很完整的黑孔。在本算法的設(shè)計(jì)中，要識(shí)別螺絲丟失的故障，就是要利用螺絲丟失后所留下的清晰的封閉黑孔特征。先通過(guò)圖像分割找出梯形鑄件所在區(qū)域，然后設(shè)計(jì)一套規(guī)則來(lái)判斷在該區(qū)域中是否存在如上圖所示的黑孔。如找到黑孔，則認(rèn)為存在螺絲丟失的故障。整套算法分為圖像預(yù)處理、圖像分割、圖像判讀和故障識(shí)別三個(gè)部分，圖像預(yù)處理是基于直方圖的灰度變換實(shí)現(xiàn)的，然后利用差分投影理論對(duì)圖像進(jìn)行分割，最后根據(jù)提取出的故障特征完成識(shí)別。本章對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)

40、故障自動(dòng)識(shí)別于系統(tǒng)進(jìn)行了研究。第一節(jié)對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)故障自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)進(jìn)行T總體設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)的組成、各部分功能及系統(tǒng)工作流程。第二節(jié)就詳細(xì)研究了心盤(pán)螺絲丟失和制動(dòng)粱安壘鏈丟失識(shí)別算法在對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的經(jīng)典圖像處理算法作了簡(jiǎn)要概述的基礎(chǔ)上，著重闡述丁經(jīng)典算法應(yīng)用于本課題的應(yīng)用方式這些算法包括：基于直方目的襄度壹換、基于So"算子的圖像邊緣檢測(cè)、圖像投影理理論 Hou變換以及HoWhi逆變換。對(duì)幾類(lèi)經(jīng)典變換的應(yīng)用貫穿了整十計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的研究過(guò)程。第5章 系統(tǒng)調(diào)試及性能參數(shù)5.1車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備調(diào)試 由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)條件有限，只要是沒(méi)有足夠的空間和標(biāo)簽加速設(shè)備，故無(wú)法確切的模擬高速運(yùn)動(dòng)鐵路

41、車(chē)輛的水平直線運(yùn)動(dòng)情況?？梢杂孟旅娴臏y(cè)試方寰進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中標(biāo)簽識(shí)別距離可以通過(guò)調(diào)節(jié)末級(jí)功放的功率來(lái)調(diào)整·具體方法就是改變MRFIC1859芯片的供電電壓值。在調(diào)試過(guò)程中，樣機(jī)的末級(jí)功放有時(shí)工作不穩(wěn)定，功率輸出時(shí)有時(shí)無(wú)，有時(shí)甚至燒毀。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)MRFIC1859芯片正中央的焊盤(pán)接地不良。問(wèn)題發(fā)現(xiàn)后，將焊盤(pán)過(guò)孔尺寸加大，使焊錫更容易透過(guò)。焊接時(shí)在焊盤(pán)過(guò)孔正面和背面都圖焊錫，芯片底部接地焊盤(pán)也掛錫，揮接后，問(wèn)題解決。車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備各模塊的調(diào)試在第三章的設(shè)計(jì)部分已經(jīng)有所介紹，在此不再說(shuō)明。下面舟紹測(cè)試方案。測(cè)試方案示意圖如圖5 1所示·在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上固定一根密度均

42、勻的條形鋁棒，固定點(diǎn)在鋁棒的中點(diǎn)，也是其重心上，將兩個(gè)貨車(chē)標(biāo)簽固定在鋁棒的兩端。直流電機(jī)通電旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)簽旋轉(zhuǎn)。將車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備的無(wú)線放在標(biāo)簽下面。圈中紅外計(jì)數(shù)器負(fù)責(zé)計(jì)錄直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的周數(shù)。圖中R為直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸中心與標(biāo)簽中心的距離，H為天線表面到標(biāo)簽表面的距離。實(shí)驗(yàn)中R可以通過(guò)改變標(biāo)簽的固定位置調(diào)節(jié)H可以通過(guò)改變直流電機(jī)的高度調(diào)節(jié)。首先給直流電機(jī)通電，使其帶動(dòng)標(biāo)簽旋轉(zhuǎn)，給車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備通電，紅外計(jì)數(shù)器清零：然后在發(fā)射載波信號(hào)使能的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，紅外計(jì)數(shù)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；上位機(jī)通過(guò)測(cè)試程序進(jìn)行車(chē)號(hào)接收和誤碼統(tǒng)計(jì)：最后關(guān)閉載波信號(hào)發(fā)射的同時(shí)計(jì)時(shí)停止，紅外計(jì)數(shù)器同時(shí)停止計(jì)數(shù)，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以得

43、到計(jì)時(shí)時(shí)間t，時(shí)間I內(nèi)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)n。通過(guò)公式p。ZrrR！xn，可以計(jì)算出標(biāo)簽的線速度v直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)調(diào)整電機(jī)的供電電吒進(jìn)行調(diào)節(jié)。R取0 5mH取im，測(cè)試時(shí)間為t為60s，測(cè)試結(jié)果如表51所示。從上表中可以看出該射頻識(shí)別設(shè)備在直流電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)識(shí)別率較高，當(dāng)達(dá)到60kmfh旋轉(zhuǎn)速度時(shí)誤碼率開(kāi)始明顯增大，到70kn/h時(shí)已經(jīng)是識(shí)別的極限速度了。測(cè)試程序界面，因?yàn)镻89V51RD2BN單片機(jī)可以倍頻使用咀提高其性能，故界面中波特率為57600bps。在14：36：03時(shí)經(jīng)過(guò)丁一輛貨車(chē)，該岔華車(chē)速為5-32km/h，編組車(chē)輛為65輛，本系統(tǒng)識(shí)別出的標(biāo)簽數(shù)量也為65個(gè)，即此時(shí)車(chē)號(hào)

44、自動(dòng)識(shí)別設(shè)備可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的識(shí)別鐵路貨車(chē)車(chē)輛標(biāo)簽。經(jīng)過(guò)列拉車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該設(shè)備在識(shí)別低速貨車(chē)車(chē)輛標(biāo)簽的時(shí)候沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)讀或丟失標(biāo)簽的現(xiàn)象。而在識(shí)別高速運(yùn)行的客車(chē)機(jī)車(chē)或郵政特快貨車(chē)時(shí)表現(xiàn)欠佳，有丟失標(biāo)簽現(xiàn)象發(fā)生。5.2圖像自動(dòng)采集設(shè)備調(diào)試對(duì)圖像自動(dòng)采集設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案如圖5 4所示。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)畫(huà)有各式圖形的旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。用紅外計(jì)數(shù)器記錄旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。用三腳架固定UP.800工業(yè)攝像頭。使鏡頭對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)輪中心線。鏡頭與旋轉(zhuǎn)輪側(cè)表面的距離為L(zhǎng)，L的值選取為實(shí)際貨車(chē)車(chē)底要拍是位置與鏡頭間的距離。工控機(jī)內(nèi)安裝有Matrox Meteorll/Digital圖像采集卡。攝像頭與采集通i過(guò)LVDS端口和串口連接

45、。工控機(jī)配置也與設(shè)計(jì)中配置相同。在試驗(yàn)中，為了得到理想圖片，需要不斷調(diào)節(jié)光圈、快門(mén)速度、焦距等參數(shù)。記錄下這些參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中還需要微調(diào)。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中UP-800攝像+Mat仃rox MetcorII /Digital圖像采集卡組合的表現(xiàn)非常理想。電機(jī)模擬車(chē)速達(dá)到260km/h時(shí)，用780×582像素進(jìn)行采集，圖片依然清晰。圖片處理和存儲(chǔ)速度比較理想。5.3系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)本系統(tǒng)在沈西列檢車(chē)站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)整體聯(lián)調(diào)。在安裝好系統(tǒng)軟硬件設(shè)備后，仔細(xì)檢查包括電源線、通信光纖、LVDS端口線、RS232串口線等各線纜是否連接好。確認(rèn)連接無(wú)誤后，進(jìn)行前端控制與采集子系統(tǒng)的調(diào)試，檢查車(chē)號(hào)、車(chē)軸數(shù)、

46、拍攝圖片等原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和對(duì)應(yīng)情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圖像自動(dòng)采集設(shè)備拍攝的照片質(zhì)量調(diào)節(jié)補(bǔ)償光源亮度、角度和閃光時(shí)間。調(diào)整工業(yè)攝像頭光圈大小、快門(mén)速度和焦距等參數(shù)。在前端控制與采集子系統(tǒng)調(diào)試完畢的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)自動(dòng)識(shí)別予系統(tǒng)的調(diào)試。這一部分主要是軟件的調(diào)試。在調(diào)試過(guò)種發(fā)現(xiàn)7計(jì)算機(jī)視覺(jué)在本課題應(yīng)用中的“瓶頸”(1)識(shí)別心盤(pán)螺絲丟失算法在應(yīng)用中的“瓶頸”心盤(pán)螺絲丟失故障識(shí)別算法的誤報(bào)和漏報(bào)也受圖像拍攝質(zhì)量的影響。但受到圖像本身特征的影響更大。上一章已經(jīng)闡述過(guò)心盤(pán)螺絲丟失故障識(shí)別算法的設(shè)計(jì)思想：在分割后的局部區(qū)域中尋找封閉黑色小圓孔來(lái)判斷是否存在螺絲丟失。從圖5 5中可以看出，小心盤(pán)所在部位多了很

47、多類(lèi)似干擾的小零件，這些不規(guī)則的凸起和邊緣經(jīng)設(shè)計(jì)算法變換后形成了圖56所示的局部二值圖像區(qū)域。由于干擾過(guò)多的原因，所以由梯度信息二值化得到的二值圖像不再體現(xiàn)設(shè)計(jì)算法時(shí)所設(shè)想的規(guī)律性，從而造成圖5.6中凌亂不堪的分布特征。在凌亂分布的區(qū)域中，可能存在不規(guī)則的封閉小黑色圓孔，從而會(huì)被算法誤認(rèn)為是因?yàn)槁萁z丟失造成的黑色圓孔，這種缺陪也是算法本身不能避免的。在算法的設(shè)計(jì)思想和門(mén)限值的設(shè)定滿足90%圖像的識(shí)別的情況下-只能允許這種誤報(bào)現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)于誤報(bào)，只有通過(guò)管理員的肉跟復(fù)檢來(lái)消除。(2)識(shí)別制動(dòng)粱安全鏈丟失算法在應(yīng)用中的“瓶頸” 制動(dòng)粱安全鏈丟失故障的識(shí)別是存在問(wèn)題較少的-個(gè)算法。由于采用Houg

48、h變換來(lái)尋找直線和具有鉸狀特征的直線的交點(diǎn)，所以受噪聲影響的干擾較小。同時(shí)最后的判據(jù)很好的利用了二值化圖像中鉸鏈所形成的形態(tài)特征，所以暫時(shí)沒(méi)有很?chē)?yán)重的漏報(bào)現(xiàn)象產(chǎn)生-但通過(guò)分析樣本圖片的形態(tài)特征，就算法本身可能存在的缺陷在這里提出一點(diǎn)設(shè)想。 從圖5 7中可以看出，安全鏈在圖片中已經(jīng)收縮成很小的一團(tuán)，用肉眼識(shí)別是否斷裂脫落都存在一定的困難。所以這可能會(huì)給計(jì)算機(jī)識(shí)別造成一定的難度。但在本倒中，利用Hough變換還是準(zhǔn)確地找到了制動(dòng)粱邊緣和安全鏈的交點(diǎn)，所以沒(méi)有產(chǎn)生誤報(bào)現(xiàn)象。但是不排除在以后的應(yīng)用中，如果安全鏈在圖中的面積比再小一點(diǎn)，那么那個(gè)部位的亮度也會(huì)變得更加偏暗，則根可能掩蓋掉鉸鏈在圖中的特征，

49、造成算法失效。這個(gè)問(wèn)題一旦發(fā)生，也是算法車(chē)身所無(wú)法解決的，也只有通過(guò)提高拍攝圖像本身的質(zhì)量來(lái)解決。目前的計(jì)算機(jī)視覺(jué)在實(shí)際應(yīng)用中存在很多無(wú)法識(shí)別的形態(tài)，而且在形態(tài)相似的故障的識(shí)別中，也存在算法不能完全通用和兼容的情況。結(jié)合本課題來(lái)講，就是說(shuō)由于圖片在拍攝過(guò)程中混入了很多的環(huán)境噪聲和干擾，可能覆蓋算法所依賴(lài)的故障特征或者添加進(jìn)干擾特征提取的噪聲特征，從而導(dǎo)致故障的誤報(bào)或者漏報(bào)，這就是計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的“瓶頸”。該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果基本一致，車(chē)號(hào)部分在識(shí)別低速運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽時(shí)堆確率高，識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽時(shí)準(zhǔn)確率偏低·但目前，我國(guó)鐵路電子標(biāo)簽主要安置于袋車(chē)車(chē)廂上，而貨車(chē)車(chē)輛的車(chē)速都偏低，特別

50、在列檢車(chē)站處，貨車(chē)要減速進(jìn)站，車(chē)速一般都低于30knV。因而，該車(chē)號(hào)部分的性能還是達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目前運(yùn)行的鐵路貨車(chē)車(chē)輛的標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確識(shí)別。由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了較多的造成運(yùn)行異常的因素，所以圖像自動(dòng)識(shí)別子系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定。對(duì)于算法的誤報(bào)率和漏報(bào)率的采樣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：對(duì)一列53節(jié)車(chē)廂的檢測(cè)過(guò)程中，共檢測(cè)轉(zhuǎn)向架心盤(pán)螺絲待檢圖片212張，檢測(cè)到心盤(pán)螺絲丟失故障7個(gè)，有3個(gè)存在丟失故障，4個(gè)為誤報(bào)：制動(dòng)粱安全鏈丟失待檢圖片424張，檢測(cè)到故障1個(gè)，存在故障。結(jié)合圖片分析，發(fā)現(xiàn)有1張心盤(pán)螺絲圖片存在丟失故障，卻沒(méi)有檢測(cè)到。分析原因是螺絲丟失造成的封閉黑孔被-ia色的裂紋隔開(kāi)了，所以沒(méi)有

51、形成封閉特征。檢測(cè)心盤(pán)螺絲丟失故障的算法運(yùn)行一次大約消耗時(shí)間400ms左右：檢測(cè)安全鏈丟失的算法一次大約消耗時(shí)間550ms左右。5.4系統(tǒng)性能參數(shù)經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)的性能參數(shù)如下：(1）適用貨車(chē)運(yùn)行時(shí)速：50km/h;(2)拍攝圖片像素：780×582;(3)自動(dòng)分辨客車(chē)、貨車(chē)，判斷貨車(chē)車(chē)種車(chē)型；(4)自動(dòng)計(jì)軸、計(jì)輛；(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)約300000輛貨車(chē)圖像數(shù)據(jù)；（可擴(kuò)展）(6)列車(chē)通過(guò)后30秒內(nèi)完成圖像數(shù)據(jù)上傳處理；(7)補(bǔ)償光源：多路同步可控高亮冷光源； 0(8)自動(dòng)檢測(cè)貨車(chē)兩類(lèi)常見(jiàn)故障；心盤(pán)螺絲是否丟失和制動(dòng)粱安全鏈?zhǔn)欠駚G失(9)數(shù)據(jù)傳輸方式： 軌中設(shè)備到地面探測(cè)站：采用高

52、速LVDS接口； 前端子系統(tǒng)到圖像分析中心：光纖通訊：(10)圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源：AC220V+W%50Hz;(11)前端控制與采集予系統(tǒng)功率：ikW。 本章首先分別對(duì)車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備和圖像自動(dòng)采集設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和列檢車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，系統(tǒng)在沈西列檢車(chē)站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)整體聯(lián)調(diào)。該系統(tǒng)的總體性能到了應(yīng)用要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目前運(yùn)行的鐵路貨車(chē)車(chē)輛的標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確識(shí)別；準(zhǔn)確、清晰抓拍到貨車(chē)底部指定位置的照片；對(duì)兩類(lèi)常見(jiàn)故障（心盤(pán)螺絲丟失和制動(dòng)粱安全鏈丟失）自動(dòng)識(shí)別。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)視覺(jué)在本課題應(yīng)用中的“瓶頸”。分析了兩類(lèi)故障自動(dòng)識(shí)別“瓶頸”產(chǎn)生的原因。即由于圖片在拍攝

53、過(guò)程中混入了很多的環(huán)境噪聲和干擾，可能覆蓋算法所依賴(lài)的故障特征或者添加進(jìn)干擾特征提取的噪聲特征，從而導(dǎo)致故障的誤報(bào)或者漏報(bào)。 最后，經(jīng)過(guò)測(cè)試，給出了系統(tǒng)的性能參數(shù)。5.4圖片質(zhì)量圖片質(zhì)量是TFDS系統(tǒng)發(fā)揮作用好壞的關(guān)鍵，只有圖片質(zhì)量高，才能使室內(nèi)檢車(chē)員準(zhǔn)確、全面地判斷車(chē)輛故障?，F(xiàn)有圖片對(duì)一些配件丟失、折斷、彎曲等明顯故障較容易觀察，雖然京天威公司的TFDS1設(shè)備提高了像素，使圖片質(zhì)量比以前清晰一些，但對(duì)一些隱蔽故障（如裂紋）仍不能清晰地顯示。另外，目前TFDS系統(tǒng)的圖片質(zhì)量受環(huán)境、天氣因素影響大，如雨雪、陽(yáng)光都會(huì)對(duì)圖片質(zhì)量造成影響，使正常檢測(cè)受到干擾。5.5設(shè)備問(wèn)題一是軟件問(wèn)題，使用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)設(shè)備丟圖、錯(cuò)圖、數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤等因設(shè)備軟件原因出現(xiàn)的問(wèn)題，影響了室內(nèi)檢車(chē)員的正常使用，雖然廠家數(shù)次對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)，效果仍不明顯。另外，分析室服務(wù)器軟件系統(tǒng)的安裝過(guò)于復(fù)雜，以目前車(chē)輛段正常水平維修工的能力無(wú)法掌握，這會(huì)對(duì)以后這部分的故障處理造成影響。二是硬件問(wèn)題，使用中光源補(bǔ)償照明燈經(jīng)常壞、軌心和軌側(cè)保護(hù)門(mén)常出故障，也影響到設(shè)備的正常使用。這些軌邊設(shè)備應(yīng)充分考慮其使用環(huán)境、連續(xù)使用等特點(diǎn)，選擇強(qiáng)度高、抗疲勞