技术摘要：
本发明属于本发明接触网智能检测技术领域，公开了一种适用于刚柔接触网的实时定位点识别方法，包括图像预处理步骤、接触线区域定位步骤、柔性定位点定位步骤和刚性定位点定位步骤，这种实时刚、柔性接触网的定位点识别方法，基于图像处理检测技术，实现对接触网定位点  全部
背景技术：
在电气化铁路设计中，接触网主要由接触悬挂、定位装置、支持装置、支柱及相关 基础设施等构成，是沿铁路线上空架设的一种特殊输电线路。它的功能是通过导线与受电 弓之间的接触，从而为电力机车提供电能。接触网的导线可分为刚性导线和柔性导线两种 类型，柔性导线主要应用于露天环境的线路设计，而刚性导线主要应用于地铁等线路的隧 道环境中。而评价接触网受流性能主要参考两个状态参数：几何参数和动力学参数。几何参 数包括导线高度、拉出值、定位管坡度、线岔、导线磨耗和支柱位置等，而对接触网进行几何 参数评价则要求必须要能够对接触网定位点进行准确的定位检测。 在接触网几何参数测量中，由于存在两种不同类型的导线，并且两种导线的设计 高度不一致。因此，在实际测量过程中，将会存在一个线路刚柔过渡区间，该区间由刚性导 线逐步过渡为柔性导线，或反之。而目前主要的基于非接触式几何参数测量方法，根据导线 不同类型，在不同的线路区间独立分开测量几何参数数据，在完成整条线路的数据测量之 后，最后对线路所有完整数据进行整合，整合的参考标准主要是不同类型导线的安装位置。 按照这种方法，由于线路刚柔过渡区间同时具备两种不同类别的导线，因此测量数据将会 发生较大误差。 目前，定位点检测技术被应用于接触网，用以作为接触网缺陷检测系统中触发面 阵相机进行图像采集拍摄的依据，同时也将其作为一杆一档数据存储以及管理的依据。定 位点检测准确与否，将极大地影响面阵相机触发的准确度，进而影响后续的数据分析难度、 增加数据分析的漏检率、工作量以及一杆一档数据存储的准确性。 在现有技术中，有一些基于雷达的检测技术的接触网识别检修技术方案，如公开 号为CN205097980U，公开时间为2016年3月23日，名称为“一种基于激光雷达的接触网检测 检修车”的中国实用新型专利文献，公开的技术方案中包括检测车体、数据采集单元、升降 旋转作业平台和用于数据分析处理的服务器；数据采集单元设置在检测车体上，所述升降 旋转作业平台可升降和旋转地设置在所述检测车体顶部的后方；所述升降旋转作业平台上 设置有显示和操控面板；所述服务器分别与数据采集单元、显示和操控面板连接，数据采集 单元所采集的数据经所述服务器分析处理后传输到所述显示和操控面板上。但是根据实际 使用的经验而言，这种基于基于雷达的检测技术缺点为检测频率低下，不适合速度快的列 车，在当前轨道交通大提速的要求下，缺陷比较明显。 而除了基于雷达的检测技术，当前还有一些其他的适用于接触网定位点检测的技 术方案，比如基于电子标签的检测技术和基于GPS的检测技术，但是这些新技术同样也存在 一些问题：基于电子标签的检测技术，虽然检测精度高，但是投资成本太大，需要在所有被 检对象上添加对应的电子标签才能实现，这是物力和人力的超高投入才能实现的，特别是 5 CN 111723792 A 说　明　书 2/9 页 对于既有线路的改造；而基于GPS的检测技术，同样具有高建设和运维成本的问题，而且该 技术在隧道和有遮挡及干扰的情况下信号差，很容易漏定位，精密度不足。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在于提供一种适用于刚柔 接触网的实时定位点识别方法。 本发明提供的这种适用于刚柔接触网的实时定位点识别方法，包括图像预处理步 骤、接触线区域定位步骤、柔性定位点定位步骤和刚性定位点定位步骤； 所述图像预处理步骤，是输入采集到的原始图像，对原始图像进行灰度增强处理 提高原始图像的质量、增强对比度等； 所述接触线区域定位步骤则是用于将经过图像预处理步骤灰度增强处理的图像， 依次通过水平梯度计算、线条提取、线条聚类形成候选区域和区域筛选处理，分别定位出图 像中包含的柔性接触或刚性接触线的候选区域； 所述柔性定位点定位步骤，首先将经过所述接触线区域定位步骤定位出的候选区 域作为输入图像，遍历输入图像的灰度图像像素点，分别统计像素点在0°、-45°、-90°、- 135°方向上连续灰度值为大于设定阈值的像素段作为行程，即为所有长度的行程，并根据 行程长度是否符合设定阈值来提取特征行程；然后再遍历上述所有特征行程，并以所述特 征行程中点为中心向四周扩张，截取设定尺寸的小图并对小图进行二值化处理；再对经过 二值化处理的小图进行连通域处理，并计算连通域的包括面积、长宽比、周长数值在内的几 何参数特征，将各几何参数特征均满足设定条件的连通域标记为柔性定位点输出； 所述刚性定位点定位步骤，包括绝缘子样本图像特征提取和定位扫描；首先，所述 绝缘子样本图像特征提取包括从包含各类绝缘子的现有的图像数据中找出各类绝缘子的 图像并进行绝缘子区域小图截图，将截取后的小图归一化到同一尺寸作为绝缘子样本图 像，需要说明的是，这里的小图是指相对之前的图像的尺寸更小；然后将所述绝缘子样本图 像在设定尺寸的窗口内进行像素识别和标记得到每张绝缘子样本图像的特征，具体的，这 里采用预设的尺寸为N*N(N为奇数)窗口遍历所述绝缘子样本图像，依次计算所述窗口内各 个非中心像素与中心像素灰度值做差的正负标记值记为第一特征；采用所述预设的N*N窗 口遍历所述绝缘子样本图像，依次计算所述窗口内各个像素灰度值与预设灰度值做差的正 负标记值，并统计标记值的水平和垂直方向统计数记为第二特征；串联所述第一特征和第 二特征得到所述绝缘子样本图像特征；所述定位扫描包括采用滑动窗口遍历所述接触线区 域定位步骤中得到的候选区域，将所述滑动窗口内包含的第一特征和/或第二特征串联而 成的图像特征记为滑动窗口图像特征，计算所述滑动窗口图像特征与所述绝缘子样本图像 特征的相似度，将满足相似度阈值的滑动窗口图像判定为刚性定位点，输出所述刚性定位 点区域。 优选地，所述图像预处理步骤，是以数值梯度函数gradient(x,y)计算原始图像G (x,y)中的每个像素点的梯度数值，并将结果与原始图像G(x,y)进行叠加得到增强后图像 G’(x,y)，即G’(x,y)＝G(x,y) gradient(x,y)，如果图像中相邻像素值有变化，即有梯度， 将梯度与对应的原始像素相加，灰度值变大；反之，梯度为0，则原始像素无变化，也就是说， 相加后的新图像，对比度明显增强，尤其是图像中物体的轮廓和边缘，与背景的区别明显增 6 CN 111723792 A 说　明　书 3/9 页 加。 而所述接触线区域定位步骤中，所述梯度计算是为了求取图像在一个方向的梯度 图并去除与其他方向的物体干扰以减少后续程序处理时间，所述梯度计算其具体方法为： 设经过图像预处理步骤增强处理的图像沿Y方向展布，从图像上看，接触线区域与x轴的角 度约为90度，对经过图像预处理步骤增强处理的图像进行x方向的梯度计算，从而滤除图像 中其他方向的梯度信息，其中图像中每个像素点(x,y)x方向的梯度为 Gx(x,y)＝H(x 1,y)-H(x-1,y) 其中H(x 1,y)、H(x-1,y)为像素点两侧像素点的灰度值。 优选地，所述接触线区域定位步骤中，线条提取是设置一固定灰度阈值，按行依次 遍历经过所述梯度计算后的图像中的每个像素点，当某一像素点的灰度值大于阈值时，将 其标记为1；然后对每一行中连续标记为1的区间计算区间的中点，该中点作为该区间的一 个线条候选点；然后将相邻两行的在x方向上距离指定像素以内的所述线条候选点进行连 接并视为同一线条输出，否则视为不同线条输出。 所述接触线区域定位步骤中，线条聚类首先是依次遍历所述线条提取得到的每根 线条，计算每根线条中所有像素点在x方向的平均值x_mean，依据x_mean对所有线条从小到 大进行排序，即在x方向从左到右进行排序； 然后对排完序的线条进行聚类，所述线条聚类是形成候选区域，将第一根线条归 为第一类，第一根线条即排序完成后的第一根，然后从左到右从第二根线条起始依次遍历 每根线条，利用平均值x_mean计算其与之前所有类中的首根线条以及最后一根线条在x方 向的距离，如果距离满足阈值条件，则将其归为同一类，若与之前的所有类都不满足距离的 阈值条件，则将其单独归为一类；最终，每一类为一个包含接触线的候选区域，这里需要说 明的是，这个接触线的候选区域包含柔性和刚性两种接触线。 所述接触线区域定位步骤中，区域筛选是计算线条聚类后得到的所有候选区域的 区域宽度，已知候选区域内所有线条的中所有像素点在x方向的平均值x_mean，计算首根线 条和最后一根线条的x_mean之差(就是每一根线条的横坐标做差；最左、最右的差就是宽 度)，即为区域宽度，根据区域宽度即可筛选出包含接触线的最终的候选区域，如根据区域 宽度是否符合柔性或刚性接触线区域宽度阈值区间判别出柔性接触线区域或刚性接触线 区域。 具体的，所述柔性定位点定位步骤中设定阈值，是采用迭代最优阈值的方式确定 的，所述迭代最优阈值，是假设没有相关物体确切位置的先验知识，作为第一步近似，考虑 图像四角含有背景像素而其他部分含有物体像素，具体的，在第t步，分别计算背景和物体 的灰度均值 和 其中在第t步将图像分割为背景和物体的阈值是Tt，它是在第S3步确定 的： S1， S2，置 Tt 1提供一个更新了的背景和物体的区分； S3，如果Tt 1＝Tt停止；否则返回第S2步。 7 CN 111723792 A 说　明　书 4/9 页 而所述计算连通域的面积，区域面积，即区域像素点集中像素的个数，也就是区域 边界内包含像素点的数目，具体的，设二值图像f(x,y)的某连通域 的大小为M*N， 其中： 那么区域的面积为 进一步的，所述计算连通域的长宽比，可通过计算区域的质心，再根据质心计算区 域的长短轴，从而得到长宽比，具体的，假定二值图像f(x,y)，区域的面积为S，则其质心坐 标为 得到区域质心后，遍历连通域每个坐标点，计算区域中离质心的最近点p1和最远 点p2；定义最近点p1与质心的距离为短轴D1，最远点p2与质心的距离为长轴D2，则长宽比 pwr＝D2/D1。 而所述计算连通域的周长，区域的周长主要有两种定义方式： 1、采用8链码进行编码的曲线的长度： 其中N1表示指向方向为0， 2，4，6的像素点数；N2为指向1，3，5，7的像素点数目； 2、将边界像素点所占的面积定义为周长，即边界点所占的像素点数目。 进一步地，所述刚性定位点定位步骤中的定位扫描，计算所述滑动窗口内图像的 滑动窗口图像特征之前，还包括对所述滑动窗口内图像进行镜像边界扩充，且为了避免漏 定位，还可只进行左右镜像边界的扩充。 再者，所述刚性定位点定位步骤中的定位扫描，计算所述滑动窗口内图像的滑动 窗口图像特征之前，还包括对所述滑动窗口内图像进行插值处理，使所述滑动窗口内图像 与所述绝缘子样本图像尺寸一致。 所述刚性定位点定位步骤中，绝缘子图像特征计算具体的包括： 在n*n的窗口内，以窗口为中心遍历窗口中图像的所有像素点，将所有像素点与窗 口中心的像素点像素相减，若结果为正，则该像素标记为1，否则标记为0，由此可得到该窗 口的一连串标记值，记为特征Ⅰ； 在n*n的窗口内，将图像中灰度值大于设定阈值的像素点设置为1，反之，设置为0， 然后进行水平和垂直方向的像素统计，记为特征Ⅱ； 采用n*n的窗口遍历绝缘子样本图像，将特征Ⅰ和特征Ⅱ进行串联得到整张图的特 征。 与现有技术方案相比，本发明技术方案的有益效果如下： 1、本发明的这种实时刚、柔性接触网的定位点识别方法，基于图像处理检测技术， 实现对接触网定位点的非接触式检测，相比采用电子标签、雷达或GPS等定位点识别方案实 施成本更低、检测效率更高、定位可靠性更好。 8 CN 111723792 A 说　明　书 5/9 页 2、本发明技术方案对原始图像进行灰度增强预处理，提高图像质量，增强图像对 比度；同时在接触线区域定位过程中求取图像水平方向梯度图，去除其他方向的物体干扰， 减少后续程序处理的时间。由于采用上述基于梯度的图像处理方案，与现有技术相比，本发 明的实时柔性接触网定位点识别算法对光源不敏感，该方法可适用于对不同光照情况下的 图像进行柔性定位点识别，白天、晚上均可使用。 3、本发明技术方案通过线条提取、线条聚类的方式形成接触线候选区域，并根据 柔性接触线的宽度区间从接触线候选区域中筛选出刚性和柔性接触线区域，该方式实现了 简便、快捷地提取刚性或柔性接触线区域，提高了刚性和柔性定位点识别的实时性。 4、本发明技术方案采用定位杆定位的方式实现柔性定位点定位，充分考虑柔性定 位点区域相比刚性定位点背景干扰更少的特点，根据特定方向的行程特征阈值滤除不符合 要求的行程，再对符合要求的行程经过二值化和区域特征计算步骤，最终得到柔性定位点 区域，定位实时性强、准确度高；采用绝缘子特征识别的方式实现刚性定位点定位，对刚性 接触线区域图像进行分块分析处理，通过提取滑动窗口图像的径向和纵横向灰度分布特 征，识别得到刚性定位点区域，定位实时性强、准确度高。 5、本发明采用的算法参数修改方便，代码写好以后，无需专业人员，其他非专业人 员可进行相关参数的修改。 附图说明 本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中： 图1为本发明的逻辑关系示意图； 图2为本发明柔性定位点定位步骤二值化处理的示意图。