基于圖像技術的CRTSⅠ型軌道板切割拼接研究

宋坤駿 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 引言

高鐵作為長三角地區的城際客運鐵路線網的主骨架，其安全運營關系到人民生命財產安全，對經濟社會健康發展具有重要意義。對軌道巡檢采集回的圖像數據的正確處理，其基礎是對原始數據的正確分割和拼接。

CRTS1 型軌道板按照板長可以分為5 扣件，6 扣件，8 扣件，9 扣件長，其中以8 扣件和6 扣件長最為常見。原始圖片數據隨車采集，其寬高固定，像素寬度為2048，像素高度為2087，原始圖片中可能出現軌道板間縫隙也可能不出現。（圖1 中原始圖片統一縮小至100×100 大小來展示。）圖1 中第1，2 列是下行線路1相機采集到的數據，第3 列是下行2 相機采集的數據。上行線路圖片數據是類似的，算法也相同。

切割、拼接完成的 5 扣件，6 扣件，8扣件長軌道板樣例圖片如圖2 所示（圖2 中完整軌道板圖片統一縮小至200×100 大小來展示。），圖 2 中第 1 第 2 列是1 相機采集的圖像拼接而成，第3 列是2 相機采集的圖像拼接而成。不同相機采集的圖像的拼接算法是相同的，切換相機時僅有2 個參數需要修改。

此外，原始數據中還包含道岔圖像，道岔沒有規律間隔，清晰明確的板縫，無法拼接成完整的軌道板，因而需要在切割前單獨提取，部分道岔樣例圖片如圖3 所示。

圖3 原始道岔圖片數據

2 處理流程

2.1 軌道板切割拼接算法

原始數據按照采集時第一張圖片的采集時間分為多個文件夾。原始數據拼接為完整軌道板的關鍵在于將圖中的板縫準確地找出，而道岔段中不存在完整軌道板，因而運行切割拼接算法前將所有連續道岔段找出，將每一道岔段的末尾圖也就是下一非道岔段的起始圖中板縫y 坐標作為算法的一個輸入參數。對每一非道岔段執行以下算法，算法在matlab 環境中執行。

（1）拼接多張原圖直到長度大于9扣件板長上限

（2）提取原圖感興趣區域為原圖某兩列之間的長條狀子圖

（3）將子圖二值化，分別在6,8,5,9扣件長度附近區域求區域內二值圖行和

（4）優先統計6,8 扣件附近區域行和小于閾值的行數

（5）6（8）扣件附近存在滿足條件的行且8（6）扣件附近不存在滿足條件的行，則板縫在 6（8）扣件長處

（6）若6 扣件和8 扣件附近均存在滿足條件的行，則比較6 扣件附近最黑行和8 扣件附近最黑行哪個行和更小，小者為板縫所在

（7）若還無法確定板縫，則在板長下限以后每一行找二值圖行和小于一定閾值的，認為這種行中行和最小的行為板縫所在

（8）若還無法確定板縫，則在5,6,8,9扣件長附近找原圖行和最小行，比較四個最小值，其中最小者認為是板縫所在。

運行上述算法后，每一非道岔段被分割為一塊塊完整的軌道板，但是算法無法保證100%的切割準確率，由于軌道板的連續性，一塊板切錯會遞推地影響后續板的準確性。100%準確切割對于板號識別有重要意義，因為在完全正確切割的前提下，每一非道岔段中的板號無需識別，而可以根據該段初始板號計算得出。切割錯誤的類型包括板縫泛白，將框架板/引接線/導接線誤認為板縫，遞推錯誤（因為上一張錯誤所以本張圖也錯誤）等（具體見圖4）。作者發現對于所有的切割錯誤類型可以用統一的補丁程序予以糾正，從而達成數據庫中圖片數據100%正確的要求。作者編寫的這個補丁程序對于糾正過程中出現的板數增多或減少的情況具有很好的適應性。它的原理在于，不論對于什么類型的錯誤，總能找出一塊起始板，其上板縫是切割正確的，后面跟著切錯的板都是遞推錯誤類型，因此可以手工讀出這一段連續出錯板的長度，輸入補丁程序中予以糾正。為了減少補丁程序的工作量，可以運用的技巧包括查錯時將1,2 相機拍攝的圖片左右拼合，方便根據一側有導接線/引接線而另一側無導接線/引接線等標志物判斷錯誤板段的起始板號，還可以調節切割算法參數減少出錯板數。經反復試驗，取合適的閾值能夠有效降低出錯板數。

綜上，通過先后運行軌道板切割拼接算法和補丁程序，就可以完成CRTS1型軌道板的100%正確分割。

圖4 切割錯誤類型，從左到右依次為：板縫泛白，框架板誤認為板縫，引接線誤認為板縫，遞推錯誤

3 結束語

本文綜合運用二值化等經典圖像處理手段實現了CRTS1 型軌道板圖像的切割拼接，原算法準確率在98%以上，通過補丁程序達到了100%準確率。軌道板的完全正確分割有望應用于工務的多種應用場景中。