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高速铁路路轨实时检测解决方案

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rocketechcda
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发表于:2011/8/31 10:20:17
#0楼

高速铁路路轨实时检测解决方案

1. 项目背景
铁路第六次大提速,缩短了列车运行时间,增加了铁路运输能力,对我国国民经济发展将起到促进作用。经过六次大提速后,某些区段列车的速度高达250Km/小时。列车以这样高的速度运行,需要铁轨,路基保持良好的状态。传统的人工检测铁轨的方法显然不适应目前高速铁路的要求,所以需要新的实时检测的方法。
机器视觉检测方法是一种新的无损检测方法。该方法可以实时获取铁轨表面的图像,将这些图像和GPS信息记录在一起,可以进行事后图像分析,找出有问题的轨面,并利用对应的GPS信息,查找出问题路轨的位置。
用机器视觉的方法可以将检测装置安装在任意一辆客运或货运车上,不需要专门的监测车,从而完成全路段铁轨表面图像数据的采集。
2. 技术指标要求
按照铁路提速的要求,要满足以下检测条件:
1) 最高可满足250公里/小时的运行速度
2) 检测精度要达到1mm
3) 连续采集1000公里
3. 技术难点
根据速度要求,即250公里/小时,机车的运行速度相当于约70米/秒。假设拍摄的图像有50%的重叠,则相机的拍摄速度要达到140帧/秒。相机的视场大小为1米x1米,若要满足1mm的物理分辨率,则相机的像素分辨率至少为1000x1000,若以8bit量化,则每幅图像的大小为1M字节。每秒钟产生的数据为140M字节。
要以如此高的速度拍摄,必须选用具有全帧快门的相机,才能保证拍摄高速运动物体的时候不会出现运动模糊。另外,要保存高达140M字节/秒的数据速率,需要采用高速磁盘阵列等存储设备。如果要连续采集1000公里,则将产生约2T字节的数据。这对数据存储也提出了更高的要求。

4. 系统解决方案
针对以上两个难题,我们推荐使用瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160-CL-12相机。该相机的分辨率为1024*1024像素,采用Camera Link Base接口,最高帧速为每秒150帧。由于采用了相机内置的图像校正算法,Photonfocus的CMOS相机能获得更高质量的图像,其图像采样精度能达到12bit。
Photonfocus生产的相机采用Linlog技术,极大地扩展了相机响应的动态范围。Linlog技术是Photonfocus的专利技术。我们知道,CMOS相机和CCD相机的图像灰度输出值都是与光照度成线性关系的,一幅图像中最亮与最暗像素的比值叫做图像的动态范围。一般来说,采用线性响应的CCD相机的动态范围为70dB左右,CMOS相机在60dB左右。对于某些应用,如激光焊接,其图像中的最亮和最暗部分的比值超过1百万倍,即120dB,远远超过CCD相机和常规CMOS相机的动态范围。Linlog技术就是在一台相机中集成了线性响应和对数响应,在低照度区域采用线性响应,在高亮区域采用对数响应,从而大大提高了图像的动态范围。并且Linlog技术解决了常规对数响应相机的很多缺陷,如线性响应和对数响应转折点处的图像对比度降低,没有全局快门等,使其更好地适合高速高动态领域的应用。
关于存储问题,我们提供实时的JPEG2000图像压缩,可以将1M字节的图像大幅度压缩,并且能达到每秒钟150帧的压缩速度。JPEG2000是一种高效的图像压缩算法,他有无损压缩和有损压缩两种,一般无损压缩可以达到2~3倍的压缩率,而有损压缩在压缩比为10倍的时候,肉眼基本上看不出来压缩后图像和原图的差别,所以可以在路轨表面检测中采用低压缩比率的有损压缩。
假设压缩比为10,则运行1000公里产生的数据为200G,每秒的数据速度约为15M字节。压缩后的图像数据直接保存在SATA硬盘中,然后通过USB2.0接口读取出来,可以还原整个路面的图像信息。
采用我们提供的实时压缩存储黑盒子之后,不再需要PC机,也不需要专门的采集卡,也不需要昂贵的磁盘阵列,所以大幅度降低了整个系统的成本。

推荐型号:

  相机 型    号: 瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160-CL-12
推荐理由: 采用Linlog技术,能解决煤粉爆炸过程中相机曝光时间设置的问题
灵活的ROI设置,可以只输出爆炸点周围的图像,极大提高拍摄速度




高速存储黑盒子
OEM-HS-Grabber
 全FPGA设计,可连接1个Camera Link Base接口的相机,支持像素时钟高达85MHz
                 实时JPEG2000压缩,能满足每秒150M字节的压缩率
           实时存储,可支持40M字节/秒的存储速度
           提供USB2.0数据接口,获取保存的数据
           提供GPS接口,可将GPS定位信息和图像结合起来

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