发表于：2012/6/11 12:00:42
#0楼
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。
![附件]()
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。
