第十四届全国表面工程大会

292 / 2022-09-28 13:39:29

基于机器视觉的钢轨波磨三维重构方法

智能运维; 钢轨波磨; 机器视觉; 三维重构; 灰度拟合

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地铁钢轨波磨是影响列车正常运营安全的关键因素，针对钢轨波磨传统人工检测效率低

且主观性强的问题，本文提出一种基于机器视觉的钢轨波磨三维重构方法，其能够根据波磨

图像快速直观地重构钢轨波磨以实现城轨装备的智能化运维建设。首先，采集重庆地铁不同

轨道结构的钢轨波磨图像，对钢轨波磨轨面的深度数据进行测量。其次，结合YOLO v5 神经

网络框架定位钢轨波磨以消除图像背景对重构过程的干扰，添加CBAM 注意力机制并对其进

行知识蒸馏增加钢轨波磨定位过程的召回率和准确度，考虑Mask R-CNN 实例分割框架分割

钢轨波磨图像中的钢轨轨顶面，结合钢轨波磨图像定位与分割得到针对钢轨波磨三维重构的

预处理图像。然后，采用双边滤波的方法对预处理图像中的特征区域进行平滑处理，通过加

权平均法对平滑处理后的预处理图像进行灰度化处理，利用最小二乘法将现场钢轨波磨轨面

深度数据与图像灰度进行拟合建立波磨深度-图像灰度的关联函数，从而实现钢轨波磨的三

维重构。最后，结合现场调研搭建钢轨波磨三维重构的测试数据集并对该方法进行验证。结

果表明该方法可以对钢轨波磨实现快速定位与准确分割，钢轨波磨的重构结果与现场实测数

据偏差小于0.1 mm，满足轨道线路日常检修及维护要求，能为智能运维体系化建设方案提

供技术保障。