（中国铁路呼和浩特局集团有限公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010050）
1 概要
随着中国铁路电气化的快速提升，传统的依靠步巡检测的方式远远不能满足接触网的检测需求。在这种背景下，近年来涌现了许多新的车载式接触网检测技术及装置，这些检测技术及装置包括“高速弓网综合检测装置（1C）”、“接触网安全巡检装置（2C）”、“车载接触网运行状态检测装置（3C）”、“接触网悬挂状态检测监测装置（4C）”等，这些装置的大范围应用，极大的提升了接触网检测的现代化水平，有效保障了铁路运营的安全性。
然而，在这些装置得到大范围应用的同时，其普遍存在的缺陷定位出现偏差的问题，却严重限制了其实际使用效果。在这种背景下，研制新的缺陷定位技术，就显得尤为迫切。
数字图像处理技术的快速发展，尤其是图像识别技术的不断突破，使得车牌识别技术成为了一项较为成熟的技术。考虑到接触网线路上，每个杆位都对应有唯一的号牌，因此通过将车牌识别技术引入到铁路号牌识别，实现杆位的精确测量，即可彻底解决当前接触网检测中普遍存在的缺陷定位偏差问题。而由于缺陷定位偏差问题的普遍性，使得该技术的研制成功，将拥有广泛的适应性及可推广性。
在文章中我们提出了一种基于图像识别的杆号信息识别系统，不仅可以减少工作人员的工作量，同时也为各种检查数据精确定位提供定位信息。
本文做的工作主要为解决复杂的铁路沿线杆号采集、识别做出系统化设计，确保该系统能对任何所有条件下杆号进行可靠采集、识别。
2 检测原理
系统由工业相机及补偿光源、工业计算机组成，其中，工业相机及补偿光源安装于检测车辆顶部靠近车体外侧，工业计算机安装于车内。工业相机及补偿光源在车辆行进过程中，对线路侧面的杆号图像进行连续拍摄，所拍摄的图像经专用线缆后送入工业计算机，由安装于该计算机上的专用软件进行图像处理，获得每根杆位的实际杆号值。该杆号值（定位信息）经专用接口输出至其它软件，供其它检测系统的使用。
3 算法实现
3.1 算法实现概述
算法首先实现杆号牌在图片中的定位，若不能找到杆号牌，再在切割后的车牌上实现二值化，依据垂直投影的分布图，完成字符切割，对于切割后的当个字符进行重排序，字符识别，采用BP 神经网络，识别单个字符。依据顺序读出杆号。
号牌定位：图片中对号牌区域的初定位。
倾斜矫正：依据仿射变换，将倾斜的图像扳正。
字符切割：从号牌区域中切割出多张图片，每张图片包含一个字符。
字符识别：对每一个字符图片进行识别，发送输出结果。
3.2系统开发平台与组件：
系统环境为 VS2013 采用 C++ 开发。
3.3 算法设计
3.3.1 目标定位训练及识别
号牌定位依据号牌的特征，采用HOG 特征提取加SVM 实现目标定位。
(1) HOG特征提取
HOG特征本意为图像灰度方向直方图，最初运用于人脸识别，HOG的核心思想是所检测的局部物体外形能够被光强梯度或边缘方向的分布所描述。通过将整幅图像分割成小的连接区域（称为cells），每个cell生成一个方向梯度直方图或者cell中pixel的边缘方向，这些直方图的组合可表示描述子。为改善准确率，局部直方图可以通过计算图像中一个较大区域(称为block)的光强作为measure被对比标准化，然后用这个值(measure)归一化这个block中的所有cells.这个归一化过程完成了更好的照射/阴影不变性。
(2)SVM分类器
支持向量机(SVM)它是一种二类分类器，其基本模型定义为特征空间上的间隔最大的线性分类器，其学习思想是间隔最大化，最终可转化为一个凸二次规划问题的求解，主要特点是训练样本需求小，与样本的维度无关，只与支持向量有关，良好的过拟合等。本项目SVM采用libsvm库。
1)训练结果保存：
图1 训练结果保存图
3.3.2 图像缩放及目标识别
依据设计好的分类器，在缩小后的图片上逐行搜索查找号牌。在图中定位到目标区域，将区域从原目标中切割出来。
3.3.3 号牌方向矫正
对于上下部号牌的准确区域，首先利用连通区域和面积找到号牌区域，找到外部轮廓矩形。确定四个边的大致位置，利用最小二乘的直线拟合，找到准确的四个边的位置，然后仿射变换，将号牌矫正。
3.3.4 查找字符的左右界和上下界。
计算图像的垂直投影和水平投影，依据设定的阈值，切除数字外的空白部分。
3.3.5 字符提取方法（多尺度模板匹配）
利用模板比对找到字符间的空白位置，实现字符切割。
3.3.6 归一化后的字符识别
训练从0-9 的字符识别，利用 bp 算法，识别车号。
4 系统实现
本系统已经在多个项目上得到了成功的应用，现场图像如图9、10所示。如图9、10所示，图中圆形标记区域极为杆号拍摄相机及其补充光源模块，安装载体为接触网检测车。在车辆行进过程中，相机及补偿光源同步工作，实现现场图像的实时采集，采集结果直接送入车内计算机，由其进行处理并将结果反馈给接触网检测装置使用。
5 结论
本系统研制的接触网杆号识别系统，通过工业相机配合辅助光源对接触网杆号图像进行连续拍摄，通过专门研制的图像处理技术，实现杆号图像的实时、高效识别。该识别结果作为接触网检测装置的实时定位信息输入，其高准确性对接触网的缺陷定位起到了极大的帮助作用。在未来，该系统必将在各车载接触网检测系统中得到极大的推广，并持续发挥其重要作用。
论文作者:万海
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/21
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