专利原文与附图
一种轨道表面缺陷智能在线检测装置及检测方法
An Intelligent Online Rail-Surface Defect Detection Device and Method
该专利在列车前、后端设置轨道图像获取子系统，连续图像经灰度化、ROI阈值分割、形态学处理、滤波、Canny边缘和轨道拟合后，由Inception-v3完成缺陷分类；相对路程与GPS/北斗等信息用于缺陷定位，确认图像继续用于模型在线更新。
专利摘要
本专利公开一种轨道表面缺陷智能在线检测装置及检测方法。装置包括轨道表面缺陷检测、模型在线更新、列车组数据交互、缺陷定位、异常处理和供电系统。方法连续采集轨道图像，完成轨道识别、提取和定位，并以Inception-v3为基础网络进行缺陷分类；定位系统融合速度/加速度、GPS/北斗和高精度地图信息，确认并标记的检测图像用于神经网络再次监督训练和模型参数更新。
- 轨道表面缺陷
- 机器视觉
- ROI
- 形态学处理
- Canny
- Inception-v3
- 融合定位
- 在线更新
列车运行中需要持续获得轨道表面图像、识别缺陷并确定其位置
专利背景列举人工、涡流和超声检测在效率、环境影响或接触检测方面的问题。
方案以列车搭载图像获取系统完成无接触图像采集，并连接缺陷分类、位置融合与模型更新。
检测、在线更新、列车组数据交互、定位、异常处理和供电构成总体装置
列车前端与后端各配置一套图像获取子系统，用于结果校验并在单套故障时保留另一采集通道。
检测结果可通过列车组数据交互系统同步、标准化并写入中心数据库。
图1展示检测、模型在线更新、列车组数据交互、缺陷定位、异常处理和供电系统。
查看高清原图 ↗连续图像依次经过预处理、轨道提取、精确定位与Inception-v3分类
RGB图像按灰度加权处理，在ROI内采用自适应阈值分割和形态学操作提取轨道。
随后执行中值与双边滤波、Canny边缘、两级伪边缘去除和双直线拟合，再进行缺陷分类。
图2展示连续图像采集、预处理、轨道提取、分类、定位、数据校验及模型更新。
查看高清原图 ↗专利附图给出实际轨道缺陷图像的检测结果
图10以黑色结果区域中的局部白色闭合轮廓表示检测出的缺陷位置。
该附图用于展示实施例的检测输出，不据此扩展通用精度或查全率数值。
图10为专利实施例中实际轨道缺陷图像的检测结果。
查看高清原图 ↗缺陷时刻相对路程与大致地理位置经融合得到轨道缺陷位置
速度传感器信息用于累计列车行驶路程S(t)，检测到缺陷时记录S(t₀)。
GPS/北斗及惯性数据可通过卡尔曼滤波、衰减记忆滤波等方式融合，并与高精度地图定位互相纠正。
图12展示路程计算、缺陷判断、大致地理位置和缺陷位置融合。
查看高清原图 ↗确认的检测结果按是否存在缺陷标记为1或0并用于再次训练
确认有缺陷的图像标记为1，无缺陷图像标记为0；错误检测经人工或其他系统校验后按实际情况标记。
标记图像送入神经网络训练中心，再次监督训练后的模型用于更新检测系统。
图13展示缺陷判断、图像0/1标记、再次训练和检测系统更新。
查看高清原图 ↗双端采集、图像处理、缺陷分类、融合定位与模型维护形成连续检测链
图像采集模块配置光源和纵向、横向、轴向减震结构；前后两套采集系统承担冗余与校验。
专利文本未给出可普遍采用的阈值、结构元素尺寸、学习率、数据规模或检测性能数值。
第二层阅读
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姚宗伟，黄秋萍，杨宏飞，毕秋实，李学飞，王震. 一种轨道表面缺陷智能在线检测装置及检测方法: CN 110254468 B[P]. 2021-12-03.
姚宗伟，黄秋萍，杨宏飞，毕秋实，李学飞，王震. (2021). 一种轨道表面缺陷智能在线检测装置及检测方法 (CN 110254468 B). China National Intellectual Property Administration.
[1] 姚宗伟，黄秋萍，杨宏飞，毕秋实，李学飞，王震, “一种轨道表面缺陷智能在线检测装置及检测方法,” 中国专利 CN 110254468 B, 2021-12-03.