基于ARM9的轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)圖像采集模塊設(shè)計(jì)

摘要 轉(zhuǎn)轍機(jī)是鐵路上負(fù)責(zé)道岔的轉(zhuǎn)換、鎖閉、監(jiān)督功能的電氣設(shè)備，它的監(jiān)測(cè)對(duì)維護(hù)列車安全運(yùn)行具有重要意義?，F(xiàn)有道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在檢測(cè)方式落后、不直觀、高誤警等情況。針對(duì)上述情況文中提出了一種在線視頻監(jiān)控自動(dòng)處理系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)缺口圖像的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行拍照和上傳；工作室終端電腦能對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)表示桿缺口偏移量的圖像進(jìn)行識(shí)別、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和超值報(bào)警，并介紹了圖像采集模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)轍機(jī)；缺口監(jiān)測(cè)；Linux ARM9

轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)問題一直是鐵路信號(hào)系統(tǒng)特別是信號(hào)維修部門關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著鐵路高速、高密度行車區(qū)段的不斷增加，為了確保行車安全，對(duì)行車道岔運(yùn)行質(zhì)量與狀態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)無為重要。

1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
主要技術(shù)指標(biāo)：(1)缺口圖像分辨率0．01 mm。(2)缺口偏移檢測(cè)精度0．1 mm。(3)信號(hào)傳輸距離≤2．5 km(1．0 mm線徑)。(4)動(dòng)態(tài)圖像傳輸碼流100～250 kbit·s-1。

2 圖像采集模塊設(shè)計(jì)原理
圖像采集使用微型攝像頭，圖像分辨率是指圖像中每單位長(zhǎng)度所包含的像素或點(diǎn)的數(shù)目，常以像素／英寸(ppi)為單位來表示。對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)(S700K、ZD6)正面缺口在4～6 mm，用普通的30萬像素?cái)z像頭，精度可達(dá)6／640=0．01 mm。圖像數(shù)據(jù)量大小=圖像中的像素總數(shù)×圖像深度÷1 024(單位為kB)。30萬像素?cái)z像頭捕捉到640×480的畫面，二值圖像深度為1，灰度圖像深度為8或者彩色圖像深度為24，普通灰度圖像大小為2400kB。

JPEG是由ISO和CCITT 1986年成立了“聯(lián)合圖片專家組”(Joint Photographic Experts Group)所制定的靜止灰度或彩色圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)定義了3種編碼系統(tǒng)：(1)基于DCT的有損編碼基本系統(tǒng)，可以適合大多數(shù)壓縮場(chǎng)合。(2)基于分層遞增模式的擴(kuò)展、增強(qiáng)編碼系統(tǒng)，用于高壓縮比、高精度或漸進(jìn)重建應(yīng)用場(chǎng)合。(3)基于預(yù)測(cè)編碼中DPCM方法的無損系統(tǒng)，用于無失真應(yīng)用的場(chǎng)合。
圖像應(yīng)用系統(tǒng)要與JPEG兼容，必須支持JPEG基本系統(tǒng)，可以通過修改其文件格式、圖像分辨率或彩色空間模型應(yīng)用于不同場(chǎng)合。在不降低圖像視覺質(zhì)量的基礎(chǔ)上JPEG標(biāo)準(zhǔn)可以將圖像壓縮到1／10～1／50，這樣一幀圖像的大小就可以壓縮到48 kB，根據(jù)需要還可以壓縮為6 kB的二值圖像，滿足缺口檢測(cè)的要求。
在基本系統(tǒng)中，輸入和輸出數(shù)據(jù)的精度為8 bit，量化DTC值的精度為11 bit。壓縮過程由3個(gè)步驟組成：(1)DCT計(jì)算。(2)量化。(3)用熵編碼器進(jìn)行變長(zhǎng)碼賦值。具體過程如下：先把圖像分割成一系列8×8的子塊，然后按從左向右從上到下的次序處理。基本系統(tǒng)的編碼器如圖2所示。