Image identification of station signal plan based on OpenCV
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摘要:
为实现异构车站信号平面图图纸数据格式的统一，结合车站信号平面图（简称：平面图）中各模块的形态特征分析与逻辑关系，提出基于OpenCV的图像识别方法以对平面图中主要的站场信号设备进行图像识别。将CAD平面图统一转化为相同分辨率及尺寸的PNG格式图像，采用灰度化和边缘检测算法进行图像预处理，得到站场的轮廓；分析平面图结构，利用Hough圆检测与直线检测实现平面图元的特征提取；根据识别到的圆与直线段，结合每种站场信号设备的属性特点及其之间物理连接的逻辑关系，分别设计识别方法。试验结果表明：基于OpenCV的图像识别方法可较为准确、完整地识别出各类站场信号设备，并获得每个设备相关的站场数据。
Abstract:To implement the standardization of data format for heterogeneous station signal plan drawings, this paper proposed an image identification method based on OpenCV by analyzing the morphological characteristics and logical relationships of each module in the station signal plan (referred to as the plan) to identify the main station signal equipment in the plan. The paper converted CAD floor plans into PNG format images of the same resolution and size, and used grayscale and edge detection algorithms for image preprocessing to obtain the contour of the station, analyzed the structure of the floor plan and use Hough circle detection and line detection to extract features of the floor plan elements, and based on the identified circles and straight line segments, combined with the attribute characteristics of each station yard signal equipment and the logical relationship of the physical connections between attribute characteristics to design identification methods separately. The experimental results show that the OpenCV based image identification method can accurately and completely identify various types of station yard signal equipment, and obtain station yard data related to each equipment.
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Keywords:
- station signal plan /
- OpenCV /
- image identification /
- feature extraction /
- Hough detection
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表 1 信号机图像识别数据字段说明
字段 类型 备注 x1 int 灯位1圆心横坐标 y1 int 灯位1圆心纵坐标 … … … x5 int 灯位5圆心横坐标 y5 int 灯位5圆心纵坐标 type tinyint 信号机的类型（0=出站，1=进站，2=调车） direct tinyint 朝向（0=右朝向，1=左朝向） circlenum tinyint 灯位数 
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表 3 道岔图像识别数据字段说明
字段 类型 备注 x1 int 道岔端点1横坐标 y1 int 道岔端点1纵坐标 x2 int 道岔端点2横坐标 y2 int 道岔端点2纵坐标 direct tinyint 朝向（1=撇形，-1=捺形） type tinyint 类型（0：单动道岔、1：双动道岔、2：交叉渡线） pos tinyint 道岔划分（0=上，1=下）
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表 4 轨道电路图像识别数据字段说明
字段 类型 备注 x1 int 轨道电路包含的绝缘节横坐标 y1 int 轨道电路包含的绝缘节纵坐标 … … … track_t tinyint 所包含的道岔类型 … … … x10 int 包含的道岔2端点1的横坐标 y10 int 包含的道岔2端点1的纵坐标 x11 int 包含的道岔2端点2的横坐标 y11 int 包含的道岔2端点2的纵坐标 k2 tinyint 道岔2朝向（1=撇形，-1=捺形） p2 tinyint 道岔2划分区段（0=上，1=下） type tinyint 轨道电路的类型（0=无岔，1=有岔）
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表 5 图像识别方法验证结果
设备类别 实际个数 正确识别个数 误识别个数 识别率 信号机 204 198 6 97% 绝缘节 223 207 16 93% 道岔 174 162 12 93% 轨道电路 240 203 37 85%
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