基于ARM9的轉轍機缺口監測圖像采集模塊設計

摘要 轉轍機是鐵路上負責道岔的轉換、鎖閉、監督功能的電氣設備，它的監測對維護列車安全運行具有重要意義。現有道岔轉換設備缺口監測系統存在檢測方式落后、不直觀、高誤警等情況。針對上述情況文中提出了一種在線視頻監控自動處理系統，其中轉轍機內監控系統能對缺口圖像的動態實時情況進行拍照和上傳；工作室終端電腦能對道岔轉轍機內表示桿缺口偏移量的圖像進行識別、自動監測和超值報警，并介紹了圖像采集模塊的設計與實現。
關鍵詞 轉轍機；缺口監測；Linux ARM9

轉轍機缺口監測問題一直是鐵路信號系統特別是信號維修部門關注的熱點。隨著鐵路高速、高密度行車區段的不斷增加，為了確保行車安全，對行車道岔運行質量與狀態穩定性監測無為重要。

1 系統技術指標
主要技術指標：(1)缺口圖像分辨率0．01 mm。(2)缺口偏移檢測精度0．1 mm。(3)信號傳輸距離≤2．5 km(1．0 mm線徑)。(4)動態圖像傳輸碼流100～250 kbit·s-1。

2 圖像采集模塊設計原理
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度所包含的像素或點的數目，常以像素／英寸(ppi)為單位來表示。對電動轉轍機(S700K、ZD6)正面缺口在4～6 mm，用普通的30萬像素攝像頭，精度可達6／640=0．01 mm。圖像數據量大小=圖像中的像素總數×圖像深度÷1 024(單位為kB)。30萬像素攝像頭捕捉到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準。JPEG標準定義了3種編碼系統：(1)基于DCT的有損編碼基本系統，可以適合大多數壓縮場合。(2)基于分層遞增模式的擴展、增強編碼系統，用于高壓縮比、高精度或漸進重建應用場合。(3)基于預測編碼中DPCM方法的無損系統，用于無失真應用的場合。
圖像應用系統要與JPEG兼容，必須支持JPEG基本系統，可以通過修改其文件格式、圖像分辨率或彩色空間模型應用于不同場合。在不降低圖像視覺質量的基礎上JPEG標準可以將圖像壓縮到1／10～1／50，這樣一幀圖像的大小就可以壓縮到48 kB，根據需要還可以壓縮為6 kB的二值圖像，滿足缺口檢測的要求。
在基本系統中，輸入和輸出數據的精度為8 bit，量化DTC值的精度為11 bit。壓縮過程由3個步驟組成：(1)DCT計算。(2)量化。(3)用熵編碼器進行變長碼賦值。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。基本系統的編碼器如圖2所示。