具体实施方式

在下文中将参考附图对本发明的各方面进行更充分的描述。然而，本发明可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。相反地，提供这些方面将使得本发明周全且完整，并且本发明将给本领域技术人员充分地传达本发明的范围。基于本文所教导的内容，本领域的技术人员应意识到，无论是单独还是结合本发明的任何其它方面实现本文所公开的任何方面，本发明的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外，除了本文所提出本发明的多个方面之外，本发明的范围更旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解，其可通过权利要求的一或多个元件具体化本文所公开的任何方面。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

现有技术中，针对铁路轨道检测采用的方法为，在轨道检测车上安装轨道检测系统，其中包括轨道图像检测子系统。轨道图像检测子系统中包括安装于轨道检测车底部的光学图像采集设备(通常为线阵摄像机)，光学图像采集设备按照车辆速度对下方铁路表面进行快速图像采集，连续的图像采集形成连贯的铁路影像，从而覆盖所检测铁路段。

线阵摄像机工作时，同时将采集图像数据传输至前端采集服务器，前端采集服务器通过专用硬件设备或软件程序，将接收到的图像数据进行压缩编码，生成连续的图片数据，通常图片数据的压缩格式为JPEG，然后再将压缩后的图片数据写入存储设备或者通过网络传输至第三方。

而随着铁路里程的增加及摄像设备分辨率的提高，采集到的铁路图像数据将是一个庞大的数据量，对着庞大的数据量进行存储及处理所需的硬件成本极高。同时随着高速铁路的普及，轨道检测车的车速增加，常常存在着前端采集服务器的图像压缩速度低于图像采集速度的情形，导致轨道检测车采集的数据来不及被压缩而丢失，严重影响采集结果的完整性与准确性。

为了解决上述问题，如图1、图2所示，本发明的一个实施例提供了一种铁路轨道图像处理方法，该方法包括如下步骤：

步骤S100：获取铁路轨道图像数据；其中铁路轨道图像数据可以为安装于轨道检测车底部的光学图像采集设备实时采集到的图像数据，也可以为从其他存储设备获取的已有的图像数据，获取的方式可以通过有线传输的途径获取，也可以通过无线传输的途径获取，在此不做限制。

步骤S200：对所述图像数据进行视频编码，形成第一类型帧I_a和第二类型帧组P_a，其中第二类型帧组P_a位于第一类型帧I_a和第一类型帧I_a+1之间，a从1～m遍历，a为第一类型帧的序号和第二类型帧组的组号，m为第一类型帧的个数和第二类型帧组的个数；

所述第二类型帧组P_a包括至少一个第二类型帧P_a ^b，b从1～n遍历，b为第二类型帧的序号，n为每个第二类型帧组中含有的第二类型帧的个数；

所述第一类型帧I_a存储完整图像信息，可单独解码；

所述第二类型帧P_a ^b不可单独编码，当b＝1时，所述第二类型帧P_a ^b存储与第一类型帧I_a的差量数据；当b>1时，所述第二类型帧P_a ^b存储与第二类型帧P_a ^b-1的差量数据；

第一类型帧I_a属于帧内压缩，其为这一帧画面的完整保留，解码时只需要本帧数据就可以完成(因为包含完整画面)。

第二类型帧P_a ^b属于帧间压缩，其没有完整画面数据，只有与前一帧(前一帧可以为第二类型帧也可以为)的画面差别的数据，因此，解码时需要需要用之前缓存的画面叠加上本帧定义的差别，生成最终画面。

步骤S300：将第一类型帧I_a和第二类型帧组P_a形成一图像组G_a，a从1～m遍历。因此，图像组G_a的长度即为第一类型帧I_a的数量加上第二类型帧组P_a中包含的第二类型帧的P_a ^b的数量。需要说明的是，一个图像组G_a中只有一个第一类型帧I_a，但可以没有或者有若干个第二类型帧P_a ^b。

当图像组G_a的长度为1时，说明没有第二类型帧P_a ^b，只有第一类型帧I_a，由于第一类型帧I_a包含完整的画面，故可以独立解码，但同样会导致数据量大的问题。

当图像组G_a的长度大于1时，图像组G_a的长度越长，代表所拥有的第二类型帧P_a ^b越多，这种方式的压缩比率更高，但解码运算时间也就越长。

因此，应根据实际需要，选择合适的图像组G_a的长度，即每个图像组G_a所包含的第二类型帧P_a ^b的数量。

在传统解决方案中，采用的是JPEG的压缩格式，数据压缩有效范围限本帧，每帧数据之间不存在关联关系。但对于铁路轨道图像而言，其具有一定的特殊性，即各图像帧之间存在较大的相似性，基于此特点，本实施例中引入视频编码的原理，对所述铁路轨道图像数据进行视频编码，形成第一类型帧I_a和第二类型帧P_a ^b，并形成图像组G_a，在第一类型帧I_a中存储完整图像，在第二类型帧P_a ^b中存储与上一帧的差量数据，通过这种差量压缩的方式大大提高了对铁路轨道图像数据的压缩率，从而可以有效的降低铁路轨道图像数据的的数据量。

需要说明的是，虽然视频编码技术为一种现有的图像处理技术，但还未见有现有技术将其应用到铁路轨道图像数据的处理方法中。在铁路轨道图像识别技术领域，因为获取到的为图片格式的图像，因此惯用的处理方法为采用专用设备将图片格式压缩为JPEG格式，以压缩图像数据量。因此，对本领技术人员而言，将视频压缩技术应用到铁路轨道图像数据处理技术领域是不容易想到的。

且本实施例所述的铁路轨道图像数据处理方法，还具有如下有益效果：

1)在采用本实施例所述方法进行图像处理过程中，可以通过控制视频编码的码率参数，进而控制每秒图像数据的产生量，避免了铁路轨道图像采集速率与图像压缩速率不一致导致数据丢失的问题，有利于图像数据存储和图像数据网络传输。

2)采用本实施例所述的图像数据处理方法，当使用端需要使用相关图像数据时，通过所在计算机平台的标配硬件视频处理器进行解码处理，从而可以提高解码速度，降低CPU负载量。

进一步地，步骤S100中，获取铁路轨道图像数据后，还至少包括如下步骤之一：

步骤S110：将获取到的所述图像数据缓存至显存的数据缓存区；如此，当采用GPU或者VPU对图像数据进行处理时，可以提高数据的交换速度。

步骤S120：对所述图像数据进行前处理，前处理的内容至少包括如下之一：图像亮度增强、直方图均衡化、图像区过曝处理。

图像数据的前处理通过GPU shader进行运算，可以并行多种执行。对于每帧图像数据，在编码之前进行必要的前处理可以使得图像内容更加清晰，前处理的内容根据实际情况确定，包括但不限于一下内容：图像亮度增强、直方图均衡化、图像区过曝处理等。

可以理解的是，在本发明的所提供的铁路轨道图像数据处理方法中，可以同时具备步骤S110和步骤S120，也可以仅具备步骤S110或步骤S120。

进一步地，所述步骤S200中，每个第二类型帧组P_a中含有的第二类型帧P_a ^b的个数n的取值范围为1～9。

由于图像组G_a的长度为其包含的第一类型帧I_a的数量(数量为1)加上第二类型帧P_a ^b的数量，而一个图像组G_a中只有一个第一类型帧I_a，故图像组G_a的长度是由第二类型帧组P_a中包含的第二类型帧P_a ^b的数量决定。

当第二类型帧P_a ^b的数量为0时，此时图像组G_a中只有第一类型帧I_a，由于第一类型帧I_a包含完整的画面，因此可以独立解码，但同样会导致数据量大的问题。当第二类型帧P_a ^b的数量大于等于1时，第二类型帧P_a ^b的数量越多意味着图像组G_a的长度越长，虽然此时的图像数据的压缩比率更高，但所需的解码运算时间也就越长，导致解码延迟。因此，应根据实际需要，选择合适的第二类型帧P_a ^b的数量。优选地，一个图像组G_a中包含的所述第二类型帧P_a ^b的数量为1帧～9帧，可满足轨道检测应用的需求。

进一步地，如图3所示，步骤S300之后，还至少包括如下步骤之一：

步骤S400：将所述图像组G_a输送至内存缓存区进行缓存；

步骤S500：对所述图像组G_a增加结构化描述信息，形成扩展数据，所述结构化描述信息至少包括如下信息之一：图像序列信息、图像信息。

可以理解的是，在上述方案所述的图像数据处理方法中，可以同时具备步骤S400和步骤S500，也可以仅具备步骤S400或步骤S500。

其中：图像序列信息包括但不限于如表1所示信息，图像信息包括但不限于如表2所示信息。

表1图像序列信息表

表2图像信息表

本发明的另一实施例，提供了一种铁路轨道图像处理系统，包括如下模块：

获取模块，用于获取铁路轨道图像数据；

编码模块，对所述图像数据进行视频编码，形成第一类型帧I_a和第二类型帧组P_a，其中第二类型帧组P_a位于第一类型帧I_a和第一类型帧I_a+1之间，a从1～m遍历，a为第一类型帧的序号和第二类型帧组的组号，m为第一类型帧的个数和第二类型帧组的个数；

所述第二类型帧组P_a包括至少一个第二类型帧P_a ^b，b从1～n遍历，b为第二类型帧的序号，n为每个第二类型帧组P_a中含有的第二类型帧的个数；

所述第一类型帧I_a存储完整图像信息，可单独解码；

所述第二类型帧P_a ^b不可单独编码，当b＝1时，所述第二类型帧P_a ^b存储与第一类型帧I_a的差量数据；当b>1时，所述第二类型帧P_a ^b存储与第二类型帧P_a ^b-1的差量数据；

所述编码模块还用于将第一类型帧I_a和第二类型帧组P_a形成一图像组G_a，a从1～m遍历。

进一步地，所述铁路轨道图像数据处理系统还包括显存缓存模块，和/或前处理模块；

所述缓存模块，用于将获取到的所述图像数据缓存至显存的数据缓存区；

所述前处理模块，用于对所述图像数据进行前处理，前处理的内容至少包括如下之一：图像亮度增强、直方图均衡化、图像区过曝处理

进一步地，所述编码模块中，每个第二类型帧组P_a中含有的第二类型帧P_a ^b的个数n的取值范围为1～9。

进一步地，所述铁路轨道图像数据处理系统还包括内存缓存模块，和/或扩展模块；

所述内存缓存模块，用于将所述图像组G_a输送至内存缓存区进行缓存；

所述扩展模块，用于对所述图像组G_a增加结构化描述信息，形成扩展数据，所述结构化描述信息至少包括如下信息之一：图像序列信息、图像信息。

在本发明的一个实施例中，所述编码模块的类型为GPU模块，和/或VPU模块，所述编码模块的码率大于等于20mbps；所述编码模块集成于前端采集服务器的显卡上，本实施例采用标准的显卡设备对获取到的铁路轨道图像数据进行编码运算，其不仅成本低于专用设备，而且还利用了GPU和VPU的高性能运算能力，可以降低前端采集服务器中CPU的损耗,同时降低图像编码运算时间；且可以通过控制视频编码的码率参数，进而控制每秒图像数据的产生量，避免了铁路轨道图像采集速率与图像压缩速率不一致导致数据丢失的问题，有利于图像数据存储和图像数据网络传输；当使用端需要使用相关图像数据时，通过所在计算机平台的标配硬件视频处理器进行解码处理，从而可以提高解码速度，降低CPU负载量，进而可以提高铁路轨道检测的效率。

如图4所示，为本发明一个实施例中铁路轨道图像数据处理系统优选的工作流程图，具体地：

a)开始

b)所述图像获取设备获取铁路轨道图像数据；

c)图像获取设备通过网络图像数据发送至前端采集服务器；

d)所述缓存模块将获取到的图像数据送入显存的数据缓冲区中；

e)所述前处理模块对图像数据进行前处理；

f)所述编码模块对图像数据进行编码，形成图像组G_a；

g)将图像组G_a输送至内存缓冲区，进行缓存；

h)所述扩展模块对所述图像组G_a增加结构化描述信息，形成扩展数据；

i)将扩展数据写入磁盘进行保存和迁移，或通过网络传输至其他使用端。

j)结束

本发明的另一实施例，提供了一种可读存储介质，其用于存储程序，所述程序被执行时，用于实现前述任意一项所述的铁路轨道图像数据处理方法。

本发明的另一实施例，提供了一种电子设备，其包括：至少一个处理器；存储器，其上存储有一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述处理器实现前述任一项所述的铁路轨道图像数据处理方法。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。