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高铁技术的快速发展对各行各业的发展起着重要的推动作用。钢轨铺设是指在焊轨基地将多根固定长度的钢轨焊接成一根长钢轨再到铁路现场进行铺设，焊接质量的好坏会影响列车的安全运行。因此，研究钢轨焊缝错边量的合格性检测方法对保障列车安全运行具有重要意义。在不同光照环境下，针对现有的计算机视觉方法不能自动在线识别焊缝的问题，本文采用均值聚类和水平集方法开展焊缝区域自动定位方法研究，进而实现焊缝错边量的合格性自动检测。主要工作内容和研究成果如下：
(1)提出了基于均值聚类的钢轨焊缝区域自动定位方法。首先，采用中值滤波对焊缝图像进行预处理，去除图像中离散的噪声点，再通过均值聚类算法对预处理后的图像进行分割，将轨腰处焊缝区域从图像中分离出来；其次，采用EDPF(Edge Drawing Parameter Free)方法和阈值法实现焊缝轮廓的粗定位；再次，根据粗定位后的轮廓分布位置和特点，采用两步排序法实现焊缝轮廓的精定位，并得到钢轨上边缘轮廓；最后，采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现焊缝区域的自动定位。对60kg/m的钢轨焊缝区域开展定位实验，并与现有方法的实验结果进行对比。实验结果表明，本章方法具有较强的自适应能力、较高的精度、较好的稳定性，可用于焊轨基地焊缝错边量的自动检测。
(2)提出了基于水平集的钢轨焊缝区域自动定位方法。首先，采用水平集方法对焊缝图像进行连通域轮廓检测，将焊缝与轨腰、轨头和背景进行分离；其次，采用面积排序和连通域相结合的方法，实现焊缝连通域轮廓的粗提取；再次，对轮廓的纵坐标，采用内外排序法，实现焊缝连通域轮廓的精提取；最后，对精提取的焊缝连通域轮廓中横坐标再次采用排序法，实现钢轨焊缝区域的自动定位。通过模拟不同的光照环境，对60kg/m的钢轨焊缝区域进行定位实验，并与现有方法的实验结果进行对比。实验结果表明，本章方法的自适应能力更强、定位精度更高、稳定性更好。
(3)研究并实现了钢轨焊缝错边量自动检测方法。首先，介绍了轨侧工作边和轨顶面错边量检测原理；然后，利用本文方法定位到的焊缝区域边界线，采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现轨侧工作边错边量的检测；最后，先采用OTSU算法和Canny算子检测顶面两侧钢轨上下边缘轮廓，再采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现轨顶面错边量的检测。通过开展焊缝区域错边量检测实验，验证了本文方法的优越性。
(1)提出了基于均值聚类的钢轨焊缝区域自动定位方法。首先，采用中值滤波对焊缝图像进行预处理，去除图像中离散的噪声点，再通过均值聚类算法对预处理后的图像进行分割，将轨腰处焊缝区域从图像中分离出来；其次，采用EDPF(Edge Drawing Parameter Free)方法和阈值法实现焊缝轮廓的粗定位；再次，根据粗定位后的轮廓分布位置和特点，采用两步排序法实现焊缝轮廓的精定位，并得到钢轨上边缘轮廓；最后，采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现焊缝区域的自动定位。对60kg/m的钢轨焊缝区域开展定位实验，并与现有方法的实验结果进行对比。实验结果表明，本章方法具有较强的自适应能力、较高的精度、较好的稳定性，可用于焊轨基地焊缝错边量的自动检测。
(2)提出了基于水平集的钢轨焊缝区域自动定位方法。首先，采用水平集方法对焊缝图像进行连通域轮廓检测，将焊缝与轨腰、轨头和背景进行分离；其次，采用面积排序和连通域相结合的方法，实现焊缝连通域轮廓的粗提取；再次，对轮廓的纵坐标，采用内外排序法，实现焊缝连通域轮廓的精提取；最后，对精提取的焊缝连通域轮廓中横坐标再次采用排序法，实现钢轨焊缝区域的自动定位。通过模拟不同的光照环境，对60kg/m的钢轨焊缝区域进行定位实验，并与现有方法的实验结果进行对比。实验结果表明，本章方法的自适应能力更强、定位精度更高、稳定性更好。
(3)研究并实现了钢轨焊缝错边量自动检测方法。首先，介绍了轨侧工作边和轨顶面错边量检测原理；然后，利用本文方法定位到的焊缝区域边界线，采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现轨侧工作边错边量的检测；最后，先采用OTSU算法和Canny算子检测顶面两侧钢轨上下边缘轮廓，再采用扫描法和最小二乘直线拟合法实现轨顶面错边量的检测。通过开展焊缝区域错边量检测实验，验证了本文方法的优越性。