專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)圖像處理測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)圖像處理測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的裝置。更具 體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)圖像處理測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損，尤其涉及一 種測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損部分的寬度的裝置。
背景技術(shù)：
在向電氣鐵路或鐵軌車(chē)輛供電的電車(chē)電線(xiàn)中，每當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí)， 都會(huì)發(fā)生與縮放儀集電器的接觸。由此，在電氣鐵軌車(chē)輛運(yùn)行中，電車(chē)電線(xiàn)逐漸被磨損，如果不做 更換的話(huà)，最終就會(huì)發(fā)生破裂，從而造成事故。針對(duì)電車(chē)電線(xiàn)設(shè)置磨損極限。通過(guò)使用該磨損極限作為電車(chē)電線(xiàn) 改變指標(biāo)，改變電車(chē)電線(xiàn)，保證電氣鐵軌車(chē)輛的安全。作為測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的方法，主要有兩種方法 一種是直接 測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的厚度的方法；另一種是計(jì)算電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度 并將磨損寬度轉(zhuǎn)換為電車(chē)電線(xiàn)厚度的方法。上述方法中作為測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度的方法，有如下一 種方法，即通過(guò)照射鈉燈或激光來(lái)測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)磨損部分(參見(jiàn)非專(zhuān) 利文獻(xiàn)l)。該方法利用了以下關(guān)系電車(chē)電線(xiàn)的下部為圓葫蘆形，并且隨著 電車(chē)電線(xiàn)被磨損刮削變平，刮削部分的寬度變寬。因此，從磨損寬度 換算出電車(chē)電線(xiàn)的刮削部分的厚度。作為電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的測(cè)量方法，精確地調(diào)節(jié)光源和光接收部 分的線(xiàn)傳感器(line sensor)的位置，使得當(dāng)從光源照射鈉燈或激光 時(shí)以正反射接收來(lái)自電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的反射光，并且通過(guò)捕捉并成 像正反射的強(qiáng)光而將電車(chē)電線(xiàn)磨損部分改變?yōu)檠┟?whiteout)狀態(tài)，然后從接收強(qiáng)光的雪盲部分的寬度測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度。這 種方式是非接觸方式，由此可以進(jìn)行高速操作。然而，該方法易受到諸如夾住電車(chē)電線(xiàn)的夾具和背景中出現(xiàn)的結(jié) 構(gòu)的噪聲的影響。此外，在由于某些噪聲而導(dǎo)致獲得錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果 的情況下，無(wú)法驗(yàn)證該結(jié)果。因此，對(duì)于如電車(chē)電線(xiàn)的磨損的問(wèn)題的 部分，最終釆用直接測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的厚度的方法來(lái)驗(yàn)證。另外，要求 通過(guò)精確地調(diào)整光源和光接收裝置的位置來(lái)接收正反射。針對(duì)這些問(wèn)題，在"利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置(專(zhuān) 利文獻(xiàn)l)"中，無(wú)需提供諸如鈉燈和激光的特殊的照明光，而是可 以使用普通光。此外，可以在無(wú)需精確調(diào)整光源的位置的情況下執(zhí)行 測(cè)量。然而，問(wèn)題在于落在或入射到線(xiàn)傳感器上的反射光表現(xiàn)為不均 勻，并且難以創(chuàng)建均勻照明條件。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)No.2006-248411 非專(zhuān)利文獻(xiàn)l:電車(chē)電線(xiàn)磨損《高度測(cè)量裝置、納燈式電車(chē)電線(xiàn)磨 損測(cè)量裝置，第114期Railway Technical Research Institute月凈艮概 要< 主頁(yè)> http:〃www.rtri.or.jp/infoce/getsurei/1998/Getsu09/g 114一5.html發(fā)明內(nèi)容作為測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的方法，有以下方法其中通過(guò)照射鈉 燈或激光來(lái)測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度并且從磨損部分換算電車(chē) 電線(xiàn)的厚度的方法；以及，如專(zhuān)利文獻(xiàn)l,通過(guò)照射普通光利用圖像 處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量方法，帶來(lái)了以下問(wèn)題。(1) 首先，在通過(guò)照射鈉燈或激光來(lái)測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的 寬度并且從磨損寬度換算出電車(chē)電線(xiàn)的厚度的方法的情況下，需要準(zhǔn) 備特殊的照明光，例如鈉燈和激光。特別是當(dāng)使用激光時(shí)，由于必須 考慮對(duì)人體的影響，所以需要仔細(xì)處理。另外，要求通過(guò)精確地調(diào)整 光源和光接收裝置的位置來(lái)接收正反射。(2) 在如專(zhuān)利文獻(xiàn)1 一樣利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量方
法的情況下，由于采用普通的白光照明，所以容易實(shí)現(xiàn)定位調(diào)整等。 然而，由于是點(diǎn)光源，所以光在中心處最強(qiáng)，并且隨著距中心的距離 增大而變?nèi)酢榇?，?wèn)題在于來(lái)自電車(chē)電線(xiàn)的反射光表現(xiàn)為不均勻， 并且難以創(chuàng)建均勻的照明條件。本發(fā)明提供了 一種利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置，該裝置包括線(xiàn)傳感器圖片圖像(picture image )產(chǎn)生單元，其通過(guò)利用 線(xiàn)傳感器產(chǎn)生線(xiàn)傳感器圖片圖像；二值化運(yùn)算處理單元，其通過(guò)針對(duì) 所述線(xiàn)傳感器圖片圖像執(zhí)行二值化運(yùn)算，而獲得經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳 感器圖片圖像；噪聲消除處理單元，其用于消除所述經(jīng)二值化運(yùn)算的 線(xiàn)傳感器圖片圖像中的噪聲；邊緣檢測(cè)處理單元，其用于從所述消除 噪聲后的經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像檢測(cè)電車(chē)電線(xiàn)磨損部分 的邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)；以及電車(chē)電線(xiàn)磨損部分寬度計(jì)算處理單元，其 基于所述邊緣數(shù)據(jù)和電車(chē)電線(xiàn)高度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的 寬度，并且其中，所述線(xiàn)傳感器垂直向上地設(shè)置在檢查車(chē)輛的車(chē)頂使 得線(xiàn)傳感器仰望到電車(chē)電線(xiàn)，并且通過(guò)沿垂直于檢查車(chē)輛的行進(jìn)方向 的方向呈直線(xiàn)地將多個(gè)點(diǎn)光源設(shè)置在檢查車(chē)輛上，來(lái)形成照明電車(chē)電 線(xiàn)的照明單元。利用該裝置，解決了以上問(wèn)題。


圖1是示出了用于測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的線(xiàn)傳感器和照明單元 的位置的立體圖。圖2A是示出了在反射光是均勻的情況下的二值化運(yùn)算的示例的 說(shuō)明圖。圖2B是示出了在反射光不均勻的情況下的二值化運(yùn)算的示例的 說(shuō)明圖。圖3是示出了半鏡設(shè)置在線(xiàn)傳感器和電車(chē)電線(xiàn)之間的示例的側(cè)視圖。圖4是根據(jù)基本思想的用于測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的磨損的流程圖。 圖5是根據(jù)基本思想的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置的框圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置，獲得了以 下效果。(i) 與利用線(xiàn)光源的方法相比，可以以低成本提供強(qiáng)照明，并 且可以創(chuàng)建沒(méi)有反射光的不均勻的均勻照明條件。(ii) 無(wú)需使用特殊照明。(iii) 與使用激光的方法相比，無(wú)需考慮對(duì)人體的影響，并且進(jìn) 一步的處理很容易。(iv) 沒(méi)有精確地調(diào)整光源和光接收裝置的位置的不便。(v) 電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置可以響應(yīng)于電車(chē)電線(xiàn)的突變偏移， 并且可以獲得均勻的反射光。(1 )基本思想本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種利用圖像處理測(cè)量電車(chē)電線(xiàn)的 磨損的測(cè)量裝置。如圖1所示，本發(fā)明例如利用線(xiàn)傳感器l作為圖片圖像的輸入單 元，該線(xiàn)傳感器1垂直向上地設(shè)置在檢查車(chē)輛4的車(chē)頂上，使得線(xiàn)傳 感器l仰望到電車(chē)電線(xiàn)3。線(xiàn)傳感器1被設(shè)置為使得其掃描線(xiàn)與檢查車(chē)輛4的行進(jìn)方向垂直 和水平，并且掃描線(xiàn)橫跨過(guò)電車(chē)電線(xiàn)3。在檢查車(chē)輛4的車(chē)頂上，作為照明單元的多個(gè)小散光燈或透射器 2(其中每個(gè)都是點(diǎn)光源)設(shè)置在線(xiàn)傳感器1的左右兩側(cè)上。散光燈2沿電車(chē)電線(xiàn)的偏移方向呈直線(xiàn)地設(shè)置在線(xiàn)傳感器1的相 對(duì)側(cè)上。為了使散光燈2必然且充分地照明電車(chē)電線(xiàn)3，優(yōu)選地散光 燈2的配置寬度基本上是電車(chē)電線(xiàn)的偏移寬度的兩倍大。這里，因?yàn)殡娷?chē)電線(xiàn)3的磨損部分是由縮放儀削切過(guò)的部分，所 以它與未磨損部分相比具有高的光澤。因此，通過(guò)照明電車(chē)電線(xiàn)3，通過(guò)來(lái)自線(xiàn)傳感器圖片圖像上的褶 面的反射光可以分離在電車(chē)電線(xiàn)的磨損部分處的背景部分和其他背
景部分。然而，在點(diǎn)光源的情況下，如果在從磨損部分的反射光不均勻， 則在二值化運(yùn)算中可能無(wú)法良好地執(zhí)行上述分離。例如，如圖2B所示，如果反射光不均勻，則當(dāng)執(zhí)行二值化運(yùn)算 時(shí)，電車(chē)電線(xiàn)的磨損部分的一部分被背景同化。此外，在熒光燈或線(xiàn)光源燈的情況下，光太弱，從而反射光無(wú)法 反射到線(xiàn)傳感器上。因此，在本發(fā)明中，通過(guò)將多個(gè)點(diǎn)光源呈直線(xiàn)地設(shè)置，可以以低 成本提供被看作線(xiàn)光源的強(qiáng)照明。利用這種配置，可以創(chuàng)建無(wú)不均勻反射光的均勻照明條件。例如，如圖2A所示，由于反射光均勻，所以當(dāng)執(zhí)行二值化運(yùn)算 時(shí)，很好地執(zhí)行背景與磨損表面之間的分離。由線(xiàn)傳感器1獲得的掃描線(xiàn)的亮度信號(hào)被輸出到安裝在檢查車(chē) 輛4內(nèi)的測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)(用于處理的個(gè)人計(jì)算機(jī))5。測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)5按照時(shí)序排列這些亮度信號(hào)，并且生成線(xiàn)傳感 器圖片圖像(平面圖片圖像)，并將其存儲(chǔ)在記錄裝置6中作為輸入 的圖片圖像。測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)5是用于通過(guò)對(duì)輸入的線(xiàn)傳感器圖片圖像進(jìn)行 圖像處理來(lái)測(cè)量或確定電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度的個(gè)人計(jì)算機(jī)。針對(duì) 從圖片圖像獲取的處理以及結(jié)果的輸出，例如，可以釆用如專(zhuān)利文獻(xiàn) 1 一樣的構(gòu)成。在本發(fā)明中，由于是非接觸方式，所以可以進(jìn)行高速運(yùn)算，并可 短期地測(cè)量長(zhǎng)距離區(qū)間。此外，本發(fā)明不要求特殊的照明，也沒(méi)有釆用激光以及考慮對(duì)人 體的影響方面的處理困難。此外，不像激光或鈉燈的情況，不會(huì)有精 確地調(diào)整光源和光接收裝置的位置的不便。另外，即使當(dāng)電車(chē)電線(xiàn)嚴(yán)重地向上向下以及向右向左偏移，都可 以應(yīng)用均勻照明。(2)添加半鏡
在基本思想的情況下，如圖l所示，由于照明單元的多個(gè)散光燈2設(shè)置在線(xiàn)傳感器1的左右兩側(cè)，因此在線(xiàn)傳感器1正上方的區(qū)域可 能具有比其他區(qū)域低的亮度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，如圖3所示，在電車(chē)電線(xiàn)3與線(xiàn)傳感器1 之間設(shè)置半鏡7。從照明單元20照射的光通過(guò)半鏡7向上反射，并且 照明電車(chē)電線(xiàn)3，而包括電車(chē)電線(xiàn)3在內(nèi)的圖片圖像作為反射光被線(xiàn) 傳感器1捕捉并被成像。照明單元20設(shè)置在線(xiàn)傳感器1的前側(cè)或后 側(cè)。在圖3中，為了簡(jiǎn)化附圖起見(jiàn)，略去了設(shè)置在線(xiàn)傳感器1左右兩 側(cè)上的多個(gè)散光燈2。照明單元20可以是與圖1中的散光燈2相同類(lèi) 型的照明，或者也可以是不同類(lèi)型的照明。利用這種設(shè)置，由于足夠的照明也應(yīng)用到了與線(xiàn)傳感器1同軸定 位的區(qū)域，所以?xún)?yōu)點(diǎn)在于反射光可以更均勻。另外在電車(chē)電線(xiàn)與照相 機(jī)同軸偏移的情況下，由于可直接獲得反射光，所以可以獲得創(chuàng)建更 均勻照明條件的效果。這里，電車(chē)電線(xiàn)向上向下并且向右向左擺動(dòng)。為此，通過(guò)仰角固 定的定向光無(wú)法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在本發(fā)明中，優(yōu)選地光沿與照相 機(jī)的光軸平行的方向照射。實(shí)施例1圖5示出了本發(fā)明的實(shí)施例1的利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè) 量裝置。本實(shí)施例涉及按照以下基本思想說(shuō)明的測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)5的 具體構(gòu)成。即，如圖5所示，測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)5具有線(xiàn)傳感器圖片圖像產(chǎn)生 部或單元50、 二值化運(yùn)算處理部或單元53、噪聲消除處理部或單元 54、電車(chē)電線(xiàn)磨損部分邊緣檢測(cè)部或單元55、以及電車(chē)電線(xiàn)磨損部分 寬度計(jì)算部或單元56，等等。測(cè)量個(gè)人計(jì)算機(jī)5根據(jù)圖4所示的流程 圖通過(guò)對(duì)線(xiàn)傳感器圖片圖像的圖像處理來(lái)確定電車(chē)電線(xiàn)的磨損部分 的寬度。首先，線(xiàn)傳感器圖片圖像產(chǎn)生部50按照時(shí)序排列由線(xiàn)傳感器11 獲得的掃描線(xiàn)的亮度信號(hào)，并且獲得線(xiàn)傳感器圖片圖像(步驟Sll)。
產(chǎn)生的線(xiàn)傳感器圖片圖像經(jīng)存儲(chǔ)器51被存儲(chǔ)在記錄裝置6中，并進(jìn) 一步經(jīng)存儲(chǔ)器52被發(fā)送到二值化運(yùn)算處理部53。接著，二值化運(yùn)算處理部53針對(duì)整個(gè)線(xiàn)傳感器圖片圖像執(zhí)行二 值化運(yùn)算，并且獲得經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像(步驟S12 )。經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像經(jīng)存儲(chǔ)器52被發(fā)送到噪聲消 除處理部54。噪聲消除處理部54通過(guò)對(duì)二值化運(yùn)算的擴(kuò)展、收縮處理，來(lái)消 除位于經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像中由于電車(chē)電線(xiàn)磨損部分 的刮擦或背景部分的狀態(tài)導(dǎo)致的細(xì)小點(diǎn)狀噪聲(步驟S13)。消除噪聲的經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像經(jīng)存儲(chǔ)器52被發(fā) 送到電車(chē)電線(xiàn)磨損部分邊緣檢測(cè)部55。在從特定線(xiàn)的左手側(cè)執(zhí)行搜索的情況下，電車(chē)電線(xiàn)磨損部分邊緣 檢測(cè)部55從圖片圖像的上部到下部針對(duì)每一行執(zhí)行檢測(cè)操作，其中 將從背景的黑變?yōu)槟p部分的白的點(diǎn)視為磨損部分的左側(cè)的邊緣點(diǎn)， 并且將從磨損部分的白變?yōu)楸尘安糠值暮诘狞c(diǎn)視為磨損部分的右側(cè) 的邊緣點(diǎn)，然后檢測(cè)經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像中的電車(chē)電線(xiàn) 磨損部分的邊緣(S14)。檢測(cè)到的電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的兩側(cè)邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)與電車(chē)電 線(xiàn)高度數(shù)據(jù)一起經(jīng)存儲(chǔ)器52被發(fā)送到電車(chē)電線(xiàn)磨損部分寬度計(jì)算部 56。電車(chē)電線(xiàn)磨損部分寬度計(jì)算部56通過(guò)利用從經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn) 傳感器圖片圖像檢測(cè)出的電車(chē)電線(xiàn)磨損部分兩側(cè)的邊緣數(shù)據(jù)以及從 線(xiàn)傳感器1到電車(chē)電線(xiàn)3的高度，計(jì)算線(xiàn)傳感器的一條掃描線(xiàn)上的兩 側(cè)邊緣的點(diǎn)到點(diǎn)距離，作為電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的圖片圖像上的寬度 (步驟S15)。
權(quán)利要求
1、一種利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置，包括線(xiàn)傳感器圖片圖像產(chǎn)生單元，用于利用線(xiàn)傳感器產(chǎn)生線(xiàn)傳感器圖片圖像；二值化運(yùn)算處理單元，用于通過(guò)針對(duì)所述線(xiàn)傳感器圖片圖像執(zhí)行二值化運(yùn)算，而獲得經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像；噪聲消除處理單元，用于消除所述經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像中的噪聲；邊緣檢測(cè)處理單元，用于從消除噪聲后的經(jīng)二值化運(yùn)算的線(xiàn)傳感器圖片圖像檢測(cè)電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)；以及電車(chē)電線(xiàn)磨損部分寬度計(jì)算處理單元，用于基于所述邊緣數(shù)據(jù)和電車(chē)電線(xiàn)高度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算電車(chē)電線(xiàn)磨損部分的寬度，并且其中所述線(xiàn)傳感器垂直向上地設(shè)置在檢查車(chē)輛的車(chē)頂使得該線(xiàn)傳感器仰望到電車(chē)電線(xiàn)，并且通過(guò)沿垂直于檢查車(chē)輛的行進(jìn)方向的方向呈直線(xiàn)地在檢查車(chē)輛上設(shè)置多個(gè)點(diǎn)光源而形成照明電車(chē)電線(xiàn)的照明單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置，其中， 半鏡，其設(shè)置在線(xiàn)傳感器與電車(chē)電線(xiàn)之間，并且， 從照明單元照射的光通過(guò)半鏡被向上反射并且照明電車(chē)電線(xiàn)，而包括電車(chē)電線(xiàn)的圖片圖像作為反射光被線(xiàn)傳感器捕捉并被成像。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用圖像處理的電車(chē)電線(xiàn)磨損測(cè)量裝置，其中，線(xiàn)傳感器垂直向上地設(shè)置在檢查車(chē)輛的車(chē)頂使得線(xiàn)傳感器仰望到電車(chē)電線(xiàn)，并且照明電車(chē)電線(xiàn)的照明單元是通過(guò)沿垂直于檢查車(chē)輛的行進(jìn)方向的方向呈直線(xiàn)地在檢查車(chē)輛上設(shè)置多個(gè)點(diǎn)光源而形成的。
文檔編號(hào)B60M1/28GK101400965SQ20078000874
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者庭川誠(chéng), 渡部勇介 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍