CN101400965B - 通过图像处理测量电车电线的磨损的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用图像处理的电车电线磨损测量装置，其中，线传感器垂直向上地设置在检查车辆的车顶使得线传感器仰望到电车电线，并且照明电车电线的照明单元是通过沿垂直于检查车辆的行进方向的方向呈直线地在检查车辆上设置多个点光源而形成的。

Description

通过图像处理测量电车电线的磨损的装置

技术领域

本发明涉及一种通过图像处理测量电车电线的磨损的装置。更具体来说，本发明涉及通过图像处理测量电车电线的磨损，尤其涉及一种测量电车电线的磨损部分的宽度的装置。

背景技术

在向电气铁路或铁轨车辆供电的电车电线中，每当车辆通过时，都会发生与缩放仪集电器的接触。

由此，在电气铁轨车辆运行中，电车电线逐渐被磨损，如果不做更换的话，最终就会发生破裂，从而造成事故。

针对电车电线设置磨损极限。通过使用该磨损极限作为电车电线改变指标，改变电车电线，保证电气铁轨车辆的安全。

作为测量电车电线的磨损的方法，主要有两种方法：一种是直接测量电车电线的厚度的方法；另一种是计算电车电线磨损部分的宽度并将磨损宽度转换为电车电线厚度的方法。

上述方法中作为测量电车电线磨损部分的宽度的方法，有如下一种方法，即通过照射钠灯或激光来测量电车电线磨损部分(参见非专利文献1)。

该方法利用了以下关系：电车电线的下部为圆葫芦形，并且随着电车电线被磨损刮削变平，刮削部分的宽度变宽。因此，从磨损宽度换算出电车电线的刮削部分的厚度。

作为电车电线磨损部分的测量方法，精确地调节光源和光接收部分的线传感器(line sensor)的位置，使得当从光源照射钠灯或激光时以正反射接收来自电车电线磨损部分的反射光，并且通过捕捉并成像正反射的强光而将电车电线磨损部分改变为雪盲(whiteout)状态，然后从接收强光的雪盲部分的宽度测量电车电线磨损部分的宽度。这种方式是非接触方式，由此可以进行高速操作。

然而，该方法易受到诸如夹住电车电线的夹具和背景中出现的结构的噪声的影响。此外，在由于某些噪声而导致获得错误的测量结果的情况下，无法验证该结果。因此，对于如电车电线的磨损的问题的部分，最终采用直接测量电车电线的厚度的方法来验证。另外，要求通过精确地调整光源和光接收装置的位置来接收正反射。

针对这些问题，在“利用图像处理的电车电线磨损测量装置(专利文献1)”中，无需提供诸如钠灯和激光的特殊的照明光，而是可以使用普通光。此外，可以在无需精确调整光源的位置的情况下执行测量。然而，问题在于落在或入射到线传感器上的反射光表现为不均匀，并且难以创建均匀照明条件。

专利文献1：日本专利申请特开No.2006-248411

非专利文献1：电车电线磨损·高度测量装置、纳灯式电车电线磨损测量装置，第114期Railway Technical Research Institute月报概要<主页>http://www.rtri.or.jp/infoce/getsurei/1998/Getsu09/g114_5.html

发明内容

作为测量电车电线的磨损的方法，有以下方法：其中通过照射钠灯或激光来测量电车电线磨损部分的宽度并且从磨损部分换算电车电线的厚度的方法；以及，如专利文献1，通过照射普通光利用图像处理的电车电线磨损测量方法，带来了以下问题。

(1)首先，在通过照射钠灯或激光来测量电车电线磨损部分的宽度并且从磨损宽度换算出电车电线的厚度的方法的情况下，需要准备特殊的照明光，例如钠灯和激光。特别是当使用激光时，由于必须考虑对人体的影响，所以需要仔细处理。另外，要求通过精确地调整光源和光接收装置的位置来接收正反射。

(2)在如专利文献1一样利用图像处理的电车电线磨损测量方法的情况下，由于采用普通的白光照明，所以容易实现定位调整等。然而，由于是点光源，所以光在中心处最强，并且随着距中心的距离增大而变弱。为此，问题在于来自电车电线的反射光表现为不均匀，并且难以创建均匀的照明条件。

本发明提供了一种利用图像处理的电车电线磨损测量装置，该装置包括：线传感器图片图像(picture image)产生单元，其通过利用线传感器产生线传感器图片图像；二值化运算处理单元，其通过针对所述线传感器图片图像执行二值化运算，而获得经二值化运算的线传感器图片图像；噪声消除处理单元，其用于消除所述经二值化运算的线传感器图片图像中的噪声；边缘检测处理单元，其用于从所述消除噪声后的经二值化运算的线传感器图片图像检测电车电线磨损部分的边缘作为边缘数据；以及电车电线磨损部分宽度计算处理单元，其基于所述边缘数据和电车电线高度数据来计算电车电线磨损部分的宽度，并且其中，所述线传感器垂直向上地设置在检查车辆的车顶使得线传感器仰望到电车电线，并且通过沿垂直于检查车辆的行进方向的方向呈直线地将多个点光源设置在检查车辆上，来形成照明电车电线的照明单元。利用该装置，解决了以上问题。

附图说明

图1是示出了用于测量电车电线的磨损的线传感器和照明单元的位置的立体图。

图2A是示出了在反射光是均匀的情况下的二值化运算的示例的说明图。

图2B是示出了在反射光不均匀的情况下的二值化运算的示例的说明图。

图3是示出了半镜设置在线传感器和电车电线之间的示例的侧视图。

图4是根据基本思想的用于测量电车电线的磨损的流程图。

图5是根据基本思想的电车电线磨损测量装置的框图。

具体实施方式

根据本发明的利用图像处理的电车电线磨损测量装置，获得了以下效果。

(i)与利用线光源的方法相比，可以以低成本提供强照明，并且可以创建没有反射光的不均匀的均匀照明条件。

(ii)无需使用特殊照明。

(iii)与使用激光的方法相比，无需考虑对人体的影响，并且进一步的处理很容易。

(iv)没有精确地调整光源和光接收装置的位置的不便。

(v)电车电线磨损测量装置可以响应于电车电线的突变偏移，并且可以获得均匀的反射光。

(1)基本思想

本发明的一个目的在于提供一种利用图像处理测量电车电线的磨损的测量装置。

如图1所示，本发明例如利用线传感器1作为图片图像的输入单元，该线传感器1垂直向上地设置在检查车辆4的车顶上，使得线传感器1仰望到电车电线3。

线传感器1被设置为使得其扫描线与检查车辆4的行进方向垂直和水平，并且扫描线横跨过电车电线3。

在检查车辆4的车顶上，作为照明单元的多个小散光灯或透射器2(其中每个都是点光源)设置在线传感器1的左右两侧上。

散光灯2沿电车电线的偏移方向呈直线地设置在线传感器1的相对侧上。为了使散光灯2必然且充分地照明电车电线3，优选地散光灯2的配置宽度基本上是电车电线的偏移宽度的两倍大。

这里，因为电车电线3的磨损部分是由缩放仪削切过的部分，所以它与未磨损部分相比具有高的光泽。

因此，通过照明电车电线3，通过来自线传感器图片图像上的褶面的反射光可以分离在电车电线的磨损部分处的背景部分和其他背景部分。

然而，在点光源的情况下，如果在从磨损部分的反射光不均匀，则在二值化运算中可能无法良好地执行上述分离。

例如，如图2B所示，如果反射光不均匀，则当执行二值化运算时，电车电线的磨损部分的一部分被背景同化。

此外，在荧光灯或线光源灯的情况下，光太弱，从而反射光无法反射到线传感器上。

因此，在本发明中，通过将多个点光源呈直线地设置，可以以低成本提供被看作线光源的强照明。利用这种配置，可以创建无不均匀反射光的均匀照明条件。

例如，如图2A所示，由于反射光均匀，所以当执行二值化运算时，很好地执行背景与磨损表面之间的分离。

由线传感器1获得的扫描线的亮度信号被输出到安装在检查车辆4内的测量个人计算机(用于处理的个人计算机)5。

测量个人计算机5按照时序排列这些亮度信号，并且生成线传感器图片图像(平面图片图像)，并将其存储在记录装置6中作为输入的图片图像。

测量个人计算机5是用于通过对输入的线传感器图片图像进行图像处理来测量或确定电车电线磨损部分的宽度的个人计算机。针对从图片图像获取的处理以及结果的输出，例如，可以采用如专利文献1一样的构成。

在本发明中，由于是非接触方式，所以可以进行高速运算，并可短期地测量长距离区间。

此外，本发明不要求特殊的照明，也没有采用激光以及考虑对人体的影响方面的处理困难。此外，不像激光或钠灯的情况，不会有精确地调整光源和光接收装置的位置的不便。

另外，即使当电车电线严重地向上向下以及向右向左偏移，都可以应用均匀照明。

(2)添加半镜

在基本思想的情况下，如图1所示，由于照明单元的多个散光灯2设置在线传感器1的左右两侧，因此在线传感器1正上方的区域可能具有比其他区域低的亮度。

为了解决这个问题，如图3所示，在电车电线3与线传感器1之间设置半镜7。从照明单元20照射的光通过半镜7向上反射，并且照明电车电线3，而包括电车电线3在内的图片图像作为反射光被线传感器1捕捉并被成像。照明单元20设置在线传感器1的前侧或后侧。在图3中，为了简化附图起见，略去了设置在线传感器1左右两侧上的多个散光灯2。照明单元20可以是与图1中的散光灯2相同类型的照明，或者也可以是不同类型的照明。

利用这种设置，由于足够的照明也应用到了与线传感器1同轴定位的区域，所以优点在于反射光可以更均匀。另外在电车电线与照相机同轴偏移的情况下，由于可直接获得反射光，所以可以获得创建更均匀照明条件的效果。

这里，电车电线向上向下并且向右向左摆动。为此，通过仰角固定的定向光无法实现本发明的目的。在本发明中，优选地光沿与照相机的光轴平行的方向照射。

实施例1

图5示出了本发明的实施例1的利用图像处理的电车电线磨损测量装置。本实施例涉及按照以下基本思想说明的测量个人计算机5的具体构成。

即，如图5所示，测量个人计算机5具有线传感器图片图像产生部或单元50、二值化运算处理部或单元53、噪声消除处理部或单元54、电车电线磨损部分边缘检测部或单元55、以及电车电线磨损部分宽度计算部或单元56，等等。测量个人计算机5根据图4所示的流程图通过对线传感器图片图像的图像处理来确定电车电线的磨损部分的宽度。

首先，线传感器图片图像产生部50按照时序排列由线传感器11获得的扫描线的亮度信号，并且获得线传感器图片图像(步骤S11)。产生的线传感器图片图像经存储器51被存储在记录装置6中，并进一步经存储器52被发送到二值化运算处理部53。

接着，二值化运算处理部53针对整个线传感器图片图像执行二值化运算，并且获得经二值化运算的线传感器图片图像(步骤S12)。

经二值化运算的线传感器图片图像经存储器52被发送到噪声消除处理部54。

噪声消除处理部54通过对二值化运算的扩展、收缩处理，来消除位于经二值化运算的线传感器图片图像中由于电车电线磨损部分的刮擦或背景部分的状态导致的细小点状噪声(步骤S13)。

消除噪声的经二值化运算的线传感器图片图像经存储器52被发送到电车电线磨损部分边缘检测部55。

在从特定线的左手侧执行搜索的情况下，电车电线磨损部分边缘检测部55从图片图像的上部到下部针对每一行执行检测操作，其中将从背景的黑变为磨损部分的白的点视为磨损部分的左侧的边缘点，并且将从磨损部分的白变为背景部分的黑的点视为磨损部分的右侧的边缘点，然后检测经二值化运算的线传感器图片图像中的电车电线磨损部分的边缘(S14)。

检测到的电车电线磨损部分的两侧边缘作为边缘数据与电车电线高度数据一起经存储器52被发送到电车电线磨损部分宽度计算部56。

电车电线磨损部分宽度计算部56通过利用从经二值化运算的线传感器图片图像检测出的电车电线磨损部分两侧的边缘数据以及从线传感器1到电车电线3的高度，计算线传感器的一条扫描线上的两侧边缘的点到点距离，作为电车电线磨损部分的图片图像上的宽度(步骤S15)。

Claims (1)

1.一种利用图像处理的电车电线磨损测量装置，包括：

照明单元(20)，用于照明电车电线(3)；

线传感器(1)，被垂直向上地设置在检查车辆(4)的车顶使得该线传感器(1)仰望到电车电线(3)，用于接收来自电车电线(3)的磨损部分的反射光；

线传感器图片图像产生单元(50)，用于基于线传感器(1)接收到的反射光，产生线传感器图片图像；

二值化运算处理单元(53)，用于通过针对所述线传感器图片图像执行二值化运算，而获得经二值化运算的线传感器图片图像；

噪声消除处理单元(54)，用于消除所述经二值化运算的线传感器图片图像中的噪声；

边缘检测处理单元(55)，用于从消除噪声后的经二值化运算的线传感器图片图像检测电车电线磨损部分的边缘作为边缘数据；

电车电线磨损部分宽度计算处理单元(56)，用于基于所述边缘数据和电车电线高度数据来计算电车电线磨损部分的宽度；以及

半镜(7)，其设置在线传感器(1)与电车电线(3)之间，并且

照明单元(20)具有沿垂直于检查车辆(4)的行进方向的方向呈直线地设置在检查车辆(4)上的多个点光源(2)，

其中，从照明单元(20)照射的光通过半镜(7)被向上反射并且照明电车电线(3)，而包括电车电线(3)的图片图像作为反射光被线传感器(1)捕捉并被成像。

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