CN108099956B - 机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法。所述装置包括：第一摄像机，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的左侧图像；所述第一摄像机采用长焦镜头；第二摄像机，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的右侧图像；所述第二摄像机采用长焦镜头；所述第二摄像机与所述第一摄像机之间有一定的夹角；服务器，分别与所述第一摄像机、所述第二摄像机连接；所述服务器包括：图像处理器，用于将所述左侧图像和所述右侧图像进行拼接，并对拼接图像进行蓝灯和白灯的识别。本发明提供的机车调车装置，在保证图像信息量足够的同时又扩大了图像监控范围，从而使得装置在复杂站场条件下也可辅助机车进行调车作业，保障安全。

Description

机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法

技术领域

本发明涉及铁路机车调车控制技术领域，特别是涉及一种机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法。

背景技术

调车作业是铁路运输生产的重要组成部分，相较于列车运行，因其作业区域线路复杂，作业方式变化多样，调车机车运行所涉及的安全问题也更繁杂。2017年以来铁路***因司机操纵原因造成的机车调车作业险性事故频发，调车安全控制已成为当前铁路***安全工作面临的一项紧迫任务。

目前，机车调车的方法主要分为两种，一种为传统依靠人工瞭望来判断调车信号，进而控制列车的运行与否。人作为一个主观意向的个体，单纯依靠人来进行调车作业控制，本身就存在许多不确定性，容易受到天气、主观意识以及身体等因素的影响，使得在调车作业中判断失误，产生“挤、脱、撞”等严重行车事故。另一种是将无线调车机车信号和监控***相结合，通过地面和车载设备将获取的集中联锁车站调车作业相关信号、道岔、轨道电路区段信息进行处理，从而达到控制调车作业安全的目的，此方法应用较为广泛，但是该方法由于传输带宽限制造成的同频干扰问题，因此也会导致在调车作业中判断失误。

现有技术中还有采用图像识别蓝白灯的安全防控***，但是在该***中图像采集装置由高清工业相机和广角镜头组成，广角镜头焦距小，视场范围大，但是图像信息少，不利于信号灯的识别，因此对于信号灯的识别效率有较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法，用来辅助机车在复杂站场环境下也可安全准确地进行调车作业。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种机车调车装置，所述装置包括：

第一摄像机，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的左侧图像；所述第一摄像机采用长焦镜头；

第二摄像机，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的右侧图像；所述第二摄像机采用长焦镜头；所述第二摄像机与所述第一摄像机之间有一定的夹角；所述夹角满足以下条件：

其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距，θ为视野角，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，z为预警距离，α为两摄像机的位置夹角。

服务器，分别与所述第一摄像机、所述第二摄像机连接；所述服务器包括：图像处理器，用于将所述左侧图像和所述右侧图像进行拼接，并对拼接图像进行蓝灯和白灯的识别。

可选的，所述第一摄像机设置于所述机车顶部的左侧，所述第一摄像机与所述第二摄像机的对称轴为所述机车的中轴线；所述第二摄像机设置于所述机车顶部的右侧。

可选的，所述第一摄像机与所述第二摄像机的对称轴为所述机车的中轴线，所述第一摄像机和所述第二摄像机均设置于所述机车顶部的中央互相接触。

可选的，所述装置还包括：

显示器，与所述服务器连接，用于显示调车信号灯的状态信息；

可选的，所述第一摄像机的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI；所述第二摄像机的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI。

可选的，所述服务器的型号为ARK-3440A2，所述图像处理器的型号为TITMS320C6748。

本发明还提供了一种双目摄像机的夹角确定方法，所述方法包括：

确定视野宽度；

根据所述视野宽度确定视野角；

根据机车运行速度确定预警距离，所述预警距离表示机车距离调车信号灯的距离；

根据所述视野角度和所述预警距离确定两摄像机的位置夹角；所述两摄像机的位置夹角为第一摄像机和第二摄像机的放置夹角。

可选的，所述确定视野宽度，具体包括：

根据公式

确定所述视野宽度；其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距。

可选的，所述根据所述视野宽度确定视野角，具体包括：

根据公式

确定视野角；其中，θ为视野角。

可选的，所述根据所述视野角度确定两摄像机的位置夹角，具体包括：

根据公式

确定两摄像机的位置夹角；其中，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，α为两摄像机的位置夹角。

本发明提供了一种机车调车方法，所述方法包括：

获取第一图像和第二图像，所述第一图像为所述第一摄像机采集的图像，所述第二图像为所述第二摄像机采集的图像；

将所述第一图像和所述第二图像进行组合拼接，得到拼接图像；

根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，所述调车信号灯信息为蓝灯或者白灯；

根据所述调车信号灯信息进行调车操作提示。

可选的，所述根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，具体包括：

对所述拼接图像进行预处理，获得颜色空间图像；

在所述颜色空间图像内提取色调分量、饱和度分量和明度分量；

根据所述色调分量、所述饱和度分量和所述明度分量确定所述颜色空间图像中的信号灯颜色；

显示所述信号灯颜色。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的机车调车装置，在机车上以一定的角度设置两个摄像机，不仅保证了图像所包含的信息，同时也扩大了摄像机的视场角范围。从而能将弯道处的信号灯信息完整记录下来，弥补单目视觉图像采集***由于视场约束造成的铁轨弯道处的信号灯“漏拍”现象，使得装置在复杂站场环境下也可辅助机车完成调车作业，以提高装置在调车作业中的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机车调车装置实施例的结构图；

图2为本发明机车调车装置的双摄像机架设的实施例1的示意图；

图3为图2中的局部放大图；

图4为本发明机车调车装置的双摄像机架设的实施例2的示意图；

图5为图4中的局部放大图；

图6为双摄像机夹角的计算示意图。

图7为单个摄像机采集的图像；

图8为本发明双目摄像机采集的图像；

图9为本发明双目摄像机的夹角确定方法的实施例的流程图；

图10为本发明机车调车方法的实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种机车调车装置、方法和双目摄像机的夹角确定方法，用来提高机车调车的准确率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明机车调车装置实施例的结构图。如图1所示，所述装置包括：服务器100、第一摄像机200和第二摄像机300。

第一摄像机200，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的左侧图像；所述第一摄像机采用长焦镜头。

第二摄像机300，设置于机车的顶部，用于采集机车前进轨道的右侧图像；所述第二摄像机300采用长焦镜头；所述第二摄像机300与所述第一摄像机200之间有一定的夹角；所述夹角满足以下条件：

其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距，θ为视野角，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，α为两摄像机的位置夹角。

服务器100，分别与所述第一摄像机200、所述第二摄像机300连接；所述服务器100包括：图像处理器，用于将所述左侧图像和所述右侧图像进行拼接，并对拼接图像进行蓝灯和白灯的识别。

可选的，所述第一摄像机200设置于所述机车顶部的左侧，所述第二摄像机300设置于所述机车顶部的右侧，所述第一摄像机200与所述第二摄像机300的对称轴为所述机车的中轴线，如图2和图3所示。

可选的，所述第一摄像机200与所述第二摄像机300的对称轴为所述机车的中轴线；所述第一摄像机200和所述第二摄像机300均设置于所述机车顶部的中央互相接触，如图4和图5所示。

可选的，所述装置还包括：显示器400，与所述服务器100连接，用于显示调车信号灯的状态信息。

所述第一摄像机200的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI；所述第二摄像机300的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI，所述服务器100的型号为ARK-3440A2，所述图像处理器的型号为TI TMS320C6748。

作为一个调车控制***，首要前提就是要保证调车作业的安全进行，现有专利提出的视觉***是采用的广角镜头对5-80米处蓝白灯进行预警，这不仅未能预留足够的机车制动距离，而且采用广角镜头采集的图像中所包含的信号灯有用信息十分有限，很容易造成漏检。

本发明通过分析列车的行进速度以及制动距离，将蓝白灯的预警距离按照机车实时运行速度设置在机车运行方向的100～300m处，即在100～300m处便需识别出蓝白灯的信号状态，要实现该目的，需选择长焦镜头进行图像采集。长焦镜头虽能理想的实现对远处物体进行成像，但也有着明显的不足，即视场角小。对于有弯道的铁轨区域，拍摄时容易受到机车行进方向以及视场角限制等因素的影响，从而造成信号灯“漏拍”，如图7所示。因此本发明结合实际，提出了利用双目视觉图像采集***来扩大监控视场角进而检测与定位蓝白信号灯的一种方法，成像效果示意图如图8所示。相对单摄像机在预警距离处的成像视野宽度，双目视觉图像采集***大大拓宽了图像视野，从而降低了信号灯漏拍概率。

图2和图4皆为双目视觉采集***中的摄像机架设示意图，但两者不同之处在于图2是将两摄像机架设在机车中线位置，图4则是将两摄像机分别架设在机车两侧。机车行驶过程中为保证前方安全监控范围内的信号灯无漏拍现象，因此在前期架设时需将两摄像机呈一定夹角α放置，这样就可保证在预警距离处两摄像机的视野有一定的重合范围，以便后期进行处理，如图8中间重合区域所示。

本发明还提供了一种双目摄像机的夹角确定方法，图9为本发明双目摄像机的夹角确定方法的实施例的流程图。如图9所示，所述方法包括：

步骤901，确定视野宽度。

可选的，所述确定视野宽度，具体包括：根据公式

确定所述视野宽度；其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距。

步骤902，根据所述视野宽度确定视野角。

可选的，所述根据所述视野宽度确定视野角，具体包括：根据公式

确定视野角；其中，θ为视野角。

步骤903，根据机车运行速度确定预警距离，所述预警距离表示机车距离调车信号灯的距离。可根据实际需要设定。预警距离的设置与机车的运行速度有关，速度越快预警距离越长，越慢预警距离就越短。

步骤904，根据所述视野角度和所述预警距离确定两摄像机的位置夹角；所述两摄像机的位置夹角为所述第一摄像机和所述第二摄像机的放置夹角。

可选的，所述根据所述视野角度确定两摄像机的位置夹角，具体包括：

根据公式

确定两摄像机的位置夹角；其中，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，z为预警距离，α为两摄像机的位置夹角。

已知铁轨宽度l＝1.435m，在预警距离Z处，规定两摄像机重合区域宽度γ＝2m，可求出它们间的放置夹角α。根据计算的α角摆放两摄像机，不仅能够满足视野范围重合，而且能够在保证图像信息足够的同时扩大摄像机的视场角范围。从而能将弯道处的信号灯信息完整记录下来，弥补单目视觉图像采集***由于视场约束造成的铁轨弯道处的信号灯“漏拍”现象，从而提高机车调车的准确率，使得装置在复杂站场环境下也可辅助机车完成调车作业，以提高装置在调车作业中的适用性。

本发明还提供了一种机车调车方法，图10为本发明机车调车方法的实施例的流程图。如图10所示，所述方法包括：

步骤1001，获取第一图像和第二图像，所述第一图像为所述第一摄像机采集的图像，所述第二图像为所述第二摄像机采集的图像；

步骤1002，将所述第一图像和所述第二图像进行组合拼接，得到拼接图像。所述根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，具体包括：

步骤A1，对所述拼接图像进行预处理，获得颜色空间图像；

步骤A2，在所述颜色空间图像内提取色调分量、饱和度分量和明度分量；

步骤A3，根据所述色调分量、所述饱和度分量和所述明度分量确定所述颜色空间图像中的信号灯颜色；

步骤A4，显示所述信号灯颜色。

步骤1003，根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，所述调车信号灯信息为蓝灯或者白灯；

步骤1004，根据所述调车信号灯信息进行调车操作提示。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种机车调车装置，其特征在于，所述装置包括：

第一摄像机，用于采集机车前进轨道的左侧图像；所述第一摄像机采用长焦镜头；

第二摄像机，用于采集机车前进轨道的右侧图像；所述第二摄像机采用长焦镜头；所述第一摄像机与所述第二摄像机的对称轴为所述机车的中轴线；所述第一摄像机设置于所述机车顶部的左侧，所述第二摄像机设置于所述机车顶部的右侧或者所述第一摄像机和所述第二摄像机均设置于所述机车顶部的中央互相接触；所述第二摄像机与所述第一摄像机之间有一定的夹角；所述夹角满足以下条件：

其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距，θ为视野角，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，z为预警距离，α为两摄像机的位置夹角；

服务器，分别与所述第一摄像机、所述第二摄像机连接；所述服务器包括：图像处理器，用于将所述左侧图像和所述右侧图像进行拼接，并对拼接图像进行蓝灯和白灯的识别；

显示器，与所述服务器连接，用于显示调车信号灯的状态信息。

2.根据权利要求1所述的机车调车装置，其特征在于，所述第一摄像机的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI；所述第二摄像机的型号为海康DS-2CD4026FWD-(A)SDI；所述服务器的型号为ARK-3440A2，所述图像处理器的型号为TITMS320C6748。

3.一种双目摄像机的夹角确定方法，其特征在于，所述方法包括：

确定视野宽度；具体包括：

根据公式

确定所述视野宽度；其中，d为视野宽度，D为基于摄像机的成像***的物距，w为摄像机中的传感器尺寸，f为摄像机的焦距；

根据所述视野宽度确定视野角；具体包括：

根据公式

确定视野角；其中，θ为视野角；

根据机车运行速度确定预警距离，所述预警距离表示机车距离调车信号灯的距离；

根据所述视野角和所述预警距离确定两摄像机的位置夹角；具体包括：

根据公式

确定两摄像机的位置夹角；其中，l为铁轨宽度，γ为所述第一摄像机和所述第二摄像机的重合区域宽度，Δx和β为中间变量，α为两摄像机的位置夹角；所述两摄像机的位置夹角为第一摄像机和第二摄像机的放置夹角。

4.一种机车调车方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-2任一项所述的机车调车装置，所述方法包括：

获取第一图像和第二图像，所述第一图像为所述第一摄像机采集的图像，所述第二图像为所述第二摄像机采集的图像；

将所述第一图像和所述第二图像进行组合拼接，得到拼接图像；

根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，所述调车信号灯信息为蓝灯或者白灯；

根据所述调车信号灯信息进行调车操作提示。

5.根据权利要求4所述的机车调车方法，其特征在于，所述根据所述拼接图像确定调车信号灯信息，具体包括：

对所述拼接图像进行预处理，获得颜色空间图像；

在所述颜色空间图像内提取色调分量、饱和度分量和明度分量；

根据所述色调分量、所述饱和度分量和所述明度分量确定所述颜色空间图像中的信号灯颜色；

显示所述信号灯颜色。

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