CN109374636B - 一种受电弓图像采集***、检测***及检测方法 - Google Patents

一种受电弓图像采集***、检测***及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种受电弓图像采集***，同时采集目标物的第一图像和第二图像，第二图像校正得到第三图像，通过将第一图像和第三图像融合，获得具有表面特征的立体图像，通过该***采集的立体图像，不仅具有结构变形的特征信息，还具有目标物表面的纹理特征，从而提高自动化检测的识别率，提高检测精度。本申请还提供一种应用该采集***的受电弓检测***及检测方法，通过具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，判断受电弓是否需要被检修。

Description

一种受电弓图像采集***、检测***及检测方法
技术领域
本发明涉及机车配件自动化采集和检测***，具体涉及一种受电弓图像采集***、检测***及检测方法。
背景技术
受电弓是电力机车的重要组成部分，其主要作用是从接触网上获取电能，将电力引导至电力驱动部分。受电弓状态的好坏，将直接影响电力机车的受流能力，一般受电弓事故容易导致受电弓滑条受损或者对接触网形成烧损，情况严重可能导致受流中断，机车无法运行甚至烧毁电力机车电力驱动部分。
受电弓随着机车高速运行的过程中，接触线始终与受电弓顶部具有相对的滑动摩擦，因此，受电弓顶部的导电材料极易发生磨耗或表面烧蚀。结构的磨耗或表面缺陷会在运行过程中引发设备故障，为了避免上述情况的发生，需要对受电弓进行监控。
而现有技术中，一般的受电弓检测仅能够对受电弓产生的结构变形或重度磨耗进行识别，无法识别如受电弓表面烧蚀、污染物覆盖等隐患。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种受电弓图像采集***，同时采集目标物的第一图像和第二图像，第二图像校正得到第三图像，通过将第一图像和第三图像融合，获得具有表面特征的立体图像，通过该***采集的立体图像，不仅具有结构变形的特征信息，还具有目标物表面的纹理特征，从而提高自动化检测的识别率，提高检测精度。本申请还提供一种应用该采集***的受电弓检测***及检测方法，通过具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，判断受电弓是否需要被检修，具有检测精度高，识别效果好的优点。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种受电弓图像采集***，包括：
第一采集单元和第二采集单元，分别用于采集目标物的第一图像和第二图像；
采样单元，用于对目标物的第二图像采样和校正，获得第三图像；
合成单元，用于将第一图像和第三图像配准后叠加获得具有表面特征的立体图像。
优选的，所述第一采集单元为面阵图像采集装置，用于采集第一图像；所述第二采集单元为线阵图像采集装置，用于同时采集目标物的第二图像。
优选的，所述采样单元包括有速度采集单元，所述速度采集单元用于检测目标物移动的速度；
所述采样单元用于根据所述目标物的移动速度校正所述第二图像中所述目标物的变形，获取所述第三图像。
优选的，所述第一图像和第三图像中分别预设有一一对应的特征点，所述合成单元用于提取第一图像和第三图像中特征点，使所述第一图像的特征点与第三图像的特征点重合于同一世界坐标系中，并将配准后的第三图像覆盖至其配准的第一图像上，获得具有表面特征的立体图像。
优选的，所述第一采集单元与所述第二采集单元连续采集的目标物的图像中包含有标定单元的图像信息。
优选的，所述标定单元包括：
第一标定模块，具有黑白锯齿阵列图案表面，用于标定第一采集单元；
第二标定模块，具有黑白格阵列图案表面，用于标定第二采集单元；
第一标定模块和第二标定模块之间具有预设的水平距离与垂直距离。
优选的，所述第一采集单元包括：
第一相机，所述第一相机的光轴在水平面的投影与目标物移动方向在水平面的投影具有交角；
第一结构光源，所述第一结构光源的照射方向在水平面上的投影与目标物移动平行在水平面的投影重合。
优选的，所述第二采集单元包括：
第二相机，所述第二相机的光轴在水平面上的投影与目标物移动平行在水平面的投影重合；
第二辅助光源，设置于所述第二相机的一侧。
一种受电弓检测***，包括所述的受电弓图像采集***，还包括：
检测单元，用于根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，若比较结果超出阈值，判断异常。
一种受电弓检测方法，包括如下步骤：
第一采集单元和第二采集单元分别采集目标物的第一图像和第二图像；
采样单元对目标物的第二图像采样和校正，获得第三图像；
合成单元将第一图像和第三图像配准后叠加获得具有表面特征的立体图像；
检测单元根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，若比较结果超出阈值，判断异常。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：
本申请公开一种受电弓图像采集***，用于采集目标物的第一图像和第二图像，将第二图像校正消除变形后得到第三图像，通过将第一图像和第三图像配准后融合成具有表面特征的立体图像，该立体图像既包含有三维的空间立体结构信息，还包含目标物表面的二维纹理信息，本采集***可以弥补单纯三维图像采集无法获取表面纹理信息的缺点，通过综合有表现特征的立体图像提高缺陷的识别率，让检修***或检修人员能够更容易、更准确的发现缺陷，降低故障的发生频率，避免由此引发的安全事故，还可以降低频繁维护带来的高人力和物力开支。
第一采集单元通过面阵扫描采集目标物得到三维图像，第二采集单元通过线性扫描目标物得到二维图像，采样单元用于消除二维图像因线阵扫描速度与目标物移动速度的差值导致的图像变形，提高图像的成像质量和配准精度。
在目标物移动方向的一侧还设置有标定单元，用于当第一采集单元和第二采集单元在采集图像时，通过标定单元上的图案对第一采集单元和第二采集单元、目标物的空间关系进行标定，通过标定单元识别第一图像和第三图像的空间位置关系，便于后期图像合成时的配准。
第一图像和第三图像中预设有若干特征点，可以通过算法提取识别，通过识别具有一一对应的特征点，如果特征点之间具有相同的属性并能够一一对应，则可以被配准到一起，所述合成单元用于将配准后的第三图像覆盖至其配准的第一图像上，获得具有表面特征的立体图像。
本申请还公开一种受电弓检测***和检测方法，通过提取具有表面特征的立体图像中的空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，判断受电弓是否异常需要被检修，具有检测精度高，识别效果好的优点。
附图说明
图1为受电弓图像采集***的布局示意图
图2为受电弓图像采集***的***示意图；
图3为受电弓检测***的***示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图2所示，一种受电弓图像采集***，用于在目标物移动过程中采集目标物的二维图像和三维图像，通过将二维图像和三维图像配准后叠加合成为具有表面特征的立体图像，实现目标物综合数据的收集。
本***中，第一采集单元(1)和第二采集单元(2)分别用于采集目标物的第一图像和第二图像，其中，第一采集单元(1)：
第一相机(11)，具体为设置于目标物移动方向的一侧的面阵扫描相机，所述第一相机(11)的光轴在水平面的投影与目标物移动方向在水平面的投影具有交角，所述第一相机(11)用于采集目标物表面空间形态的点云特征，获得具有目标物三维信息的第一图像；
第一结构光源(12)，所述第一结构光源(12)的照射方向与目标物运动方向垂直，具体的，目标物在水平面上移动时，所述第一结构光源(12)垂直于所述水平面照射。
第二采集单元(2)，用于采集目标物的第二图像，包括：
第二相机(21)，具体为线性扫描相机，所述第二相机(21)的光轴在水平面上的投影与目标物移动平行在水平面的投影重合，用于采集目标物表面平面的纹理特征，获得具有目标物表面信息的第二图像；
第二辅助光源(22)，设置于所述第二相机(21)的一侧，所述第一结构光源(12)的照射方向在水平面上的投影与所述第二相机(21)的光轴在水平面上的投影具有交角。
所述第一采集单元(1)与所述第二采集单元(2)用于连续采集目标物图像。
第一采集单元(1)和第二采集单元(2)所采集的图像中，包含有标定单元(6)上的图案信息。所述标定单元(6)设置于目标物移动方向的一侧，用于标定第一图像和第二图像的空间位置关系，所述标定单元(6)包括：
第一标定模块(61)，具有黑白锯齿阵列图案表面，用于标定第一采集单元(1)；
第二标定模块(62)，具有黑白格阵列图案表面，用于标定第二采集单元(2)；
所述第一标定模块(61)和所述第二标定模块(62)之间相互的水平距离与垂直距离相对固定。
如图所示，设所述第一结构光源(12)的照射方向在水平面上的投影与所述第二相机(21)的光轴在水平面上的投影的交点为点A；
设所述第一相机(11)的光轴在水平面的投影与目标物移动方向在水平面的投影的交点为点B；
作为本申请的一种优选方案，第一相机(11)和第二相机(21)可以在目标物靠近至离开时连续被触发，在其他实施例中也可以当所述目标物的一侧边缘与点A、点B共线时同时被触发。当第一相机(11)和第二相机(21)被触发时，第一结构光源(12)对目标物照射结构光，第二辅助光源(22)对目标物补充环境光，用于提高第一相机(11)和第二相机(21)的采集的图像质量。
具体的，本***第一相机(11)和第二相机(21)采集目标物图像的第一帧频始终大于所述目标物的移动速度，因此当第一相机(11)和第二相机(21)采集目标物图像时，还会获得若干冗余图像。
采样单元(3)包括速度采集单元(5)，所述速度采集单元(5)用于获取目标物移动时的速度，采样单元(3)通过获取目标物的移动速度，对第二图像产生的变形进行校正，得到第三图像。具体的，第二采集单元(2)的线性扫描速度与目标物移动速度存在差异时，图像会产生挤压或拉伸的变形，采样单元(3)通过获取目标物的移动速度，将其与采样单元(3)扫描速度比较，通过比较结果使采集的第二图像校正为未发生变形的第三图像。
例如，在本申请的一种实施例中，第二采集单元(2)的像素分辨率k(ppi)，扫描频率Vc(单位为Hz，即线/s)，匹配的目标物的移动速率为Vo(单位为m/s)，4)第一采集单元(1)和第二采集单元(2)的扫描速率为Vc(单位为Hz，即线/s)
则第二采集单元(2)匹配目标物的移动速度的理论扫描速率应当满足如下公式：
Vo＝k*Vc。
通过Vo与目标物实际移动速率比较得到的比值，对图像产生的变形进行校正。
包含有目标物的第一图像和第三图像中分别预设有特征点，所述合成单元(4)用于提取第一图像和第三图像中特征点，使所述第一图像的特征点与第三图像的特征点重合于同一世界坐标系中，使第一图像和第三图像中对应的特征点一一重合，从而达到所述第一图像和第三图像配准的目的。
所述合成单元(4)用于将配准后的第三图像覆盖至其配准的第一图像上，获得具有表面特征的立体图像。
如图3所示，本申请还公开了一种受电弓检测***，包括上述受电弓图像采集***，除此之外，该受电弓检测***还包括检测单元(7)，用于根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，用于获取受电弓的缺陷信息，如受电弓磨损、表面烧损等。
本申请还公开了一种受电弓检测方法，应用如图3所示的受电弓检测***，包括如下步骤，第一采集单元(1)和第二采集单元(2)分别采集目标物的第一图像和第二图像；
采样单元(3)对目标物的第二图像采样和校正，获得第三图像；
合成单元(4)将第一图像和第三图像配准后叠加获得具有表面特征的立体图像；
检测单元(7)根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，若比较结果超出阈值，判断异常。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种受电弓图像采集***，其特征在于，包括：
第一采集单元(1)和第二采集单元(2)，分别用于采集目标物的第一图像和第二图像；
采样单元(3)，用于对目标物的第二图像采样和校正，获得第三图像；
合成单元(4)，用于将第一图像和第三图像配准后叠加获得具有表面特征的立体图像;
所述第一采集单元(1)为面阵图像采集装置，用于采集目标物的三维图像得到第一图像；所述第二采集单元(2)为线阵图像采集装置，用于同时采集目标物的二维图像得到第二图像。
2.根据权利要求1所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述采样单元(3)包括有速度采集单元(5)，所述速度采集单元(5)用于检测目标物移动的速度；
所述采样单元(3)用于根据所述目标物的移动速度校正所述第二图像中所述目标物的变形，获取所述第三图像。
3.根据权利要求1所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述第一图像和第三图像中分别预设有一一对应的特征点，所述合成单元(4)用于提取第一图像和第三图像中特征点，使所述第一图像的特征点与第三图像的特征点重合于同一世界坐标系中，并将配准后的第三图像覆盖至其配准的第一图像上，获得具有表面特征的立体图像。
4.根据权利要求1所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述第一采集单元(1)与所述第二采集单元(2)连续采集的目标物的图像中包含有标定单元(6)的图像信息。
5.根据权利要求4所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述标定单元(6)包括：
第一标定模块(61)，具有黑白锯齿阵列图案表面，用于标定第一采集单元(1)；
第二标定模块(62)，具有黑白格阵列图案表面，用于标定第二采集单元(2)；
第一标定模块(61)和第二标定模块(62)之间具有预设的水平距离与垂直距离。
6.根据权利要求1所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述第一采集单元(1)包括：
第一相机(11)，所述第一相机(11)的光轴在水平面的投影与目标物移动方向在水平面的投影具有交角；
第一结构光源(12)，所述第一结构光源(12)的照射方向与目标物运动方向垂直。
7.根据权利要求1所述的一种受电弓图像采集***，其特征在于，所述第二采集单元(2)包括：
第二相机(21)，所述第二相机(21)的光轴在水平面上的投影与目标物移动平行在水平面的投影重合；
第二辅助光源(22)，设置于所述第二相机(21)的一侧。
8.一种受电弓检测***，包括如权利要求1-7任一项所述的受电弓图像采集***，其特征在于，还包括：
检测单元(7)，用于根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，若比较结果超出阈值，判断异常。
9.一种受电弓检测方法，该方法基于如权利要求8所述的受电弓检测***，其特征在于，包括如下步骤：
第一采集单元(1)和第二采集单元(2)分别采集目标物的第一图像和第二图像；
采样单元(3)对目标物的第二图像采样和校正，获得第三图像；
合成单元(4)将第一图像和第三图像配准后叠加获得具有表面特征的立体图像；
检测单元(7)根据所述具有表面特征的立体图像提取出综合有空间特征和表面特征的实时参数，并与标准参数比较，若比较结果超出阈值，判断异常。
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