專利名稱：通過圖像處理測量電車電線的磨損的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過圖像處理測量電車電線的磨損的裝置。更具 體來說，本發(fā)明涉及通過圖像處理測量電車電線的磨損，尤其涉及一 種測量電車電線的磨損部分的寬度的裝置。
背景技術：
在向電氣鐵路或鐵軌車輛供電的電車電線中，每當車輛通過時， 都會發(fā)生與縮放儀集電器的接觸。由此，在電氣鐵軌車輛運行中，電車電線逐漸被磨損，如果不做 更換的話，最終就會發(fā)生破裂，從而造成事故。針對電車電線設置磨損極限。通過使用該磨損極限作為電車電線 改變指標，改變電車電線，保證電氣鐵軌車輛的安全。作為測量電車電線的磨損的方法，主要有兩種方法 一種是直接 測量電車電線的厚度的方法；另一種是計算電車電線磨損部分的寬度 并將磨損寬度轉換為電車電線厚度的方法。上述方法中作為測量電車電線磨損部分的寬度的方法，有如下一 種方法，即通過照射鈉燈或激光來測量電車電線磨損部分(參見非專 利文獻l)。該方法利用了以下關系電車電線的下部為圓葫蘆形，并且隨著 電車電線被磨損刮削變平，刮削部分的寬度變寬。因此，從磨損寬度 換算出電車電線的刮削部分的厚度。作為電車電線磨損部分的測量方法，精確地調(diào)節(jié)光源和光接收部 分的線傳感器(line sensor)的位置，使得當從光源照射鈉燈或激光 時以正反射接收來自電車電線磨損部分的反射光，并且通過捕捉并成 像正反射的強光而將電車電線磨損部分改變?yōu)檠┟?whiteout)狀態(tài)，然后從接收強光的雪盲部分的寬度測量電車電線磨損部分的寬度。這 種方式是非接觸方式，由此可以進行高速操作。然而，該方法易受到諸如夾住電車電線的夾具和背景中出現(xiàn)的結 構的噪聲的影響。此外，在由于某些噪聲而導致獲得錯誤的測量結果 的情況下，無法驗證該結果。因此，對于如電車電線的磨損的問題的 部分，最終釆用直接測量電車電線的厚度的方法來驗證。另外，要求 通過精確地調(diào)整光源和光接收裝置的位置來接收正反射。針對這些問題，在"利用圖像處理的電車電線磨損測量裝置(專 利文獻l)"中，無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，可以在無需精確調(diào)整光源的位置的情況下執(zhí)行 測量。然而，問題在于落在或入射到線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。專利文獻1:日本專利申請?zhí)亻_No.2006-248411 非專利文獻l:電車電線磨損《高度測量裝置、納燈式電車電線磨 損測量裝置，第114期Railway Technical Research Institute月凈艮概 要< 主頁> http:〃www.rtri.or.jp/infoce/getsurei/1998/Getsu09/g 114一5.html發(fā)明內(nèi)容作為測量電車電線的磨損的方法，有以下方法其中通過照射鈉 燈或激光來測量電車電線磨損部分的寬度并且從磨損部分換算電車 電線的厚度的方法；以及，如專利文獻l,通過照射普通光利用圖像 處理的電車電線磨損測量方法，帶來了以下問題。(1) 首先，在通過照射鈉燈或激光來測量電車電線磨損部分的 寬度并且從磨損寬度換算出電車電線的厚度的方法的情況下，需要準 備特殊的照明光，例如鈉燈和激光。特別是當使用激光時，由于必須 考慮對人體的影響，所以需要仔細處理。另外，要求通過精確地調(diào)整 光源和光接收裝置的位置來接收正反射。(2) 在如專利文獻1 一樣利用圖像處理的電車電線磨損測量方
法的情況下，由于采用普通的白光照明，所以容易實現(xiàn)定位調(diào)整等。 然而，由于是點光源，所以光在中心處最強，并且隨著距中心的距離 增大而變?nèi)?。為此，問題在于來自電車電線的反射光表現(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電線磨損測量裝置，該裝置包括線傳感器圖片圖像(picture image )產(chǎn)生單元，其通過利用 線傳感器產(chǎn)生線傳感器圖片圖像；二值化運算處理單元，其通過針對 所述線傳感器圖片圖像執(zhí)行二值化運算，而獲得經(jīng)二值化運算的線傳 感器圖片圖像；噪聲消除處理單元，其用于消除所述經(jīng)二值化運算的 線傳感器圖片圖像中的噪聲；邊緣檢測處理單元，其用于從所述消除 噪聲后的經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像檢測電車電線磨損部分 的邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)；以及電車電線磨損部分寬度計算處理單元，其 基于所述邊緣數(shù)據(jù)和電車電線高度數(shù)據(jù)來計算電車電線磨損部分的 寬度，并且其中，所述線傳感器垂直向上地設置在檢查車輛的車頂使 得線傳感器仰望到電車電線，并且通過沿垂直于檢查車輛的行進方向 的方向呈直線地將多個點光源設置在檢查車輛上，來形成照明電車電 線的照明單元。利用該裝置，解決了以上問題。


圖1是示出了用于測量電車電線的磨損的線傳感器和照明單元 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算的示例的 說明圖。圖2B是示出了在反射光不均勻的情況下的二值化運算的示例的 說明圖。圖3是示出了半鏡設置在線傳感器和電車電線之間的示例的側視圖。圖4是根據(jù)基本思想的用于測量電車電線的磨損的流程圖。 圖5是根據(jù)基本思想的電車電線磨損測量裝置的框圖。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的利用圖像處理的電車電線磨損測量裝置，獲得了以 下效果。(i) 與利用線光源的方法相比，可以以低成本提供強照明，并 且可以創(chuàng)建沒有反射光的不均勻的均勻照明條件。(ii) 無需使用特殊照明。(iii) 與使用激光的方法相比，無需考慮對人體的影響，并且進 一步的處理很容易。(iv) 沒有精確地調(diào)整光源和光接收裝置的位置的不便。(v) 電車電線磨損測量裝置可以響應于電車電線的突變偏移， 并且可以獲得均勻的反射光。(1 )基本思想本發(fā)明的一個目的在于提供一種利用圖像處理測量電車電線的 磨損的測量裝置。如圖1所示，本發(fā)明例如利用線傳感器l作為圖片圖像的輸入單 元，該線傳感器1垂直向上地設置在檢查車輛4的車頂上，使得線傳 感器l仰望到電車電線3。線傳感器1被設置為使得其掃描線與檢查車輛4的行進方向垂直 和水平，并且掃描線橫跨過電車電線3。在檢查車輛4的車頂上，作為照明單元的多個小散光燈或透射器 2(其中每個都是點光源)設置在線傳感器1的左右兩側上。散光燈2沿電車電線的偏移方向呈直線地設置在線傳感器1的相 對側上。為了使散光燈2必然且充分地照明電車電線3，優(yōu)選地散光 燈2的配置寬度基本上是電車電線的偏移寬度的兩倍大。這里，因為電車電線3的磨損部分是由縮放儀削切過的部分，所 以它與未磨損部分相比具有高的光澤。因此，通過照明電車電線3，通過來自線傳感器圖片圖像上的褶 面的反射光可以分離在電車電線的磨損部分處的背景部分和其他背
景部分。然而，在點光源的情況下，如果在從磨損部分的反射光不均勻， 則在二值化運算中可能無法良好地執(zhí)行上述分離。例如，如圖2B所示，如果反射光不均勻，則當執(zhí)行二值化運算 時，電車電線的磨損部分的一部分被背景同化。此外，在熒光燈或線光源燈的情況下，光太弱，從而反射光無法 反射到線傳感器上。因此，在本發(fā)明中，通過將多個點光源呈直線地設置，可以以低 成本提供被看作線光源的強照明。利用這種配置，可以創(chuàng)建無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，所以當執(zhí)行二值化運算 時，很好地執(zhí)行背景與磨損表面之間的分離。由線傳感器1獲得的掃描線的亮度信號被輸出到安裝在檢查車 輛4內(nèi)的測量個人計算機(用于處理的個人計算機)5。測量個人計算機5按照時序排列這些亮度信號，并且生成線傳感 器圖片圖像(平面圖片圖像)，并將其存儲在記錄裝置6中作為輸入 的圖片圖像。測量個人計算機5是用于通過對輸入的線傳感器圖片圖像進行 圖像處理來測量或確定電車電線磨損部分的寬度的個人計算機。針對 從圖片圖像獲取的處理以及結果的輸出，例如，可以釆用如專利文獻 1 一樣的構成。在本發(fā)明中，由于是非接觸方式，所以可以進行高速運算，并可 短期地測量長距離區(qū)間。此外，本發(fā)明不要求特殊的照明，也沒有釆用激光以及考慮對人 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，即使當電車電線嚴重地向上向下以及向右向左偏移，都可 以應用均勻照明。(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散光燈2設置在線傳感器1的左右兩側，因此在線傳感器1正上方的區(qū)域可 能具有比其他區(qū)域低的亮度。為了解決這個問題，如圖3所示，在電車電線3與線傳感器1 之間設置半鏡7。從照明單元20照射的光通過半鏡7向上反射，并且 照明電車電線3，而包括電車電線3在內(nèi)的圖片圖像作為反射光被線 傳感器1捕捉并被成像。照明單元20設置在線傳感器1的前側或后 側。在圖3中，為了簡化附圖起見，略去了設置在線傳感器1左右兩 側上的多個散光燈2。照明單元20可以是與圖1中的散光燈2相同類 型的照明，或者也可以是不同類型的照明。利用這種設置，由于足夠的照明也應用到了與線傳感器1同軸定 位的區(qū)域，所以優(yōu)點在于反射光可以更均勻。另外在電車電線與照相 機同軸偏移的情況下，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，電車電線向上向下并且向右向左擺動。為此，通過仰角固 定的定向光無法實現(xiàn)本發(fā)明的目的。在本發(fā)明中，優(yōu)選地光沿與照相 機的光軸平行的方向照射。實施例1圖5示出了本發(fā)明的實施例1的利用圖像處理的電車電線磨損測 量裝置。本實施例涉及按照以下基本思想說明的測量個人計算機5的 具體構成。即，如圖5所示，測量個人計算機5具有線傳感器圖片圖像產(chǎn)生 部或單元50、 二值化運算處理部或單元53、噪聲消除處理部或單元 54、電車電線磨損部分邊緣檢測部或單元55、以及電車電線磨損部分 寬度計算部或單元56，等等。測量個人計算機5根據(jù)圖4所示的流程 圖通過對線傳感器圖片圖像的圖像處理來確定電車電線的磨損部分 的寬度。首先，線傳感器圖片圖像產(chǎn)生部50按照時序排列由線傳感器11 獲得的掃描線的亮度信號，并且獲得線傳感器圖片圖像(步驟Sll)。
產(chǎn)生的線傳感器圖片圖像經(jīng)存儲器51被存儲在記錄裝置6中，并進 一步經(jīng)存儲器52被發(fā)送到二值化運算處理部53。接著，二值化運算處理部53針對整個線傳感器圖片圖像執(zhí)行二 值化運算，并且獲得經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像(步驟S12 )。經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像經(jīng)存儲器52被發(fā)送到噪聲消 除處理部54。噪聲消除處理部54通過對二值化運算的擴展、收縮處理，來消 除位于經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像中由于電車電線磨損部分 的刮擦或背景部分的狀態(tài)導致的細小點狀噪聲(步驟S13)。消除噪聲的經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像經(jīng)存儲器52被發(fā) 送到電車電線磨損部分邊緣檢測部55。在從特定線的左手側執(zhí)行搜索的情況下，電車電線磨損部分邊緣 檢測部55從圖片圖像的上部到下部針對每一行執(zhí)行檢測操作，其中 將從背景的黑變?yōu)槟p部分的白的點視為磨損部分的左側的邊緣點， 并且將從磨損部分的白變?yōu)楸尘安糠值暮诘狞c視為磨損部分的右側 的邊緣點，然后檢測經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像中的電車電線 磨損部分的邊緣(S14)。檢測到的電車電線磨損部分的兩側邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)與電車電 線高度數(shù)據(jù)一起經(jīng)存儲器52被發(fā)送到電車電線磨損部分寬度計算部 56。電車電線磨損部分寬度計算部56通過利用從經(jīng)二值化運算的線 傳感器圖片圖像檢測出的電車電線磨損部分兩側的邊緣數(shù)據(jù)以及從 線傳感器1到電車電線3的高度，計算線傳感器的一條掃描線上的兩 側邊緣的點到點距離，作為電車電線磨損部分的圖片圖像上的寬度 (步驟S15)。
權利要求
1、一種利用圖像處理的電車電線磨損測量裝置，包括線傳感器圖片圖像產(chǎn)生單元，用于利用線傳感器產(chǎn)生線傳感器圖片圖像；二值化運算處理單元，用于通過針對所述線傳感器圖片圖像執(zhí)行二值化運算，而獲得經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像；噪聲消除處理單元，用于消除所述經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像中的噪聲；邊緣檢測處理單元，用于從消除噪聲后的經(jīng)二值化運算的線傳感器圖片圖像檢測電車電線磨損部分的邊緣作為邊緣數(shù)據(jù)；以及電車電線磨損部分寬度計算處理單元，用于基于所述邊緣數(shù)據(jù)和電車電線高度數(shù)據(jù)來計算電車電線磨損部分的寬度，并且其中所述線傳感器垂直向上地設置在檢查車輛的車頂使得該線傳感器仰望到電車電線，并且通過沿垂直于檢查車輛的行進方向的方向呈直線地在檢查車輛上設置多個點光源而形成照明電車電線的照明單元。
2、 根據(jù)權利要求l所述的電車電線磨損測量裝置，其中， 半鏡，其設置在線傳感器與電車電線之間，并且， 從照明單元照射的光通過半鏡被向上反射并且照明電車電線，而包括電車電線的圖片圖像作為反射光被線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電線磨損測量裝置，其中，線傳感器垂直向上地設置在檢查車輛的車頂使得線傳感器仰望到電車電線，并且照明電車電線的照明單元是通過沿垂直于檢查車輛的行進方向的方向呈直線地在檢查車輛上設置多個點光源而形成的。
文檔編號B60M1/28GK101400965SQ20078000874
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者庭川誠, 渡部勇介 申請人:株式會社明電舍