CN101430249A - 车辆部件实物碰撞序列图像分析方法及其分析系统 - Google Patents

Abstract

车辆部件实物碰撞序列图像分析方法及其分析系统，用于车辆部件实物进行碰撞实时测试后的运动三维分析，所述分析方法包括：对碰撞序列图像进行图像运动再现，得到图像中测定目标的动态变形和残余变形数据；对碰撞序列图像中的目标标识进行跟踪，并结合分析目标运动的参数，得到目标的速度、加速度数据后输出。本发明可以客观、真实的得到试验数据，它能够通过对象的坐标与时间的函数关系，得到相关的运动学参数，解决高速碰撞过程中的变形、位移、速度、加速度等参数的测量问题。

Description

车辆部件实物碰撞序列图像分析方法及其分析系统

技术领域

木发明属于车辆部件实物碰撞试验的实时测试和碰撞序列图像分析技术，具体的涉及一种能够实现车辆部件实物碰撞序列图像分析的方法及其采用的分析系统。

背景技术

随着我国列车运行速度的快速提高，列车行车安全已经成为现代高速铁路技术发展的重要标志。列车碰撞事故严重危及乘客和乘务人员的生命、财产安全，应从根本上杜绝此类事故的发生，但目前尚难以办到。为减轻列车碰撞事故造成的损失，开展列车多体耦合撞击动力学研究，研制耐冲击吸能车体，是减轻列车撞击事故灾害损失的重要途径，也是世界铁路客车车体结构(包括城市轨道交通车辆)发展的必然趋势。

在列车结构耐撞性研究中，试验研究是一种有效并能反映真实情况的手段。但由于整车试验规模大，费用高，作为破坏性试验不可重复进行，而且需有实际产品，一般为后验性试验；对车辆吸能零部件(包括承载吸能结构和专用吸能件)进行实物碰撞试验，是设计耐冲击吸能车体的主要基础。

车辆部件实物碰撞试验装置的作用是对车辆的1∶1零部件进行碰撞试验，获得零部件在碰撞过程的变形、加速度、撞击力随时间变化曲线和撞击接触瞬间的速度。本案发明人发明了一种车辆部件实物碰撞试验装置，其由试验线、驱动系统、制动系统、控制系统、测试系统、碰撞序列图像运动分析系统等组成。

车辆部件实物碰撞试验装置的基本原理是将车辆部件实物固定在载运台车上，用电磁调速电机作为动力，通过加速控制系统使载运台车的速度不断提高。在此过程中，首先通过PID速度控制器不断加大电磁调速电机上电，使电机输出转速持续增加；并通过绞绳盘前的排线机构使绞绳盘的有效直径逐步增大，从而使载运台车的运行速度持续增加。受到控制的载运台车速度统在测控室的操纵台上显示。当载运台车运行至撞击刚性墙前特定位置时，控制系统通过脱绳碰块上的行程开关，使台车和钢丝绳分离，切断调速电机电磁转差离合器和液压推杆制动器电源，制动系统启动、驱动系统停止，载运台车无动力运行使试件撞击刚性墙。与此同时，行程开关还触发车载加速度测试系统、速度测试系统、撞击力测试系统和高速摄像系统，进行撞击加速度、撞击力和碰撞序列图像测试及数据采集和存储。

由于碰撞过程为一短暂的猛烈冲击，并且车身变形的发展具有不可预见性如何能够通过科学的方法分析该采集的数据成为保证该试验系统准确性的关键技术。

发明内容

本发明提供了一种可以客观、真实的得到试验数据的车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，及其该车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，它能够通过对象的坐标与时间的函数关系，得到相关的运动学参数，解决高速碰撞过程中的变形、位移、速度、加速度等参数的测量问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，用于车辆部件实物进行碰撞实时测试后的运动三维分析，其特征在于所述分析方法包括：

对碰撞序列图像进行图像运动再现，得到图像中测定目标的动态变形和残余变形数据；

对碰撞序列图像中的目标标识进行跟踪，并结合分析目标运动的参数，得到目标的速度、加速度数据后输出。

具体地讲，所述碰撞序列图像是通过复数个高速摄像机采集的碰撞序列图像，所述高速摄像机由触发装置启动后进行碰撞序列图像的采集。

所述目标标识为对车辆部件实物进行标记，所述标记为多种颜色和图案标识。

对深色车辆部件实物采用黑白或红黄相间的圆形或方形标识，在车辆部件实物碰撞变形度大的部位采用小面积标识，在车辆部件实物变形小或不变形的部位采用连续的矩形标识。

一种车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，包括高速摄像机，其特征在于该分析系统包括：

撞击墙端设置的复数个高速摄像机，所述高速摄像机连接设置高速摄像控制计算机，该高速摄像控制计算机用于设置高速摄像机的参数，控制高速摄像机的采集，并将采集的数字图像传送给后台计算机。

触发装置，包括自动或手动触发装置，用于启动高速摄像机进行图像的采集。

所述分析系统还包括配线箱，所述配线箱连接高速摄像机、后台计算机和触发装置，并实现远程控制。

所述分析系统还包括与高速摄像机对应配置的监视器，所述监视器与配线箱连接。

所述分析系统还包括照明系统，所述照明系统包括金属卤化物灯。

本发明的分析方法能够从连续相关的多帧序列图像中对目标对象的绝对物方或相对物方坐标对时间的函数变化关系，可以获取相关的运动学与动力学参数，如碰撞试件的车速、加速度等。该分析系统能够实现车辆部件实物在撞击时验中数据和图像的实时触发采集，并在撞击试验完成后，所有测量数据能够通过串口通信传输到上位计算机上，经处理、分析，输出加速度和撞击力的时间历程。碰撞速度是根据触发装置发出的触发信号，记录的在撞击刚性墙前特定位置处载运台车的运行速度。高速摄影机能够记录整个撞击过程中车辆部件实物的变形，变形序列图像经该分析方法分析后得到位移、速度、加速度—时间历程。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

附图说明

图1是本发明车辆部件实物碰撞序列图像分析系统的实施例的方框结构示意图；

图2是本发明车辆部件实物碰撞序列图像分析方法的实施例的框架图；

图3是本法明实施例中所采用的目标标识的示意图。

具体实施方式

如图1所示，该车辆部件实物碰撞序列图像分析系统主要包括摄像机、灯光照明系统、监视器、触发装置、配线箱、高速摄像控制计算机和后台计算机。

摄像机采用2台高速CCD摄像机。其图像采集精度为2000帧/秒，采集的图像大小为512x384，图像颜色分辨率为24Bit。灯光照明系统采用采用48KW金属卤化物灯。触发装置为自动触发采集，当车辆部件实物搭载载运台车运动至撞击墙10前某一位置时，触发装置启动，从而启动摄像机作业。配线箱用于连接摄像机、高速摄像控制计算机、监视器、触发装置，以及其他远程控制装置。高速摄像控制计算机可设置摄像机参数，控制摄像机采集，并将采集的数字图像存入后台计算机进行后期处理。

如图2所示，该车辆部件实物碰撞序列图像分析方法主要是后台计算机存储的碰撞序列图像进行图像运动再现，得到图像中测定目标的动态变形和残余变形数据；对碰撞序列图像中的目标标识进行跟踪，得到目标的位置与时间的变化数据，并结合分析目标运动的参数，得到目标的速度、加速度数据后输出。

目标标识为对车辆部件实物进行标记，该标记为多种颜色和图案标识。如图3所示，可包括圆形的标识31、32、方形标识33、34和矩形标识35。在车辆部件实物碰撞变形度大的部位采用小面积标识，例如标识32、34，在车辆部件实物变形小或不变形的部位采用连续的矩形标识，例如矩形标识35。

Claims (8)

1.一种车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，用于车辆部件实物进行碰撞实时测试后的运动三维分析，其特征在于所述分析方法包括：

对碰撞序列图像进行图像运动再现，得到图像中测定目标的动态变形和残余变形数据；

对碰撞序列图像中的目标标识进行跟踪，并结合分析目标运动的参数，得到目标的速度、加速度数据后输出。

2.根据权利要求1所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，其特征在于所述碰撞序列图像是通过复数个高速摄像机采集的碰撞序列图像，所述高速摄像机由触发装置启动后进行碰撞序列图像的采集。

3.根据权利要求1所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，其特征在于所述目标标识为对车辆部件实物进行标记，所述标记为多种颜色和图案标识。

4.根据权利要求3所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析方法，其特征在于对深色车辆部件实物采用黑白或红黄相间的圆形或方形标识，在车辆部件实物碰撞变形度大的部位采用小面积标识，在车辆部件实物变形小或不变形的部位采用连续的矩形标识。

5.一种车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，包括高速摄像机，其特征在于该分析系统包括：

撞击墙端设置的复数个高速摄像机，所述高速摄像机连接设置高速摄像控制计算机，该高速摄像控制计算机用于设置高速摄像机的参数，控制高速摄像机的采集，并将采集的数字图像传送给后台计算机；

触发装置，包括自动或手动触发装置，用于启动高速摄像机进行图像的采集。

6.根据权利要求5所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，其特征在于所述分析系统还包括配线箱，所述配线箱连接高速摄像机、后台计算机和触发装置，并实现远程控制。

7.根据权利要求6所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，其特征在于所述分析系统还包括与高速摄像机对应配置的监视器，所述监视器与配线箱连接。

8.根据权利要求5所述的车辆部件实物碰撞序列图像分析系统，其特征在于所述分析系统还包括照明系统，所述照明系统包括金属卤化物灯。

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