CN105911799A - 一种轨道交通接触网监测补光系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道交通接触网监测补光系统以及方法。该系统包括至少一个工业相机模块，用于发送补光指令和接收拍摄指令，其中工业相机模块中包括用于拍摄照片的摄像机；至少一个闪灯，闪灯用于提供补光光源；中央处理器模块，用于发送频闪模式指令和接收照片数据；单片机频闪灯控制控制模块，用于接收频闪模式指令，发送拍摄指令和确定摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数；补光控制模块，用于接收补光指令和控制闪灯的开启与关闭；其中闪灯开启时间间隔大于摄像机拍摄照片的快门时间。由此可以获得达到稳定，清晰的照片流，便于监测人员观察轨道交通接触网实际情况。

Description

一种轨道交通接触网监测补光系统以及方法

技术领域

本发明涉及摄像机拍摄领域，具体而言涉及一种轨道交通接触网监测补光系统。

背景技术

轨道交通具有运行时速快，运行环境复杂等特点，部署于车顶的接触网运行状态检测装置，要求能在复杂环境中高清高速稳定监测拍摄接触网、受电弓及其支撑悬挂细节并进行软件图像识别测量参数，除了对摄像机性能要求较高外，合适的补光系统必不可少，因为补光效果的好坏直接影响到监测效果的好坏，

目前视频摄像机常用的照明光源主要有以下几类:白炽灯类具有频率低，易同步，图像闪烁不明显等特点，但其功耗大，光效低，寿命短，响应速度慢，正逐步被淘汰或替代；LED灯是一类具有发展前途的新型光源，响应速度快，适合间歇工作和频繁启动，直流方式驱动使图像不闪烁，但亮度较低，不能完全满足需要；脉冲方式驱动的频闪灯亮度和光效高，寿命长，但如果与摄像机不同步仍会产生图像条纹、闪烁。

拍摄快速变动的接触网和支撑悬挂，需设定摄像机的快门速度有限，环境亮度直接影响视频图像的质量，轨道车辆运行中经常遇到穿越隧道情况，在进入隧道和离开隧道瞬间，光线会快速变化，导致图像的瞬间过曝或过暗现象，或者在晚间运行，环境光线复杂多变，测试采用白炽灯、红外LED灯组、白光LED灯组等补光设备都无法满足补光需求，而且有功率大、使用寿命短的缺点，同时容易造成视觉污染。因此设计一款适用于轨道交通工具运行环境下的接触网监测补光系统意义非常重大。

发明内容

本发明的目的是设计一套适用于隧道、黑夜、阴天等各种轨道交通运行环境的近红外脉冲方式驱动的频闪补光系统，避免摄像机与闪灯不同步产生图像条纹、闪烁。利用近红外作为补光光源，可以克服现有技术存在各种光干扰的问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，包括至少一个工业相机模块，用于发送补光指令和接收拍摄指令，其中工业相机模块中包括用于拍摄照片的摄像机；至少一个闪灯，闪灯用于提供补光光源；中央处理器模块，用于发送频闪模式指令和接收照片数据；单片机频闪灯控制控制模块，用于接收频闪模式指令，发送拍摄指令和确定摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数；补光控制模块，用于接收补光指令和控制闪灯的开启与关闭；其中闪灯开启时间间隔大于摄像机拍摄照片的快门时间。

在某些实施方式中，所述系统中所述闪灯是近红外闪灯，用于提供近红外光光源；还包括，近红外光滤光镜片，安装在所述摄像机的镜头前，用于过滤非近红外光波长的光。

在某些实施方式中，所述补光控制模块包括补光驱动单元，用于以脉冲方式驱动闪灯。

在某些实施方式中，所述补光控制模块包括第一同步控制单元，用于控制两个以上闪灯同时进行补光。

在某些实施方式中，所述单片机频闪灯控制模块包括第二同步控制单元，用于生成指令控制两个以上所述的摄像机同时进行拍摄。

另一方面，提供了一种轨道交通接触网监测补光方法，该方法包括如下步骤：

（a）中央处理器模块发送频闪模式指令；

（b）单片机频闪灯控制模块接收频闪模式指令并根据该指令确定摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数，发送拍摄指令开启至少一个工业相机模块；

（c）工业相机模块发送闪灯补光指令至补光控制模块；

（d）补光控制模块开启至少一个闪灯进行补光，其中，开启闪灯时间间隔大于摄像机拍摄照片的快门时间；

（e）摄像机拍摄照片；

（f）根据上述摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数，重复循环步骤（d），（e）；

（g）工业相机模块将照片数据传送至中央处理器。

在某些实施方式中，所述闪灯是近红外闪灯，所述摄像机镜头前安装有近红外光滤光镜片。

在某些实施方式中，所述闪灯是采用脉冲方式进行驱动。

在某些实施方式中，所述补光控制模块包括第一同步控制单元，用于控制两个以上闪灯同时进行补光。

在某些实施方式中，所述单片机频闪灯控制模块包括第二同步控制单元，用于控制两个以上所述的摄像机同时进行拍摄。

通过本发明，监测人员可以在复杂环境中高清高速稳定监测拍摄接触网，避免摄像机与闪灯不同步产生图像条纹、闪烁，从而了解到动车的运行状态。

附图说明

图1是本申请轨道交通接触网监测补光系统的第一实施例的结构示意图。

图2是本申请轨道交通接触网监测补光系统中工业相机模块的结构示意图。

图3是本申请轨道交通接触网监测补光系统中多个闪灯与摄像机工作过程的示意图。

图4是本申请轨道交通接触网监测补光系统中多个闪灯与摄像机工作过程的示意图。

图5是本申请轨道交通接触网监测补光系统中多个闪灯与多个摄像机工作过程的示意图。

图6是本申请轨道交通接触网监测补光系统中补光控制模块的结构示意图。

图7是本申请轨道交通接触网监测补光方法的第一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参考图1，其示出了本发明轨道交通接触网监测补光系统的一个实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例所述轨道交通接触网监测补光系统包括工业相机模块101、闪灯102、中央处理器模块103、单片机频闪灯控制模块104、补光控制模块105。

参考图2，所述工业相机模块101，其中包括摄像机201，摄像机201用于拍摄照片。所述摄像机201，实际上是将光信号转变成有序的电信号的工具。摄像机201可以根据实际情况的需要，参考图像分辨率，图像质量等参数进行选取。针对本发明所使用的场景，动车常常需要在夜间行驶，也常常穿梭于隧道山洞，光线环境是比较复杂多变，因此也需要比一般民用摄像机有更高的要求，可以采用工业相机，工业相机具有高图像稳定性、高输出能力和高抗干扰能力。在一些实施例中，可以设置多个摄像机201进行拍摄，以获取多角度的情况，也可以避免其中一个摄像机201故障所造成的影响。

参考图2，图2中工业相机模块101只画出了两个，根据情况的需要，可以并联连接设置多个工业相机模块101，也可以只设置一个工业相机模块101。所述工业相机模块101还接收来自于单片机频闪灯控制模块104的拍摄指令和发送补光指令到补光控制模块105。工业相机模块101在接收上述指令后，在处理单元202进行处理后，可以根据指令的参数启动摄像机201进行拍摄。需要说明的是，工业相机模块101与单片机频闪控制模块104以及补光控制模块105之间通信的方式可以使用有线方式，无线方式。在某些实施方式中，使用有线方式时，工业相机模块101设置有通信的传输接口203。在一些实施方式中，使用无线方式，工业相机模块101设置有射频发射接收模块以及天线模块。

闪灯102，提供补光光源。由于本发明所述的补光系统需要长时间在复杂多变的环境下工作，光源需要有亮度高，寿命长，响应时间快等特点。

中央处理器模块103，用于发送频闪模式指令和接收照片数据。频闪模式指令，指令中包括照片采样的帧率和清晰度。通过调整照片采样帧率，可以控制摄像机201拍摄照片的频率。当中央处理器103接收到来自于工业相机模块101传送的照片，根据照片拍摄的时间先后转换成照片流，监测人员可以通过照片流获知轨道交通接触网的动态情况。

单片机频闪灯控制模块104，用于接收来自于中央处理器模块103发送的频闪模式指令，发送拍摄指令到工业相机模块101和确定摄像机201拍摄照片的频率和拍摄次数。当单片机频闪灯控制模块104收到频闪模式指令后，根据采样的帧率确定摄像机201拍摄照片的频率，过低的帧率会导致照片流播放时产生停顿的情况，过高的帧率会使中央处理器模块103处理数据量增加，由此需要更多的内存空间缓存照片流。因此，监测人员可以通过调整采样的帧率使达到满意的效果。

补光控制模块105，用于接收补光指令和控制闪灯102的开启与关闭，补光指令由工业相机模块101所发送，指令中包括，闪灯补光的开启时间，持续的时间和开启的频率。开启闪灯102时间间隔应当大于摄像机201拍摄照片的快门时间，足够的光线进入摄像机201使拍摄的照片曝光充分。根据工业相机模块101所确定闪灯补光频率，周期性的开关和关闭闪灯102，使闪灯102保持高亮度和高光效。

具体的，在选择闪灯102的时候，闪灯102的响应时间是重要的参数，根据人眼对图像视觉停留时间大概是1/24秒，如果摄像机201拍摄照片的频率低于24Hz，会感觉到图像的不流畅。因此闪灯102的频率也要对应摄像机201的拍照频率提高，响应速度的快门直接影响到照片的质量。

需要说明的是，图1所示闪光控制模块105连接两个闪灯102，根据实际情况需要，可以连接更多闪灯102。

在一些实施例中，所述轨道交通接触网监测补光系统所述闪灯102是近红外闪灯，用于提供近红外光光源。近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，波长在1100~2526nm之间。实验得出，在所述系统中使用波长为850nm近红外闪灯进行补光，效果最佳。在这实施例当中，所述系统还包括近红外光滤光镜片，安装在所述摄像机201的镜头前，用于过滤非近红外光波长的光，防止其他非红外近光的干扰。

在一些实施例中，所述轨道交通接触网监测补光系统中，所述补光控制模块105中包括第一同步控制单元，具体的，根据实际情况需要，第一同步控制单元生成关于第1、2...n闪灯102开启和关闭的时序，用于控制两个以上闪灯102同时进行补光。

在一些实施例中，所述轨道交通接触网监测补光系统中，所述单片机频闪灯控制模块104包括第二同步控制单元，用于控制两个以上所述的摄像机201同时进行拍摄。第二同步控制单元生成摄像机201启动时序，通过拍摄指令发送到第1、2...n摄像机进行控制拍摄照片过程。

具体的，参考图3，图4，图5，所述补光控制模块105中第一同步控制单元控制多个闪灯102补光，应该说明的是，多个闪灯102可以是为一个摄像机201拍摄照片的时候同时进行补光，可以是为一个摄像机201拍摄照片的时候轮流进行补光，也可以是为多个摄像机201拍摄照片的时候补光。

在本实施例的一个可选实现方式中，请参考3，301表示闪灯102开启的的时间段，302表示第1摄像机拍摄照片时候的快门开启的时间段，快门打开的时间段，在时间轴上，所述第一同步控制单元通过控制第1闪灯和第2闪灯的同时开启，使拍摄亮度对比仅有第1闪灯开启或者仅有第2闪2开启的情况有提高，该控制方法可以弥补闪灯102亮度不足够的缺点。.

在本实施例的一个可选实现方式中，请参考4，303表示闪灯102开启的的时间段，304表示第1摄像机拍摄照片时候的快门开启的时间段。可以看到，由于摄像机201拍摄照片的频率提高，需要闪光灯具备更小的响应时间，在这种实施例中，可以通过多个闪灯102的配合，使摄像机201拍摄照片时候的整个时间段，补光强度保持一致。这种设计可以克服闪灯102的响应时间大的缺点。

在本实施例的一个可选实现方式中，请参考5，305，307表示第1闪灯开启的的时间段，306表示第1摄像机拍摄照片时候的快门开启的时间段，308表示第2摄像机拍摄照片时候的快门开启的时间段。具体的，多个摄像机201进行拍摄，同时每个摄像机201至少有一个闪灯102进行补光，在这种实施例中，系统可以同时获取不同方向的图像，使监测人员能更容易了解拍摄物的状态。同时一个闪灯102可以为多个摄像机201进行补光，比单独为每台摄像机201配置闪灯102时候，闪灯102数量可减少。

参考图6，在一些实施例中，所述轨道交通接触网监测补光系统还包括，补光驱动单元401，补光驱动单元401设置在补光控制模块105之中，用于以脉冲方式驱动闪灯102。脉冲方式驱动闪灯102的开启和关闭，能够节省电源，提高闪灯102的效率和寿命。所述脉冲驱动的参数是根据摄像机201的快门时间，闪灯补光频率来确定。根据驱动的参数调整驱动电流，配合摄像机201拍摄照片。

下面将描述上述系统的实施方式。请参考图7，图中示出轨道交通接触网监测补光方法的一个实施例流程图。

如图7所示，步骤S501，中央处理器模块103发送频闪模式指令；

具体的，频闪模式指令中包括照片采样的帧率和清晰度。通过调整照片采样帧率，可以控制摄像机201拍摄照片的频率。

继而，在步骤S502，单片机频闪灯控制模块104接收上述频闪模式指令并根据该指令确定摄像机201拍摄照片的频率和拍摄次数，开启至少一个工业相机模块101。在某些实施例当中，拍摄次数是不确定的，需要根据测试人员手动关闭。当测试人员在点击发送频闪模式指令后，摄像机201会一直拍摄直至系统接收到结束或者暂停的指令。

在步骤S503，工业相机模块101发送闪灯补光指令至补光控制模块105。

具体的，闪灯补光指令包括，闪灯补光的开启时间，持续的时间和开启的频率。

在步骤S504，补光控制模块105开启至少一个闪灯102进行补光，其中，开启闪灯102时间间隔大于摄像机201拍摄照片的快门时间，足够的光线进入摄像机201使拍摄的照片曝光充分。根据工业相机模块101所确定闪灯补光频率，周期性的开关和关闭闪灯102，使闪灯102保持高亮度和高光效。

在步骤S505，摄像机201拍摄照片。

在步骤S506，根据上述确定的摄像机201拍摄照片的频率和拍摄次数，重复循环步骤S504，步骤S505；

在步骤S507，工业相机模块101将照片数据传送至中央处理器103。

在一些实施例中，上述步骤504中所述闪灯102是近红外闪灯，优选的，采用波长为850nm的近红外闪灯。

在一些实施例中，所述摄像机201镜头前安装有近红外光滤光镜片。由于采用近红外闪灯对被摄物体进行补光，所以利用近红外光滤光镜片，有效过滤近红外光波长以外的光，防止其他光对其进行干扰。

在一些实施例中，所述闪灯102是采用脉冲方式进行驱动。具体的，补光控制模块105中补光驱动单元401对驱动闪灯102进行补光，驱动的参数，包括电流的大小，周期，占空比由补光控制模块105接收到的闪灯补光指令中所确定。其中需要配合摄像机201拍摄照片的快门时间，保证快门开启的过程中，闪灯102补光在开启中。

在一些实施例中，所述补光控制模块105包括第一同步控制单元，用于控制两个以上闪灯102同时进行补光。

在一些实施例中，所述单片机频闪灯控制模块104包括第二同步控制单元，用于控制两个以上所述的摄像机201同时进行拍摄。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合 而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，包括至少一个工业相机模块，用于发送补光指令和接收拍摄指令，其中工业相机模块中包括用于拍摄照片的摄像机；至少一个闪灯，闪灯用于提供补光光源；中央处理器模块，用于发送频闪模式指令和接收照片数据；单片机频闪灯控制控制模块，用于接收频闪模式指令，发送拍摄指令和确定摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数；补光控制模块，用于接收补光指令和控制闪灯的开启与关闭；其中闪灯开启时间间隔大于摄像机拍摄照片的快门时间。

2.根据权利要求1所述的轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，所述系统中所述闪灯是近红外闪灯，用于提供近红外光光源；还包括，近红外光滤光镜片，安装在所述摄像机的镜头前，用于过滤非近红外光波长的光。

3.根据权利要求2所述的轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，所述补光控制模块包括补光驱动单元，用于以脉冲方式驱动闪灯。

4.根据权利要求3所述的轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，所述补光控制模块包括第一同步控制单元，用于控制两个以上闪灯同时进行补光。

5.根据权利要求3所述的轨道交通接触网监测补光系统，其特征在于，所述单片机频闪灯控制模块包括第二同步控制单元，用于生成指令控制两个以上所述的摄像机同时进行拍摄。

6.一种轨道交通接触网监测补光方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（a）中央处理器模块发送频闪模式指令；

（b）单片机频闪灯控制模块接收频闪模式指令并根据该指令确定摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数，发送拍摄指令开启至少一个工业相机模块；

（c）工业相机模块发送闪灯补光指令至补光控制模块；

（d）补光控制模块开启至少一个闪灯进行补光，其中，开启闪灯时间间隔大于摄像机拍摄照片的快门时间；

（e）摄像机拍摄照片；

（f）根据上述摄像机拍摄照片的频率和拍摄次数，重复循环步骤（d），（e）；

（g）工业相机模块将照片数据传送至中央处理器模块。

7.根据权利要求6所述的轨道交通接触网监测补光方法，其特征在于，所述闪灯是近红外闪灯，所述摄像机镜头前安装有近红外光滤光镜片。

8.根据权利要求7所述的轨道交通接触网监测补光方法，其特征在于，所述闪灯是采用脉冲方式进行驱动。

9.根据权利要求8所述的轨道交通接触网监测补光方法，其特征在于，所述补光控制模块包括第一同步控制单元，用于控制两个以上闪灯同时进行补光。

10.根据权利要求8所述的轨道交通接触网监测补光方法，其特征在于，所述单片机频闪灯控制模块包括第二同步控制单元，用于控制两个以上所述的摄像机同时进行拍摄。