CN114827463A - 一种图像采集控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了图像采集控制系统及方法，图像采集控制方法包括：列车速度数据处理步骤：通过车速采集部分采集获得原始车速数据，对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据，将所述控制车速数据发送到相机控制部分；列车图像数据采集步骤：相机控制算法对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号，所述相机控制部分根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。本发明针对轨旁车辆综合检测系统中图像采集控制的不足，提供了一种能够准确采集过车速度且过车速度与相机采集相匹配的图像采集控制方法及系统。

Description

一种图像采集控制系统及方法

技术领域

本申请涉及轨旁车辆综合检测技术领域，尤其涉及一种图像采集控制系统及方法。

背景技术

近年来，轨道交通的安全、高效、便捷等优点使其在各个城市中高速发展。随着轨道车辆运行次数、客运量与日俱增，保证车辆运行安全的车辆检修任务尤为重要。传统的轨道车辆检修多为人工观察列车的车辆电气设备、车辆走行部件以及信号指示灯等外观是否正常，人工检测效率低，漏检率高，检查结果不准确，容易造成安全隐患。

目前，通过安装轨旁车辆综合检测系统，利用机器视觉技术对通过式列车进行检测，对成像区域内的结构异常或缺陷部位进行图像识别与管理，并分析数据输出的检测结果，提高了检测效率和检测精度。为保证检测结果的准确度，首先系统需要采集成像区域内的准确无畸变的图像，因此图像采集控制系统如何使过车速度与相机控制匹配，准确采集无畸变的图像尤为重要。国内外对图像采集控制系统的研究越来越多，大多是通过工控机作为主控制器对采集的过车速度数据处理和对相机的控制，其虽能够进行图像采集控制，但控制的实时性和准确性较差，采集的图像产生较大的畸变，影响列车缺陷的图像处理的准确度。因而，在车辆综合检测过程中图像采集控制系统如何使列车速度与相机图像采集控制匹配，准确采集无畸变的图像成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种图像采集控制系统及方法，以至少通过本发明解决了对列车进行综合检测过程中，图像采集控制的实时性与准确性低，导致采集的图像产生畸变，从而影响列车缺陷或结构异常图像的图像处理准确度等问题。

本发明提供了一种图像采集控制系统，包括：

列车速度数据处理单元：通过车速采集模块采集获得原始车速数据，车速处理模块对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据后，通过控制交换机，将所述控制车速数据发送到相机控制模块；

列车图像数据采集控制单元：相机控制模块对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号后，将所述相机采集控制信号发送到相机，所述相机根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

上述的图像采集控制系统，其中，非接触式测速设备与接触式测速设备；

所述原始数据包括通过所述非接触式测速设备采集的所述第一原始车速数据与通过所述接触式测速设备采集的所述第二原始车速数据。

上述的图像采集控制系统，其中，所述列车速度数据处理单元包括：

雷达通信电路，与第一主控制器电性连接，所述雷达通信电路采集所述第一原始车速数据，并将所述第一原始车速数据发送到所述第一主控器；

上位机通信电路，与所述第一主控制器及上位机电性连接，所述第一主控制器通过所述上位机通信电路，将所述控制车速数据发送到所述上位机，所述上位机将所述控制车速数据相对应的控制参数发送到所述相机控制模块，所述相机控制模块对所述控制参数进行保存；

上述的图像采集控制系统，其中，所述列车速度数据处理单元还包括：

相机控制通信电路，与所述第一主控制器、控制交换机电性连接，所述第一主控制器将所述控制车速数据发送到相机控制通信电路，所述相机控制通信电路通过所述控制交换机，将所述控制车速数据发送到所述相机控制模块。

上述的图像采集控制系统，其中，所述相机控制模块包括：

第二主控制器，通过相机控制算法将所述控制车速数据转换成控制量，发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述数据存储电路进行存储。

上述的图像采集控制系统，其中，所述列车图像数据采集控制单元包括：

相机采集控制电路，与所述相机及所述第二主控制器电性连接，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述相机采集控制电路，所述相机采集控制电路将所述控制量转换成所述相机采集控制信号发送到所述相机。

上述的图像采集控制系统，其中，所述列车图像数据采集控制单元还包括：

相机模组，与所述相机控制模块相连；

外设采集控制电路，与所述第二主控制器和外部设备及传感器电性连接，所述外设采集控制电路将所述传感器采集的数据发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述传感器采集的所述数据转换为外部设备的控制量。

本发明还提供图像采集控制方法，其中，适用于上述所述的图像采集控制系统，所述图像采集控制方法包括：

列车速度数据处理步骤：通过车速采集部分采集获得原始车速数据，对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据，将所述控制车速数据发送到相机控制部分；

列车图像数据采集步骤：相机控制算法对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号，所述相机控制部分根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

上述的图像采集控制方法，其中，车速采集部分采集非接触式测速设备采集的第一原始车速数据与接触式测速设备采集的第二原始车速数据；

车速处理部分对所述第一原始车速数据与第二原始车速数据进行记录。

上述的图像采集控制方法，其中，所述车速数据处理步骤还包括：

根据所述第一原始车速数据，通过第一公式判断所述第一原始车速数据是否存在粗大误差；

当所述第一原始车速数据存在所述粗大误差时，通过第二公式对所述第一原始车速数据进行处理，获得所述控制车速数据。

相比于相关技术，本发明提出的一种图像采集控制方法及系统，根据列车实时速度，通过车速处理模块对车速采集模块采集的车速数据进行处理，通过相机控制算法将处理后的数据转换成相机采集控制信号，控制信号控制相机采集速度，提高了相机采集列车图像的准确性；相机采集控制信号，即与处理后的列车实时速度相应频率差分或TTL的脉冲信号，控制相机采集图像，其中，列车速度实时变化，TTL脉冲频率也发生相应的变化，实现了列车速度与相机控制匹配，从而提高了图像采集控制的实时性；本发明在轨旁车辆综合检测过程中，为了保证检测结果的准确性，实现了列车速度与相机控制匹配，使相机采集到了准确无畸变的列车图像，提高了列车缺陷部位或结构异常部位图像的处理准确性，从而提高了轨旁车辆综合检测结果准确性。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的图像采集控制方法流程图；

图2是根据本申请实施例的图像采集控制系统结构框架图；

图3是根据本申请实施例的车速处理模块结构框架图；

图4是根据本申请实施例的相机控制模块结构框架图；

图5为本发明的图像采集控制系统的结构示意图。

其中，附图标记为：

列车速度数据处理单元：51；

列车图像数据采集控制单元：52。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本发明通过车速采集模块能够准确采集列车速度，通过车速处理算法与相机控制算法对列车速度数据进行处理使列车速度与相机采集相匹配，减小了相机采集图像的畸变，提高了相机采集图像控制的准确性与实时性。

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

请参照图2至图5，图2是根据本申请实施例的图像采集控制系统结构框架图：图3是根据本申请实施例的车速处理模块结构框架图；图4是根据本申请实施例的相机控制模块结构框架图；图5为本发明的图像采集控制系统的结构示意图。如图2至图5所示，发明的图像采集控制系统，适用于下述的图像采集控制方法，图像采集控制系统包括：

列车速度数据处理单元51：通过车速采集模块采集获得原始车速数据，车速处理模块对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据后，通过控制交换机，将所述控制车速数据发送到相机控制模块；

列车图像数据采集控制单元52：相机控制模块对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号后，将所述相机采集控制信号发送到相机，所述相机根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

在实施例中，所述车速采集模块包括：

非接触式测速设备与接触式测速设备；

所述原始数据包括通过所述非接触式测速设备采集的所述第一原始车速数据与通过所述接触式测速设备采集的所述第二原始车速数据。

在具体实施中，车速采集模块包括接触式测速设备和非接触式测速设备，其中，接触式测速设备为多个接车开关或测速磁钢，非接触式测速设备为测速雷达。

在实施例中，列车速度数据处理单元51包括：

雷达通信电路，与第一主控制器电性连接，所述雷达通信电路采集所述第一原始车速数据，并将所述第一原始车速数据发送到所述第一主控器；

上位机通信电路，与所述第一主控制器及上位机电性连接，所述第一主控制器通过所述上位机通信电路，将所述控制车速数据发送到所述上位机，所述上位机将所述控制车速数据相对应的控制参数发送到所述相机控制模块，所述相机控制模块对所述控制参数进行保存；

相机控制通信电路，与所述第一主控制器、控制交换机电性连接，所述第一主控制器将所述控制车速数据发送到相机控制通信电路，所述相机控制通信电路通过所述控制交换机，将所述控制车速数据发送到所述相机控制模块。

在具体实施中，车速处理模块包括主控制器、信号隔离电路，电平转换电路、雷达通信电路、上位机通信电路、相机控制通信电路以及电源隔离电路；

电平转换电路通过信号隔离电路与第一主控制器连接，电平转换电路和信号隔离电路将接车开关或测速磁钢的信号转换为第一主控制器可接收的信号并对主控制器进行电气保护，第一主控制器通过多个接车开关或测速磁钢的开关次数比较和判断接车开关或测速磁钢的开关状态控制系统的启停；通过多个接车开关或测速磁钢的开关先后顺序检测列车运行方向；通过接车开关或测速磁钢的开关次数计算列车轴数；通过接车开关或测速磁钢采集列车的原始速度。

通过雷达通信电路采集测速雷达数据，并将测速雷达数据即非接触式测速设备采集的原始车速数据发送到第一主控制器，实现了第一主控制器与雷达通信；车速处理模块可与上位机通信，进行数据传输，具体的，上位机通信电路与第一主控制器和上位机相连，第一主控制器通过上位机通信电路利用以太网通信方式与上位机通信，上位机可将系统参数通过相应的指令发送到对应的相机控制模块，使系统参数保存在相机控制模块的数据存储电路中；相机控制通信电路与第一主控制器和控制交换机相连，第一主控制器通过相机控制通信电路利用以太网UDP协议通信方式将系统车速数据经由控制交换机发送至相机控制模块。

在实施例中，列车图像数据采集控制单元52包括：

第二主控制器，通过相机控制算法将所述控制车速数据转换成控制量，发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述数据存储电路进行存储；

相机采集控制电路，与所述相机及所述第二主控制器电性连接，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述相机采集控制电路，所述相机采集控制电路将所述控制量转换成所述相机采集控制信号发送到所述相机；

相机模组，与所述相机控制模块相连；

外设采集控制电路，与所述第二主控制器和外部设备及传感器电性连接，所述外设采集控制电路将所述传感器采集的数据发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述传感器采集的所述数据转换为外部设备的控制量。

在具体的实施中，相机控制模块中图4所示的4个相机及其配套的激光器为图2中所示的1个相机模组，图4所示的吹扫设备、除雾设备和其他设备为图2中所示的外部设备；

相机电源控制电路与外部电源和第二主控器连接，第二主控制器通过相机电源控制电路控制外部电源对相机供电；电源隔离电路与第二主控制器及其他电路、外部电源连接，电源隔离电路保护主控制器不会受高压放电或其他电源原因导致损坏；外部电源与电源隔离电路、相机电源控制电路和激光器相连，为相机控制模块、相机和激光器提供电源；激光器为相机提供数据采集环境；

相机采集控制电路与相机和第二主控制器连接，其中，相机采集控制电路包含信号发生电路和光电隔离电路；信号发生电路将第二主控制器接收到的控制车速数据转换为车速数据相应频率的相机的控制信号如差分或TTL的脉冲信号；光电隔离电路相机与主控制的电气隔离功能保护相机和第二主控制器，相机根据脉冲信号的不同频率以相应的采集速度采集图像数据；激光器控制电路与激光器和主控制器连接，激光控制电路包括信号发生电路和光电隔离电路，信号发生电路将第二主控制器的控制量即原始车速数据，转换为激光器的控制信号，光电隔离电路实现相机与主控制的电气隔离功能，激光控制电路通过发出电平信号控制激光器的控制信号或控制激光器供电电源继电器的启停控制激光器的开启和关闭；外设采集控制电路与吹扫设备、除雾设备、其他外部设备、传感器和主控制器连接，外设采集控制电路包括继电器控制电路和光电隔离电路，继电器控制电路控制吹扫设备、除雾设备等外部设备的启停，光电隔离电路采集外部传感器数据，如温度数据，湿度数据等，并将传感器数据转换为开关量，作为控制外部设备的启停的控制量；

数据存储电路与第二主控制器连接，用于存储相机控制模块工作的必要参数，比如相机模组开始工作的时间、各个相机的分辨率参数等，数据存储电路具有掉电后数据不丢失功能，避免了系统断电数据丢失等问题。

本实施例还提供了图像采集控制方法。请参照图1，图1是根据本申请实施例的图像采集控制方法流程图，如图1所示，图像采集控制方法包括如下步骤：

列车速度数据处理步骤S1：通过车速采集部分采集获得原始车速数据，对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据，将所述控制车速数据发送到相机控制部分；

列车图像数据采集步骤S2：相机控制算法对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号，所述相机控制部分根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

在实施例中，车速数据处理步骤S1包括：

所述车速数据处理步骤包括：

车速采集部分采集非接触式测速设备采集的第一原始车速数据与接触式测速设备采集的第二原始车速数据；

车速处理部分对所述第一原始车速数据与第二原始车速数据进行记录。

在具体实施中，图像采集控制方法分为像采集控制算法包括两部分，分别是车速处理算法和相机控制算法；

车速处理算法为了获取系统速度V，采用接触式测速设备与非接触式测速设备同时对列车速度信息进行采集，当接触式测速设备采集到列车的原始车速信息V_c，车速处理模块记录列车接触式测速设备采集的原始车速V_c和此刻时间t_c，此时列车系统速度为V＝V_c；接触式测速设备测速周期大于非接触式测速设备测速周期，当非接触式测速设备采集到列车的原始车速信息V_l；，车速处理模块记录非接触式测速设备采集的原始车速信息V_l与和此刻的时间t_l。

在实施例中，车速数据处理步骤S1还包括：

根据所述第一原始车速数据，通过第一公式判断所述第一原始车速数据是否存在粗大误差；

当所述第一原始车速数据存在所述粗大误差时，通过第二公式对所述第一原始车速数据进行处理，获得所述控制车速数据。

在具体实施中，由于非接触式测速设备测得车速数据因车体抖动，导致的非接触式测速设备结果的粗大误差，因此需要对非接触式测试设备采集的车速V_l进行处理，列车性能参数最大减速度为a_min，最大加速度为a_max，当非接触式测速设备采集到列车的车速信息V_l，判断公式(1)即第一公式是否成立。

若非接触式测速设备测得的原始车速信息V_l不符合第一公式时，将非接触式测速设备测得的原始车速V_l与接触式测速设备测得的原始车速V_c带入到公式(2)即第二公式，获得处理后的系统车速数据V，在t_l时刻的车速信息V为第二公式所示。其中V_l-1和t_l-1为非接触式测速设备前一时刻测得的车速信息及车速信息获取时刻；

若非接触式测速设备测得的原始车速信息V_l符合第一公式时，则系统车速V＝V_l。

在实施例中，列车图像数据采集步骤S2包括：

所述相机控制部分接收所述系统车速数据，并对所述系统车速数据进行处理。

在具体实施中，将系统车速数据转换为相机控制量C_c，其中相机控制量C_c通过公式(3)得出：

其中公式(3)中Q、R为不为0的常数，C_C-1为前一时刻的相机控制量，P_C通过公式(4)得出

相机控制算法是将系统车速数据，转换为相机控制量，相机控制量通过相机采集控制电路转换为相机采集控制信号，相机采集控制信号可以为相应频率差分或TTL的脉冲信号；

脉冲信号控制相机的采集速度，其中相机脉冲控制频率与相机控制量的关系为：f＝C_C/e，列车速度实时变化，TTL脉冲频率也发生相应的变化，其中e为相机的分辨率；

每个相机安装位置的不同，其每个相机开始工作的时间T为：T＝S/v_max，S为相机距离接车开关的距离，v_max为列车过检最大速度。

综上所述，本发明能够准确采集列车速度，并根据列车速度实时控制相机采集频率，使得过车速度与相机采集相匹配，准确控制相机的采集，减小了所采集图像的畸变，提高了采集图像数据准确性和实时性。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种图像采集控制系统，其特征在于，应用于轨旁车辆综合检测的场景，所述图像采集控制系统包括：

列车速度数据处理单元：通过车速采集模块采集获得原始车速数据，车速处理模块对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据后，通过控制交换机，将所述控制车速数据发送到相机控制模块；

列车图像数据采集控制单元：相机控制模块对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号后，将所述相机采集控制信号发送到相机，所述相机根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

2.根据权利要求1所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述车速采集模块包括：

非接触式测速设备与接触式测速设备；

所述原始数据包括通过所述非接触式测速设备采集的所述第一原始车速数据与通过所述接触式测速设备采集的所述第二原始车速数据。

3.根据权利要求2所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述列车速度数据处理单元包括：

雷达通信电路，与第一主控制器电性连接，所述雷达通信电路采集所述第一原始车速数据，并将所述第一原始车速数据发送到所述第一主控器；

上位机通信电路，与所述第一主控制器及上位机电性连接，所述第一主控制器通过所述上位机通信电路，将所述控制车速数据发送到所述上位机，所述上位机将所述控制车速数据相对应的控制参数发送到所述相机控制模块，所述相机控制模块对所述控制参数进行保存。

4.根据权利要1所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述列车速度数据处理单元还包括：

相机控制通信电路，与所述第一主控制器、控制交换机电性连接，所述第一主控制器将所述控制车速数据发送到相机控制通信电路，所述相机控制通信电路通过所述控制交换机，将所述控制车速数据发送到所述相机控制模块。

5.根据权利要求1所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述列车图像数据采集控制单元包括：

第二主控制器，通过相机控制算法将所述控制车速数据转换成控制量，发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述数据存储电路进行存储。

6.根据权利要求1所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述列车图像数据采集控制单元还包括：

相机采集控制电路，与所述相机及所述第二主控制器电性连接，所述第二主控制器将所述控制量发送到所述相机采集控制电路，所述相机采集控制电路将所述控制量转换成所述相机采集控制信号发送到所述相机。

7.根据权利要求5所述的图像采集控制系统，其特征在于，所述列车图像数据采集控制单元还包括：

相机模组，与所述相机控制模块相连；

外设采集控制电路，与所述第二主控制器和外部设备及传感器电性连接，所述外设采集控制电路将所述传感器采集的数据发送到所述第二主控制器，所述第二主控制器将所述传感器采集的所述数据转换为外部设备的控制量。

8.一种图像采集控制方法，其特征在于，应用于轨旁车辆综合检测的场景，所述图像采集控制方法包括：

列车速度数据处理步骤：通过车速采集部分采集获得原始车速数据，对所述原始车速数据进行处理获得控制车速数据，将所述控制车速数据发送到相机控制部分；

列车图像数据采集步骤：相机控制算法对所述控制车速数据进行处理获得相机采集控制信号，所述相机控制部分根据所述相机采集控制信号采集列车图像数据。

9.根据权利要求8所述的图像采集控制方法，其特征在于，所述车速数据处理步骤包括：

车速采集部分采集非接触式测速设备采集的第一原始车速数据与接触式测速设备采集的第二原始车速数据；

车速处理部分对所述第一原始车速数据与第二原始车速数据进行记录。

10.根据权利要求9所述的图像采集控制方法，其特征在于，所述车速数据处理步骤还包括：

根据所述第一原始车速数据，通过第一公式判断所述第一原始车速数据是否存在粗大误差；

当所述第一原始车速数据存在所述粗大误差时，通过第二公式对所述第一原始车速数据进行处理，获得所述控制车速数据。

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