CN203116730U - 检测接触网悬挂部件位置的系统及图像采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检测接触网悬挂部件位置的系统及图像采集器，所述系统包括：线激光器、线扫描相机、和信号输入端与所述线扫描相机的信号输出端相连的控制器，所述线激光器和线扫描相机设置于列车车厢的顶部，所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内；所述线激光器按照第一频率发出激光，所述线扫描相机按照第二频率拍摄，所述第一频率大于所述第二频率。本实用新型提供的系统中，线激光器发出激光的频率要大于线扫描相机的扫描频率，能够保证线扫描相机拍摄图像时，能得到激光的补光，提高图像获取的质量，进而能够提高接触网悬挂部件位置检测的稳定性和准确性。

Description

检测接触网悬挂部件位置的系统及图像采集器

技术领域

本实用新型涉及铁路电子技术领域，更具体的说是涉及一种用于检测接触网悬挂部件位置的系统及图像采集器。 

背景技术

接触网是电气化铁道中，沿钢轨上空架设、供受电弓取流的高压输电线，需要经常予以检测及维护。 

现在主要的检测方式人工目测巡检，及部分电子化检测手段，即通过电子部件采集接触网图像，并进行分析。这其中，对接触网进行定位是首要环节，可以通过定位接触网的悬挂部件（例如吊柱或立柱）来实现。例如：采用高频反射型光电开关进行定位。 

但是，发明人在本发明创造的过程中，发现上述采用高频反射型光电开关进行定位的方式分别至少存在以下问题：反射型光电开关对反射光线的接收精度要求较高，若接收不到反射光线或者反射光线的强度较低则无法定位。而反射光线的路径、强度与被照射物体表面角度、光洁度和列车行驶路线的平坦度直接相关，如果物体表面角度有偏差，或光洁度不高，或列车行驶轨道在某处倾斜，将导致反射光线改变其反射途径，从而使得所述反射型光电开关有可能无法接收到反射光线或者接收到的反射光线强度较低，进而无法对悬挂部件进行正确定位，总之，定位的稳定性和准确性不足。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种检测接触网悬挂部件位置的系统及图像采集器，通过识别激光是否被遮挡来定位悬挂部件，解决了现有技术稳定性和准确性不足的问题。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种检测接触网悬挂部件位置的系统，包括线激光器、线扫描相机、和信号输入端与所述线扫描相机的信号输出端相连的控制器； 

所述线激光器和线扫描相机设置于列车车厢的顶部，所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内； 

所述控制器与所述线扫描相机相连，所述线激光器按照第一频率发出激光，所述线扫描相机按照第二频率拍摄，所述第一频率大于所述第二频率。 

从上述技术方案可以看出，本实用新型巧妙地将投射范围较小的线激光器和拍摄范围较大的线扫描相机进行组合，并使所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内，控制器利用激光被遮挡后遮挡区域会与图像中其余区域特征不同的特点，进行悬挂部件定位。这种方式无需根据接收反射光线并根据反射光线的强度来定位悬挂部件，而是直接通过比对图像中的各区域的特征，只要是图像中出现激光被遮挡的特征，即可认为悬挂部件位于拍摄范围内，所以准确性较高且快捷，而且线激光器发出激光的频率要大于线扫描相机的扫描频率，该种形式的线激光器和线扫描相机匹配能够保证线扫描相机拍摄图像时，能得到激光的补光，提高图像获取的质量，进而能够提高接触网悬挂部件位置检测的稳定性和准确性。 

本实用新型还提供了一种应用于上述所述的检测接触网悬挂部件位置的系统的图像采集器，包括： 

设置于列车车厢顶部的线激光器和线扫描相机，所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内；所述线激光器按照第一频率发出激光，所述线扫描相机按照第二频率拍摄，所述第一频率大于所述第二频率。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 

图1为本实用新型示例性提供的一种检测接触网悬挂部件位置的系统的结构； 

图2为图1所示系统的工作流程图； 

图3为图1所示系统中，所述线激光器发出的激光被遮挡产生遮挡特征的示意图； 

图4为图1所示系统增加抗干扰功能后的工作流程图。 

具体实施方式

本实用新型提供的检测接触网悬挂部件的方案利用线激光器和线扫描相机，并且使所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内。通过分析线扫描相机所拍摄得到的图像，利用激光被遮挡后遮挡区域会与图像中其余区域特征不同的特点，进行悬挂部件定位。 

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

图1图示意性地提供了检测接触网部件位置的系统的一种可能结构，从图中可以看出，该系统包括线激光器11、线扫描相机12和控制器13，其中： 

所述线激光器11和线扫描相机12均设置于列车车厢顶部，所述线激光器11的激光投射范围包含于所述线扫描相机12的拍摄范围内。所述线扫描相机12即线阵相机，是采用线阵图像传感器的相机。线阵图像传感器的具体形式有多种，例如，可以是电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD），或者，是互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）传感器。 

控制器13，与所述线扫描相机12相连（所述控制器13的信号输入端与所述线扫描相机12的信号输出端相连），用于获取所述线扫描相机12拍摄得到的图像，判断所述图像是否具有预设特征（所述预设特征包括：该图像上具 有激光被遮挡的特征），以所述激光被遮挡的特征定位所述悬挂部件。 

所述系统的工作过程如图2所示，包括以下步骤： 

步骤S21、线激光器11投射激光，线扫描相机12拍摄图像：设置于列车车厢顶部的线扫描相机拍摄图像，拍摄范围中具有线激光器所投射的激光。 

所述线激光器11可以周期性地发出激光，而所述线扫描相机12也可以周期性地扫描，为了保证线扫描相机12拍摄图像时，能得到激光的补光，线激光器11发出激光的频率要较大程度高于线扫描相机12的扫描频率（另一种可能的工作方式是线激光器11不间断地发出激光）。 

所述线扫描相机12扫描的频率可以是固定的，也可以是可调整的，例如可以根据列车行驶速度、轨道沿线的接触网密度等进行调整。 

步骤S22、所述控制器13获取所述线扫描相机12拍摄的图像。 

步骤S23、判断所述图像是否具有激光被遮挡的特征，若是，进入步骤S24，否则，返回步骤S22。 

若线扫描相机周期性地拍摄，则此处返回步骤S22，获取线扫描相机当前拍摄的图像，继续上述步骤S22～步骤S24。 

所述激光被遮挡的特征也可以称为“遮挡特征”，即由于被遮挡而产生的特性或特点。本申请发明人经过研究发现，在列车运行过程中，若上方无接触网，则拍摄的图像无亮暗特征，例如白天光线较好的情况下拍摄，基本全为亮特征，若在夜间拍摄，则拍摄的图像全为暗特征；若上方遇到接触网，由于线激光器的激光投射范围小于且位于线扫描相机的拍摄范围内，即线激光器的一字线角度小于线扫描相机的扫描角度，因此拍摄得到的图像具有亮、暗两种特征：有激光光源打到的立柱（或吊柱）部分，表现为亮特征，其余表现为暗特征，这种由于激光被遮挡而凸显出被遮挡区域有别于其他区域的亮度特征，即为上文所述的“遮挡特征”，如图3所示。为了方便识别该“遮挡特征”，可以将线扫描相机拍摄得到的图像进行二值化处理，于是，夜晚情况下，亮暗特征基本表现为白黑特点（激光线遮挡的地方就是白线）。白天，在光线比较好的情况下，相机向上方拍摄，可拍摄到天空等背景，但是遇到立柱等悬挂部件时，激光被遮挡，拍摄出的图像激光线表现为高亮的线， 利用图像分割的方法很容易将该亮线表现为白色，其余图像部分表现为黑色。 

步骤S24、利用此特征定位接触网悬挂部件。 

可以认为，线扫描相机当前拍摄区域（即扫描区域）内遮挡特征对应的位置为接触网悬挂部件所在位置。 

上述实施例记载的方案将线激光器及扫描角度大于所述线激光器一字线角度的线扫描相机进行组合，使线扫描范围包含所述线激光器的激光投射范围，利用激光被遮挡后遮挡区域会与图像中其余区域特征不同的特点，进行悬挂部件定位。与现有的反射型开关相比，这种方式无需根据接收反射光线并根据反射光线的强度来定位悬挂部件，而是直接通过比对图像中的各区域的特征，只要是图像中出现激光被遮挡的特征，即可认为悬挂部件位于拍摄范围内，受到被照射物体表面角度、光洁度和列车行驶路线的平坦度影响较小，所以准确性较高且快捷。 

此外，为了进一步提高定位的准确性，避免受到其他遮挡物（例如接触线）的遮挡而导致误定位或重定位，考虑到相邻两个接触网之间的距离及列车的行驶速度，本文另一个实施例中的控制器13在上述实施例的基础上，新增一部分功能：对于实现一次定位（即判断出一次图像具有“遮挡特征”）后的预设时间内所述线扫描相机12所拍摄的图像不作处理（删除或者忽略），从而对一些干扰进行了排除，进一步提高定位的准确性。 

于是，所述系统的工作过程与图2有所不同，请参考图4，包括以下步骤： 

步骤S41、使用设置于列车车厢顶部的线扫描相机拍摄图像，拍摄范围中具有线激光器所投射的激光。 

与前文步骤S21内容基本相同，在此不再赘述。 

步骤S42、获取所述线扫描相机拍摄的图像。 

步骤S43、判断与由上一次拍摄且被判断具有所述预设特征的图像的拍摄时间差(△t)大于或等于预设门限（T），若否，进入步骤S44，若是，进入步骤S45。 

所述预设门限（T）可以固定设置为D/V，其中D为相邻两个接触网的距离（可以以两个接触网的立柱或吊柱作为这两个接触网的距离），V为列车行 驶的最高时速。例如，相邻两个接触网的立柱之间的距离为50m，列车行驶的最高时速为160km/h(即约为44.4m/S)，这意味着，1s的时间内，只能拍到一次遮挡特征，则所述预设门限（T）可以设置为0.6S～1.0S（优选为0.8S）。 

此外，所述预设门限（T）还可以根据列车实际行驶速度进行调节。当然，这种情况下需要获取列车行驶的实时速度。 

步骤S44、忽略图像，并返回步骤S41。 

在一次定位实现后的预设时间（例如0.8S）内，所有采集的图像都不进入后续步骤，可以直接删除或忽略。 

步骤S45～步骤S46，与前文步骤S23～步骤S24内容基本相同，在此不作赘述。 

需要说明的是，在其他实施例中，上述步骤S43和步骤S45的顺序可以调换，或者同时进行。 

上述实施例提供了如何避免受到其他遮挡物（例如接触线）的遮挡而导致误定位或重定位的方式，在其他实施例中，还可以通过调整所述线扫描相机的扫描频率来实现。例如，如果相邻两个接触网的立柱之间的距离为50m，列车行驶的时速为160km/h（即约为44.4m/S），则可将频率设置为1次/S，或者1.25次/S，当然，如果列车行驶的时速增大，则可对应地将频率提高，反之，如果列车行驶的时速减小，则可对应地将所述频率降低。 

所述控制器13具体可以是计算机或者服务器，也可以由处理器和存储器组成的设备。 

本系统中，所述线激光器11可以周期性地发出激光，而所述线扫描相机12也可以周期性地扫描，为了保证线扫描相机拍摄图像时，能得到激光的补光，所述线激光器11发出激光的频率要较大程度高于所述线扫描相机12的扫描频率（另一种可行的工作方式是所述线激光器11不间断地发出激光）。当然所述线激光器11可以是独立按照固定频率发出激光，也可以在其他设备的控制下调整频率，例如可以在所述控制器13控制下调整。同样的，所述线扫描相机12扫描的频率可以是固定的，也可以是可调整的，例如可以根据列车行驶速度、轨道沿线的接触网密度等进行调整。 

在本申请的另外一些实施例中，所述线激光器11和线扫描相机12可以固定于支架上，所述支架安装在所述列车车厢顶部。 

所述支架可以是一个整体，也可以包括固定线激光器11的第一部分，及固定线扫描相机12的第二部分，所述第一部分和第二部分相互独立。 

需要说明的是，所述线激光器11和线扫描相机12可以形成一个独立系统或设备，例如图像采集器，用于采集图像。所述图像采集器同样属于本申请的保护范畴。 

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 

另外需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (7)

1.一种检测接触网悬挂部件位置的系统，包括线激光器、线扫描相机、和信号输入端与所述线扫描相机的信号输出端相连的控制器，其特征在于： 

所述线激光器和线扫描相机设置于列车车厢的顶部，所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内； 

所述线激光器按照第一频率发出激光，所述线扫描相机按照第二频率拍摄，所述第一频率大于所述第二频率。 

2.根据权利要求1所述的检测接触网悬挂部件位置的系统，其特征在于，所述第二频率匹配相邻两个悬挂部件的位置距离，以及列车最高行驶速度或列车当前行驶速度。 

3.根据权利要求1所述的检测接触网悬挂部件位置的系统，其特征在于，所述线激光器和线扫描相机固定于支架上，所述支架安装在所述列车车厢顶部。 

4.根据权利要求3所述的检测接触网悬挂部件位置的系统，其特征在于，所述支架包括固定所述线激光器的第一部分，及固定所述线扫描相机的第二部分，所述第一部分和第二部分相互独立。 

5.根据权利要求1～4任意一项所述的检测接触网悬挂部件位置的系统，其特征在于，所述悬挂部件为吊柱和/或立柱。 

6.一种图像采集器，应用于权利要求1所述检测接触网悬挂部件位置的系统，其特征在于，包括： 

设置于列车车厢顶部的线激光器和线扫描相机，所述线激光器的激光投射范围包含于所述线扫描相机的拍摄范围内 

所述线激光器按照第一频率发出激光，所述线扫描相机按照第二频率拍摄，所述第一频率大于所述第二频率。 

7.根据权利要求6所述的图像采集器，其特征在于，所述线激光器和线扫描相机固定于支架上，所述支架安装在所述列车车厢顶部。 

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