ES2683769T3 - Medición óptica de hilo aéreo - Google Patents

Abstract

Método (20) de medición óptica de una ubicación de uno o más objetos (W1-W6) que comprende: obtener datos (22b) de imagen estereoscópica para el objeto de los pares (10a, 10b) de cámaras estereoscópicas primero y segundo que están situados en un plano (P) de visión común; teniendo el primer par (10a) de cámaras estereoscópicas una primera cámara y una segunda cámara (C1, C2) ubicadas adyacentes entre sí, y teniendo el segundo par (10b) de cámaras estereoscópicas una tercera cámara y una cuarta cámara (C3, C4) ubicadas adyacentes entre sí, estando el primer par (10a) de cámaras estereoscópicas espaciado con respecto al segundo par (10b) de cámaras estereoscópicas; caracterizado porque la ubicación es una ubicación en un espacio tridimensional y los uno o más objetos son uno o más hilos (W1-W6) en un grupo de hilos (W1-W6); procesar los datos (24) de imagen de los pares de cámaras estereoscópicas primero y segundo para cada uno de los uno o más hilos (W1-W6) para identificar cada uno de los uno o más hilos (W1-W6) en una región de interés (Rol); y, determinar una ubicación en el espacio (26) tridimensional de los hilos seleccionados de los hilos (W1-W6) identificados usando datos de imagen de una cámara (C1, C4) en cada uno de los pares (10a, 10b) de cámaras estereoscópicas primero y segundo.

Description

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MEDICION OPTICA DE HILO AEREO DESCRIPCION

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo y a un sistema para la medicion de la ubicacion de un elemento elevado aereo tal como un hilo.

Antecedentes de la invencion

Los sistemas de ferrocarril electricos que se abastecen de electricidad de lmeas de alimentacion aereas se basan en un pantografo unido a una locomotora electrica para proporcionar una trayectoria de corriente entre una lmea de alimentacion aerea y uno o mas motores electricos. El pantografo soporta una escobilla de carbon que se extiende en perpendicular a la direccion de la lmea aerea. Con el fin de maximizar la duracion de la escobilla de carbon y evitar un dano, las lmeas aereas no se extienden exactamente en paralelo a las vfas por las que circula la locomotora, sino que mas bien estan soportadas para serpentear dentro de unos lfmites predeterminados entre las vfas. De esta manera, la lmea aerea no entra en contacto con la escobilla de carbon en la misma ubicacion sino que mas bien el punto de contacto se mueve de lado a lado a lo largo de la escobilla a medida que la locomotora recorre el ferrocarril.

Durante la construccion del sistema de ferrocarril electrico, la ubicacion de las lmeas aereas se predetermina y se registra. De tanto en tanto, cuando se lleva a cabo el mantenimiento de un sistema de ferrocarril electrico, es importante realizar mediciones para garantizar que las lmeas de alimentacion estan en su ubicacion predeterminada.

El documento JP H08-75462 da a conocer un metodo de medicion optica de una ubicacion de uno o mas objetos usando imagenes de camaras segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Sumario de la invencion

Segun un aspecto de la invencion, se proporciona un metodo de medicion optica de una ubicacion en el espacio tridimensional de uno o mas hilos en un grupo de hilos que comprende:

obtener datos de imagen estereoscopica para cada uno de los uno o mas hilos de los pares de camaras estereoscopicas espaciados entre sf primero y segundo que estan situados en un plano de vision comun;

procesar los datos de imagen de los pares de camaras estereoscopicas primero y segundo para cada uno de los uno o mas hilos para identificar cada uno de los uno o mas hilos en una region de interes (Rol); y,

determinar una ubicacion en el espacio tridimensional de hilos seleccionados de los hilos identificados usando datos de imagen de una camara en cada uno de los pares de camaras estereoscopicas primero y segundo.

Segun un segundo aspecto de la invencion, se proporciona un metodo de medicion optica de una ubicacion de uno o mas hilos en un grupo de hilos que comprende:

disponer dos pares de camaras estereoscopicas en un plano de vision comun para ver una region de interes (Rol);

recorrer la Rol a lo largo de un trayecto de extension de los hilos en el que los hilos estan situados dentro de la Rol y el plano de vision es sustancialmente perpendicular a una direccion de extension de los hilos dentro de la Rol;

capturar imagenes estereoscopicas de los hilos en la Rol de cada par de camaras estereoscopicas;

procesar las imagenes estereoscopicas para identificar cada hilo en la Rol; y,

determinar una ubicacion en el espacio tridimensional de hilos seleccionados de los hilos identificados usando datos de imagen de una camara de cada uno de los pares de camaras estereoscopicas primero y segundo.

Obtener los datos de imagen estereoscopica puede comprender separar las camaras en cada par por una distancia D > un espaciado horizontal mmimo entre dos hilos cualesquiera dentro de la Rol.

Obtener los datos de imagen estereoscopica puede comprender separar las camaras en cada par de camaras estereoscopicas por una distancia D = la extension horizontal de RoU derecha + la extension horizontal de RoU izquierda

en el que la extension horizontal de RoU derecha es una extension horizontal de una region de incertidumbre en la posicion de un primer hilo del que se han obtenido imagenes mediante un par de camaras estereoscopicas en el

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lado derecho de la Rol; y,

la extension horizontal de RoU izquierda es una extension horizontal de una region de incertidumbre en la posicion de un segundo hilo del que se han obtenido imagenes mediante un par de camaras estereoscopicas en el lado izquierdo de la Rol en el que los hilos primero y segundo tienen un espaciado horizontal mmimo de dos hilos cualesquiera en la Rol.

Procesar los datos de imagen estereoscopica puede comprender combinar planos de la misma camara en cada par de camaras estereoscopicas resultantes de la proyeccion de lmeas respectivas en la imagen que corresponden a bordes diferentes del mismo hilo para producir un plano combinado para esa camara que contiene el hilo.

Combinar planos de la una camara puede comprender procesar los datos de imagen usando un filtro de deteccion de bordes para identificar los planos que contienen datos de imagen representativos de un borde del hilo.

El metodo puede comprender combinar planos en el caso de que un angulo entre normales respectivas de los planos esta proximo a 0°.

Combinar los planos puede comprender combinar los planos en el caso de que una lmea de interseccion de los planos sea sustancialmente ortogonal a un rayo direccional de esa camara.

Procesar los datos de imagen puede comprender intersecar los planos combinados para cada camara en un par de camaras estereoscopicas para producir hilos candidatos.

El metodo puede comprender asociar una region de incertidumbre con cada hilo candidato.

El metodo puede comprender retirar cualquier hilo candidato que este situado debajo de la Rol.

Procesar los datos de imagen puede comprender comparar un hilo candidato del primer par de camaras estereoscopicas con el del segundo par de camaras estereoscopicas para producir un hilo candidato coincidente.

En una realizacion se considera que hilos candidatos respectivos de cada par de camaras estereoscopicas constituyen un hilo candidato coincidente donde los hilos candidatos tienen regiones de incertidumbre que se solapan.

En otra realizacion se considera que hilos candidatos respectivos constituyen hilos candidatos coincidentes donde los hilos candidatos tienen regiones de incertidumbre que se solapan y los hilos candidatos respectivos se extienden en la misma direccion.

Determinar la ubicacion de un hilo identificado puede comprender la triangulacion de un candidato coincidente utilizando el plano combinado de cada una de las camaras exteriores de cada par de camaras estereoscopicas.

La triangulacion puede comprender determinar la ubicacion tridimensional de puntos respectivos de una lmea producida por la interseccion de los planos combinados de cada una de las camaras exteriores y que estan situados en planos de referencia respectivos que son paralelos al plano de vision comun.

El metodo puede comprender capturar los datos de imagen estereoscopica para fotogramas espaciados entre sf sucesivos y en el que la determinacion de una ubicacion en el espacio tridimensional del hilo seleccionado de los hilos identificados comprende determinar la ubicacion en el espacio tridimensional del uno o mas hilos en cada uno de los fotogramas.

El metodo puede comprender llevar a cabo un proceso de rastreo de hilo a traves de al menos N fotogramas consecutivos para hacer coincidir una ubicacion de hilo en un fotograma de imagen actual con N - 1 fotogramas de imagen previos consecutivos, en el que se determina que un hilo rastreado a traves de N - 1 fotogramas previos consecutivos es un hilo valido.

El proceso de rastreo de hilo puede comprender proyectar una ubicacion de hilo en un fotograma de imagen previo sobre un fotograma de imagen posterior utilizando una traslacion medida de la region de interes entre el fotograma previo y el fotograma de imagen actual.

Breve descripcion de los dibujos

Ahora se describira una realizacion de la presente invencion a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una representacion esquematica de una distribucion de camaras incorporadas en una realizacion de un sistema de medicion de hilo aereo y metodo asociado para medir la ubicacion de hilos aereos;

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la figura 2 es una vista en alzado desde arriba esquematica de dos camaras incorporadas en el sistema que capturan una imagen de una parte de un hilo;

la figura 3 es una representacion esquematica desde el frente de las camaras en el sistema que capturan una imagen de un hilo;

la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra etapas del metodo para medir la ubicacion de un hilo aereo;

la figura 5 es una representacion esquematica que ilustra un espaciado relativo de camaras en el sistema e hilos que puede generar errores;

la figura 6 ilustra una region de incertidumbre asociada con una captura de imagen estereoscopica;

la figura 7 ilustra un efecto de duplicacion de la region de incertidumbre mostrada en la figura 6;

la figura 8 ilustra la relacion entre un espaciado de camaras para los pares de camaras estereoscopicas respectivos y un espaciado de hilo que puede generar indicaciones falsas de posiciones de hilo;

la figura 9 es una representacion esquematica del sistema de medicion de hilo aereo; y,

la figura 10 es una ilustracion grafica de un metodo de asignacion de una region de incertidumbre para un hilo.

Descripcion de una realizacion preferida

Se describe una realizacion de la presente invencion en relacion con la medicion optica de la ubicacion tridimensional de hilos o lmeas de alimentacion electrica aereos para un sistema de ferrocarril electrico. Sin embargo, pueden utilizarse realizaciones de la invencion para medir opticamente la ubicacion tridimensional de diferentes tipos de hilos o de hecho elementos alargados tales como cables o vigas.

La figura 1 ilustra una vista frontal de una disposicion de camaras utilizadas en una realizacion del metodo. Con el fin de realizar un metodo, cuatro camaras C1, C2, C3 y C4 (a continuacion en el presente documento denominadas en general “camaras C”) estan dispuestas en un plano P1 comun para formar los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas primero y segundo respectivos (a continuacion en el presente documento denominados en general “pares 10 de camaras”). El par 10a de camaras comprende las camaras C1 y C2 mientras que el par 10b de camaras comprende las camaras C3 y C4. En la figura 1, el plano P1 es el plano de una pagina. Las camaras C1 a C4 estan dispuestas para que sus campos de vision V1 a V4 respectivos se solapen para ver una region 12 de interes (Rol) comun. La Rol 12 es una region en el plano P1 que esta situada generalmente perpendicular a una direccion de extension de los hilos W y a traves de la que se espera que pase cada uno de los hilos W.

Cuando se usa el presente metodo para medir opticamente la ubicacion de hilos aereos en un sistema de ferrocarril electrico, las camaras C pueden montarse en un vetuculo tal como un vetuculo de carretera-ferrocarril que pueda recorrer vfas de ferrocarril por encima de las cuales se extienden los hilos W. Por tanto, mientras el vehfculo de carretera-ferrocarril realiza el recorrido en la direccion general de extension de los hilos la Rol 12 esta situada generalmente perpendicular a la direccion de la extension de los hilos W.

La figura 2 ilustra en vista en planta las camaras exteriores C1 y C4 de los pares 10a y 10b de camaras respectivamente cuando se obtienen imagenes de uno de los hilos W. Por motivos de simplicidad no se muestran los hilos restantes asf como las camaras C2 y C3. La posicion de un hilo W se mide como una posicion lateral y vertical en planos R1 y R2 de referencia respectivos que en esta realizacion particular estan espaciados por igual delante y detras del plano P1 comun. Sin embargo, no existe el requisito de que los planos esten espaciados de este modo. Los planos R1 y R2 se pueden configurar mediante software y, por tanto, en otras realizaciones pueden espaciarse de manera diferente en relacion con el plano P1 y, de hecho, pueden estar ambos en el mismo lado de P1. Los planos R1, R2 y P1 son paralelos entre sf y, por tanto, normales a una direccion de viaje de un vetuculo en el que estan montadas las camaras C. En una realizacion, el espaciado entre los planos R1 y R2 de referencia puede ser, por ejemplo, del orden de 375 mm. Mientras que cada una de las camaras C capturara una imagen del hilo W junto con imagenes del espacio circundante, los datos de imagen de cada camara C de mayor interes son los contenidos en planos de camara que coinciden con bordes de un hilo W. Por ejemplo, con referencia a ambas figuras 2 y 3 y considerando la camara C1, estos planos se marcan como planos Iia e l-m respectivamente. De manera similar, para las camaras C2 - C4, estos planos se indican como Ixa e Ixb donde X es igual a 2, 3, 4. A partir de la figura 2, resultara evidente que los planos lxa,b pueden considerarse secciones triangulares del plano donde los bordes de cada plano lxa,b que divergen de una camara C correspondiente coinciden con bordes visibles del hilo W.

La figura 4 plasma en sentido general una realizacion de un metodo 20 para medir opticamente la ubicacion tridimensional de uno o mas hilos W en un grupo de hilos W1 - Wn. En esta realizacion, el metodo 20 comprende en

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general tres etapas 22, 24 y 26. Cada una de las etapas 22, 24, 26 comprende combinaciones respectivas de etapas adicionales. Sin embargo, a grandes rasgos, la etapa 22 comprende obtener datos de imagen estereoscopica de cada uno de los hilos W de los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas espaciados entre sf primero y segundo que estan situados en el plano P1 comun. En la etapa 24, se procesan datos de imagen de los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas primero y segundo para identificar cada uno de los hilos W en la region 12 de interes. En la etapa 26, se efectua la determinacion de la ubicacion en el espacio tridimensional de hilos W identificados seleccionados usando datos de imagen de una de las camaras C1 o C2; y, C3 o C4 en cada uno de los pares 10a y 10b de camaras primero y segundo.

Examinando las etapas del metodo 20 un poco mas en detalle, la etapa 22 comprende una combinacion de una etapa 22a de sincronizacion y una etapa 22b de hacer funcionar las camaras C. La etapa 22a garantiza que las camaras C y el tacometro de un vehnculo en el que esta montada la camara C se sincronizan de modo que las camaras se activan para capturar imagenes a espaciados conocidos a lo largo de una via por la que viaja el vehnculo. Esto permite que el presente metodo y sistema correlacionen una posicion tridimensional determinada de un segmento de hilo con la ubicacion de ese segmento de hilo a lo largo de toda la longitud del sistema de cables aereos.

La etapa 24 comprende las subetapas 24a - 24e. En pocas palabras, la etapa 24a comprende combinar planos de imagen de la misma camara para el mismo hilo para producir un plano de imagen combinado para ese hilo. En la etapa 24b, los planos combinados para las camaras de cada par estereoscopico se combinan para identificar posiciones de hilo candidato dentro de una region de incertidumbre. Esto se explica en mayor detalle a continuacion. Puede considerarse que esta etapa proporciona una identificacion “basta” de la posible posicion de hilo. Al identificar hilos candidatos, en la etapa 24c se descartan los hilos que estan situados debajo de la Rol 12. Se retienen los hilos fuera de, pero no debajo de la Rol, ya que pueden ayudar a dejar de tomar en consideracion planos de imagen irrelevantes. De manera similar, en la etapa 24d, tambien se descartan los hilos candidatos que tienen una direccion fuera de un margen predeterminado. Normalmente, esta direccion es la “X” en un sistema de coordenadas X, Y, Z donde X es la direccion de la via sobre la que se extiende el hilo. Cualquier hilo candidato que se extiende en una direccion sustancialmente alejada de la direccion X se considera un error. Finalmente, en la etapa 24e, se combinan datos de imagen de cada uno de los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas. Se considera que los hilos candidatos que coinciden durante este proceso de combinacion identifican segmentos reales de hilos W. Combinar los datos de imagen estereoscopica de los pares 10a y 10b de camaras da como resultado una region de incertidumbre mucho mas pequena, lo que proporciona una medicion “fina” de la posicion de hilo.

En la etapa 24, se identificaran no solo los hilos W4 -W6 portadores de corriente, sino tambien sus hilos W1 -W3 de soporte correspondientes. Sin embargo, la posicion de los hilos de soporte no es importante. Por tanto, en la etapa 26a estos hilos se identifican y posteriormente se excluyen del procesamiento de la etapa 26b. En la etapa 26b, se calcula la posicion tridimensional de un candidato coincidente. Debido a la etapa 26a, la etapa 26b se realiza solo en los hilos portadores de corriente, no en los hilos de soporte identificados en la etapa 26a previa. Tal como se explica en mayor detalle a continuacion, la etapa 26b se consigue mediante triangulacion usando datos de imagen de las camaras exteriores C1 y C4.

El metodo 20 tambien incluye una etapa 27 opcional entre las etapas 24 y 26. La etapa 27 opcional es una etapa de seguimiento de hilo en la que se hace un seguimiento de la ubicacion de un hilo candidato coincidente en un fotograma a traves de N fotogramas previos. Si el candidato coincidente en un fotograma particular puede hacerse coincidir con N fotogramas previos, entonces se estima que el candidato coincidente representa un hilo o segmento de hilo real. Por el contrario, si no puede hacerse un seguimiento de un candidato coincidente en un fotograma a traves de N fotogramas previos, se rechaza el candidato coincidente. Sin embargo, tal como se describe mas adelante, el hilo candidato se retiene para una posible coincidencia con futuros candidatos.

Un precursor, o aspecto, de la etapa 22 es determinar una separacion o distancia D1 entre camaras C en pares 10 de camaras respectivos. Esto requiere la consideracion de dos factores contrapuestos. En primer lugar, las camaras C de cualquier par 10 de camaras particular deben poder resolver dos hilos separados sin una interseccion falsa de los rayos de camara. Por ejemplo, con particular referencia a la figura 5, si dos hilos W4 y W5 estan espaciados horizontalmente una distancia D2 que es menor que la distancia D1, los rayos de las dos camaras C1 y C2 se inclinaran los unos hacia los otros. Esto da como resultado una interseccion 30 falsa por encima de los hilos W4 y W5. Esto conduce a una ambiguedad en cuanto a si una camara C ve dos hilos uno al lado del otro o un hilo por encima del otro. Las camaras C mas proximas entre sf de un par 10 de camaras particular pueden resolver hilos W mas proximos entre sh Por tanto, puede minimizarse una ambiguedad de este tipo cuando D1 es menor que o igual a D2.

Un segundo factor es un error asociado con la triangulacion de la posicion de hilo. Un error de medicion en la obtencion de imagenes, el procesamiento de imagenes y la combinacion de resultados entre camaras significa que el angulo con el que un rayo sale de una camara C tiene un grado de incertidumbre. Esto puede modelarse como un desplazamiento en una lmea producido por una imagen de un hilo W de N pfxeles en cualquier direccion. Para una posicion de hilo axial dada, puede notificarse que el hilo esta situado en cualquier lugar dentro de una region limitada por los rayos mas inciertos de las dos camaras de un par 10 particular, correspondientes a un desplazamiento de ±

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N p^xeles. Esto se ilustra en la figura 6 que plasma las camaras C1 y C2 del par 10a cuando ven un hilo W. Un rayo 36 de camara del centro de la camara C1 pasa a traves del hilo W, mientras que el rayo 38 de camara de la camara C2 pasa a traves del hilo W. Los rayos 36+ y 36- representan el rayo 36 desplazado + y - N pfxeles respectivamente, mientras que los rayos 38+ y 38- representan el rayo 38 de camara desplazado + o - N pfxeles respectivamente. Los rayos desplazados producen una region 40 de incertidumbre (RoU) en el plano P1 en la que el hilo W puede existir. La RoU 40 tiene una altura 42 que se mide en paralelo a una lmea 44 que se extiende centralmente entre las camaras C1 y C2 y a traves del hilo W; y una anchura 46 medida en perpendicular a la lmea 44. Sin embargo, ademas, la region 40 de incertidumbre tambien tiene una extension vertical que comprende el componente vertical de la altura 42, y una extension horizontal correspondiente al componente horizontal de la anchura 46. Para una posicion de hilo dada la extension vertical y horizontal de la region de interes se reduce a medida que aumenta la separacion D1 de camara. Ademas, la extension vertical y horizontal cambia para posiciones de hilo diferentes dentro de la Rol 12.

Dada una posicion de hilo notificada de un par 10 de camaras estereoscopicas, la region posible en la que puede estar situada la posicion de hilo real tiene el mismo tamano que la RoU 40. Por tanto, si la posicion de hilo verdadera estuviera en el lfmite de la RoU 40 de una posicion de hilo notificada, la region total donde puede inferirse que el hilo existe tiene dos veces la altura y dos veces la anchura de la RoU 40. Esto se ilustra en la figura 7 que plasma las camaras C1 y C2 cuando ven el hilo W. La RoU 40 centrada alrededor del hilo W representa la region de incertidumbre original conforme a la figura 6 pero suavizada para tener la forma de una elipse. Si se notificara el hilo W en la parte superior 50 de la region 40, entonces la posicion de hilo verdadera podna estar en cualquier lugar dentro de una region 40a que tiene la misma forma y tamano que una region 40 pero centrada en la parte superior de la posicion de hilo notificada. De manera similar, si se notifica el hilo W en una ubicacion 52 en la parte inferior de la RoU 40, entonces la posicion de hilo verdadera podna estar en cualquier lugar dentro de la region 40b. Si se notifica el hilo W en la ubicacion 54 a la derecha de la RoU 40, o en la posicion 56 a la izquierda de la RoU 40, entonces la posicion de hilo verdadera podna estar en cualquier lugar en las regiones 40c y 40d respectivamente. La RoU 40 puede modelarse como barras de error horizontales y verticales asociadas con la ubicacion notificada de un hilo W.

Tal como se explica en mayor detalle a continuacion, el metodo 20 comprende combinar datos de imagen de cada uno de los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas. En particular, si la RoU 40 alrededor de los resultados notificados de los pares 10a y 10b de camaras interseca, se concluye que el hilo W existe en la interseccion. Sin embargo, puede notificarse un resultado falso positivo si dos hilos W estan lo suficientemente proximos como para que intersequen las regiones de incertidumbre para los pares 10a y 10b de camaras de diferentes hilos W. Esto se ilustra en la figura 8. Esta figura ilustra los pares 10a y 10b de camaras cuando ven los hilos Wx y Wy. Las regiones de incertidumbre alrededor de los hilos Wx y Wy vistos desde el par 10a de camaras se plasman como 40ax y 40ay respectivamente. De manera similar, las regiones de incertidumbre alrededor de los hilos Wx y Wy vistos por el par 10b de camaras se ilustran como las regiones 40bx y 40by respectivamente. A partir de esto puede observarse que las regiones 40bx y 40ay intersecan en dos ubicaciones 58 y 60. Ademas, tal como se muestra en la figura 8, las intersecciones 58 y 60 existen cuando la extension 62 horizontal de la region de incertidumbre asociada con el par 10b de camaras estereoscopicas derecho que ve el hilo Wx se solapa con la extension 64 horizontal de la region de incertidumbre alrededor del resultado notificado del par 10a de camaras estereoscopicas que ve el hilo Wy.

La separacion minima de los hilos Wx y Wy para evitar resultados falsos positivos depende de la extension horizontal total de la region de incertidumbres de los pares 10a y 10b estereoscopicos izquierdo y derecho. Para evitar resultados ambiguos en el par estereoscopico, las camaras C de cada par 10 deben estar proximas entre sf Sin embargo, para evitar que la region de incertidumbre sea demasiado grande, las camaras C1 y C2 deben estar alejadas entre sf La separacion de hilo minima que puede resolverse de manera ambigua por un par 10 de camaras estereoscopicas es igual a la separacion D1 de camara. Se encuentra un equilibrio cuando esta es igual a la separacion minima antes de que interseque la RoU 40 de los dos lados. Por tanto, para proporcionar resultados sin ambiguedades, D1 = la extension horizontal de RoU derecha + la extension horizontal de RoU izquierda.

A medida que la extension horizontal cambia basandose en la posicion del hilo dentro de la Rol 12, la separacion D1 de camara puede comprobarse de manera ideal para varios puntos dentro de la RoU. Los posibles puntos para comprobar la separacion D1 de camara para una Rol 12 rectangular tal como se muestra en la figura 1 comprenden las esquinas de la Rol y el centro de la Rol.

Cada una de las camaras C tiene una aplicacion de software asociada para procesar datos de imagen de la camara C. Antes del uso del metodo 20, las aplicaciones de camara respectivas se calibran usando un origen de espacio real y un sistema de coordenadas comunes. Esto puede lograrse empleando un bloque de calibracion comun que se mantiene en la misma posicion para todas las camaras C. El bloque de calibracion puede estar dotado de cuatro superficies planas que forman una estructura de tipo caja donde cada superficie esta dotada de una pluralidad de puntos en posiciones conocidas en el espacio real. El uso de bloques de calibracion de este tipo para la calibracion de camaras se conoce en la tecnica y se describe, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° 7492448. El uso del bloque de calibracion posibilita el calculo de una matriz de transformacion para cada camara. La matriz permite una conversion entre un punto en el espacio de imagen y una lmea correspondiente en el espacio real que pasa a traves del centro de proyeccion de la camara.

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Al realizar el metodo 20, las camaras C se hacen funcionar para capturar una imagen de los hilos W a intervalos o espaciados conocidos. El espaciado puede determinarse mediante el uso de un tacometro asociado con el vehmulo en el que estan montadas las camaras C. Por tanto, en una realizacion, el tacometro del vehmulo puede estar asociado con las camaras C para activar las camaras C para que tomen imagenes de los hilos W a intervalos que posibilitan el calculo de posiciones de hilo, por ejemplo, cada 500 mm. Las camaras C toman imagenes de un segmento de hilo W en planos que pueden considerarse que son de extension infinita proyectandose desde la camara y contienen una lmea de la imagen, sin embargo, para los fines de realizaciones de este metodo, los planos de importancia son los segmentos Ixa,b de plano triangulares mucho mas pequenos que estan limitados por los bordes visibles del hilo. La recopilacion de datos de imagen para estos planos posibilita la determinacion de los puntos finales del segmento de hilo W en los planos R1 y r2. Por tanto, cada fotograma de imagen posibilita la notificacion de la posicion de un hilo en dos planos R1 y R2 espaciados entre sf. Por consiguiente, en el presente ejemplo con los planos R1 y R2 espaciados entre sf una distancia de 375 mm, hacer funcionar las camaras C para que se activen basandose en el recuento del tacometro del vehmulo para, por ejemplo, cada 750 mm de via recorridos por el vehmulo posibilitara el calculo de la posicion de hilo cada 375 mm de via.

En la etapa 24 del metodo 20, se combinan (etapa 24a) los planos Ixa e Ixb de cada camara C que corresponden a bordes diferentes del mismo hilo W. Los planos Ixa e Ixb se determinan usando filtros de deteccion de bordes conocidos tales como filtros de Canny y Sobel. Por ejemplo, con referencia a la figura 3, se combinan los planos I18 e lib de imagen que corresponden a bordes diferentes del mismo hilo W visto por la camara C1. Sin embargo, debe observarse que un hilo puede comprender mas de dos bordes. Por ejemplo, un borde puede aparecer en un hilo W debido a la reflexion de la luz solar. Los planos lxa,b de la misma camara C se combinan si estan lo suficientemente proximos como para que sea probable que correspondan al mismo hilo W. Si los planos lxa,b estan proximos entre sf y proximos a ser paralelos, se considerara que los planos Ixa e Ixb estan lo suficientemente proximos como para combinarse. Los planos estan proximos entre sf si el angulo entre las normales de cada plano es proximo a cero. Por ejemplo, para un hilo W que tiene un diametro de 12,5 mm y, en el peor de los casos, que aparece en la esquina mas proxima de la Rol 12, un producto escalar teorico entre las dos normales de los planos sena 0,9987 correspondiente a un angulo de 0,9985°. Hilos W en diferentes ubicaciones dentro de la Rol 12 daran un angulo pequeno y, por tanto, un producto escalar mas grande.

Se efectua una determinacion en cuanto a si los planos estan proximos a ser paralelos calculando si una lmea de interseccion entre los planos Ixa e Ixb esta proxima a ser ortogonal al rayo direccional de las camaras. La lmea de interseccion de los planos Ixa,b pasa a traves del centro de proyeccion de la camara C en cuestion. El rayo direccional de una camara C es un rayo ortogonal al plano de imagen de la camara, es decir, es el rayo que pasa a traves del centro de proyeccion de la camara y, en una imagen no recortada, el centro de esa imagen.

El plano combinado de cada camara C de un par 10 de camaras estereoscopicas es un plano que contiene la media ponderada de la normal de los planos Ixa,b y que contiene el centro de proyeccion de la camara C. La media ponderada de las normales se determina de la siguiente manera. En primer lugar, cada normal se normaliza para que tenga una longitud de 1. La ponderacion debe referirse a la longitud del segmento de hilo representado por ese plano Ixa,b, que puede aproximarse por el seno de un angulo entre los bordes de los segmentos triangulares del plano Ixa,b. Las lmeas usadas para crear el segmento triangular del plano combinado deben basarse en aquellas de los planos de componente proyectadas sobre el nuevo plano. Pueden usarse las dos que crean el angulo positivo mas grande y el negativo mas grande con el rayo central de las camaras.

Los planos combinados de cada una de las camaras C en un par 10 de camaras particular se procesan entonces para producir hilos candidatos iniciales que, tal como se describio antes en relacion con la figura 6, tienen una region de incertidumbre asociada. El tamano de una region de incertidumbre es constante para un hilo en una posicion dada para una distribucion de camaras fija y suponiendo un error N de pixel predeterminado. Estos valores pueden calcularse previamente y almacenarse en un dispositivo de memoria accesible mediante un procesador que se usa para realizar el presente metodo. Estos valores de incertidumbre deben seleccionarse basandose en donde interseca el hilo con el plano P1 comun. Con referencia a la figura 10, esto puede lograrse de la siguiente manera. La region de interes Rol mas parte de la zona circundante de este plano pueden dividirse en una cuadncula G. La region de incertidumbre RoU puede modelarse como un rectangulo de altura y anchura conocidas donde el rectangulo se hace rotar una magnitud conocida desde la vertical ubicada en un punto central de cada elemento de cuadncula. Asignar una region de incertidumbre para un hilo puede comprender las siguientes etapas:

• Usar la media de los valores X de los centros de proyeccion de las camaras para determinar donde esta situado el plano de referencia n “en lmea con las camaras”, paralelo al plano P1 comun.

• Intersecar el hilo con n para producir el punto P.

• Suponer que el hilo se encuentra desde las camaras C1 y C2. Encontrar la media de los centros de proyeccion de estas camaras, llamarlo Pc. La direccion principal de la region de incertidumbre es el vector desde Pc hasta P.

• Determinar el punto N de cuadncula mas proximo a P. Buscar la anchura y altura de la region de incertidumbre de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

este elemento de cuadncula.

• Modelar la region de incertidumbre como un rectangulo con la anchura, altura y direccion (es decir, rotacion) dadas.

Si la region de incertidumbre de un candidato se solapa con mas de una region de otro hilo, deben usarse los candidatos que estan mas proximos entre sf. La medida de distancia que debe usarse es la distancia entre sus puntos de intersecciones con %.

Una vez que se determinan los hilos candidatos para cada uno de los pares 10 de camaras, los resultados para cada uno de los pares 10 de camaras se comparan y se hacen coincidir donde las barras de incertidumbre de los hilos candidatos de cada lado se solapan y los hilos estan lo suficientemente proximos a la misma direccion (etapa 24e). Durante este proceso, se retira cualquier candidato que este debajo de la Rol (etapa 24c) ya que esta region no contiene ningun hilo. Ademas, tambien se retiran (etapa 24d) hilos que se determina que se extienden en una direccion que diverge en una magnitud mayor de un umbral predeterminado (por ejemplo, ±20° o mas preferiblemente ±10°) de una direccion de viaje del vehmulo en el que estan montadas las camaras C. Cuando se combinan los resultados de los pares 10a y 10b de camaras estereoscopicas, tambien se comprueba si hay algunos candidatos y planos no coincidentes para una interseccion de tres planos de camara. Esto es para garantizar que no se prescinde erroneamente de un hilo que esta situado justo detras de otro hilo con referencia a cualquiera de las camaras C1 - C4 y que, por tanto, sena invisible a esa camara (es decir, visible en tres de las cuatro camaras) en el momento de la captura de imagen.

La posicion de un candidato coincidente que se estima que identifica un hilo W real se determina mediante triangulacion usando los planos de las camaras exteriores (etapa 26b). En este caso, estos son los planos de las camaras C1 y C4. Mas particularmente, la interseccion de los planos combinados para las camaras C1 y C4 para un candidato coincidente produce una lmea que puede considerarse que coincide con un centro de un segmento del hilo W entre los planos R1 y R2 de referencia. La ubicacion tridimensional de los puntos finales de esta lmea se determina usando la interseccion de los bordes del plano I triangular correspondiente y la lmea. Suponiendo que el hilo W es recto, y conociendo los dos puntos finales en el espacio tridimensional, pueden determinarse la direccion del hilo y su posicion en el espacio tridimensional.

La precision del metodo 20 puede potenciarse comparando fotogramas sucesivos de las camaras C para hacer coincidir hilos en un fotograma con aquellos de varios fotogramas previos sucesivos (etapa 27). Este proceso, conocido como “seguimiento de hilo”, puede realizarse manteniendo una lista de hilos encontrados en cualquier fotograma particular y comparandola con una lista de hilos encontrados en fotogramas previos. Esto requiere que se trasladen hilos de fotogramas previos en contra de la direccion de viaje del vehmulo en el que esta montada la camara C para tener en cuenta el movimiento del origen de espacio real que es fijo en relacion con el vehmulo. Los recuentos de tacometro del vehmulo para cada plano de imagen sucesivo pueden usarse para calcular esta traslacion.

Si hilos en dos listas estan lo suficientemente proximos se estima que son el mismo hilo. Se efectua una comparacion entre los hilos tanto en cuanto a sus intersecciones con un fotograma de referencia como a su direccion. Cuando se determina si los hilos estan lo suficientemente proximos como para que se estime que son el mismo hilo, puede usarse un umbral para tomar en cuenta el movimiento lateral potencial del vehmulo entre fotogramas. Una vez que se ha observado un hilo durante un numero N suficiente de fotogramas consecutivos, se declara que es un hilo valido. Esta validez puede propagarse retrospectivamente a fotogramas previos donde se habfa identificado el hilo. Por tanto, es posible que los resultados de un fotograma no se completen hasta que se hayan procesado hasta este punto los siguientes N -1 fotogramas. Hilos observados en un fotograma previo pero no en un fotograma actual pueden eliminarse de la lista del fotograma previo si no se han observado en M fotogramas. Hilos en la lista de un fotograma actual pero no en fotogramas previos se retienen para compararlos con fotogramas futuros.

El metodo y sistema presentes cuando se emplean para detectar la posicion de hilos electricos aereos en un sistema de ferrocarril pueden detectar tanto los hilos portadores de corriente como hilos de soporte. Generalmente, solamente presentan interes los hilos portadores de corriente. Los hilos de soporte normalmente estaran casi justo encima de los hilos portadores de corriente. Esto se muestra generalmente en la figura 1 donde los hilos W1, W2 y W3 pueden considerarse hilos de soporte y los hilos W4, W5 y W6 hilos portadores de corriente. Por consiguiente, los hilos de soporte pueden detectarse buscando pares de hilos aproximadamente en la misma direccion con intersecciones laterales muy similares con los planos R1, R2 de referencia e intersecciones verticales que difieren dentro de un margen conocido. Los hilos que se encuentran mas arriba son los hilos de soporte y pueden descartarse.

La figura 9 plasma la arquitectura general de un sistema 70 para realizar el metodo 20. El sistema 70 consiste en las camaras C1 - C4 cada una de ellas asociada con una aplicacion 72a - 72d de camara correspondiente respectivamente (a continuacion en el presente documento denominadas en general “aplicaciones 72 de camara”). Las aplicaciones 72 de camara son identicas para cada una de las camaras C y pueden implementarse en cualquier lenguaje de programacion adecuado. Las aplicaciones 72 de camara se encargan de adquirir imagenes de sus

camaras respectivas y procesar estas imagenes para extraer o derivar de otro modo el plano combinado en el espacio real correspondiente a cada hilo W aereo visible. Por tanto, las aplicaciones 72 de camara realizaran la etapa 22 del metodo 20. Una aplicacion 74 de supervisor procesa los datos de imagen de cada una de las aplicaciones de camara y realiza la triangulacion para determinar la posicion de los hilos en el espacio real. Las 5 aplicaciones 72 de camara y el supervisor 74 se implementan en la presente realizacion en una unidad 76 de procesamiento comun. Sin embargo, esto no tiene por que ser asf y pueden usarse procesadores separados para las implementaciones respectivas. La unidad 76 de procesamiento normalmente estara soportada en el mismo vetnculo que porta las camaras C1 - C4. La aplicacion 74 de supervisor puede comunicarse con un sistema de adquisicion de datos principales (MDAS) mediante TCP/IP a traves de una conexion Ethernet. Por tanto, el MDAS 78 10 puede estar ubicado de manera remota con respecto a la unidad 76 de procesamiento y almacena y puede procesar adicionalmente informacion procedente del supervisor 74 asf como enviar informacion de control al supervisor 74 y a una unidad 80 de interfaz (lU). Por ejemplo, el MDAS 78 puede enviar una notificacion al supervisor 74 para que se conecte o se desconecte, y enviar una notificacion a la IU 80 para que restablezca el recuento del tacometro. La IU 80 proporciona informacion del tacometro al supervisor 74 y monitoriza el estado de las luces y los obturadores de 15 camara de las camaras C1 - C4.

Claims (15)

1.

10

15

20

2.

25

3.

30

35

40

4.

45

5.

50

6.

7.

55

8.

60

9.

65 10.

REIVINDICACIONES

Metodo (20) de medicion optica de una ubicacion de uno o mas objetos (W1-W6) que comprende:

obtener datos (22b) de imagen estereoscopica para el objeto de los pares (10a, 10b) de camaras estereoscopicas primero y segundo que estan situados en un plano (P) de vision comun;

teniendo el primer par (10a) de camaras estereoscopicas una primera camara y una segunda camara (C1, C2) ubicadas adyacentes entre sf, y teniendo el segundo par (10b) de camaras estereoscopicas una tercera camara y una cuarta camara (C3, C4) ubicadas adyacentes entre sf, estando el primer par (10a) de camaras estereoscopicas espaciado con respecto al segundo par (10b) de camaras estereoscopicas;

caracterizado porque la ubicacion es una ubicacion en un espacio tridimensional y los uno o mas objetos son uno o mas hilos (W1-W6) en un grupo de hilos (W1-W6);

procesar los datos (24) de imagen de los pares de camaras estereoscopicas primero y segundo para cada uno de los uno o mas hilos (W1-W6) para identificar cada uno de los uno o mas hilos (W1-W6) en una region de interes (Rol); y,

determinar una ubicacion en el espacio (26) tridimensional de los hilos seleccionados de los hilos (W1-W6) identificados usando datos de imagen de una camara (C1, C4) en cada uno de los pares (10a, 10b) de camaras estereoscopicas primero y segundo.

Metodo (20) segun la reivindicacion 1, en el que obtener los datos de imagen estereoscopica comprende separar las camaras (C1 y C2; C3 y C4) en cada par (10a, 10b) por una distancia D > un espaciado horizontal mmimo entre dos hilos cualesquiera dentro de la Rol.

Metodo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que obtener los datos (22b) de imagen estereoscopica comprende separar las camaras (C1 y C2; C3 y C4) en cada par (10a, 10b) de camaras estereoscopicas por una distancia D = la extension horizontal de RoU derecha + la extension horizontal de RoU izquierda

en el que la extension horizontal de RoU derecha es una extension horizontal de una region de incertidumbre en una posicion de un primer hilo del que se han obtenido imagenes mediante un par (10b) de camaras estereoscopicas en el lado derecho de la Rol; y,

la extension horizontal de RoU izquierda es una extension horizontal de una region de incertidumbre en una posicion de un segundo hilo del que se han obtenido imagenes mediante un par (10b) de camaras estereoscopicas en el lado izquierdo de la Rol en el que los hilos primero y segundo tienen un espaciado horizontal mmimo de dos hilos cualesquiera en la Rol.

Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que procesar los datos (24) de imagen estereoscopica comprende combinar planos de la misma camara (C1-C4) de cada par (10a, 10b) de camaras estereoscopicas resultantes de la proyeccion de lmeas respectivas en la imagen que corresponden a bordes diferentes del mismo hilo (W1-W6) para producir un plano combinado para esa camara que contiene el hilo (24a).

Metodo (20) segun la reivindicacion 4, en el que combinar planos de la una camara (24a) comprende procesar los datos de imagen usando un filtro de deteccion de bordes para identificar los planos (Ixa, Ixb) que contienen datos de imagen representativos de un borde del hilo (W1-W6).

Metodo (20) segun la reivindicacion 4 o 5, que comprende combinar planos en el caso de que un angulo entre normales respectivas de los planos esta proximo a 0°.

Metodo (20) segun la reivindicacion 6, en el que combinar los planos comprende combinar los planos en el caso de que una lmea de interseccion de los planos sea sustancialmente ortogonal a un rayo direccional de esa camara.

Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que procesar los datos (24) de imagen comprende intersecar los planos combinados para cada camara en un par de camaras estereoscopicas para producir hilos (24b) candidatos.

Metodo (20) segun la reivindicacion 8, que comprende asociar una region de incertidumbre con cada hilo candidato.

Metodo (20) segun la reivindicacion 9, que comprende retirar cualquier hilo candidato que este situado debajo de la Rol (24c).

5

12.

10 13.

14.

15

15.

20

16.

25

17.

30

18.

35

Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 10, en el que procesar los datos (24) de imagen comprende comparar un hilo candidato del primer par de camaras estereoscopicas con el del segundo par de camaras estereoscopicas para producir un hilo (24e) candidato coincidente.

Metodo (20) segun la reivindicacion 11, en el que se considera que hilos candidatos respectivos de cada par (10a, 10b) de camaras estereoscopicas constituyen un hilo candidato coincidente donde los hilos candidatos respectivos tienen regiones de incertidumbre que se solapan.

Metodo (20) segun la reivindicacion 11, en el que se considera que hilos candidatos respectivos constituyen un hilo candidato coincidente donde los hilos candidatos tienen regiones de incertidumbre que se solapan y los hilos candidatos respectivos se extienden en la misma direccion.

Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que determinar la ubicacion de un hilo identificado comprende la triangulacion de un hilo candidato coincidente utilizando el plano combinado de cada una de las camaras exteriores en cada par (26b) de camaras estereoscopicas.

Metodo (20) segun la reivindicacion 14, en el que la triangulacion comprende determinar la ubicacion tridimensional de puntos respectivos de una lmea producida por la interseccion de los planos combinados de cada una de las camaras (C1, C2) exteriores y que estan situados en planos (R1, R2) de referencia respectivos que son paralelos al plano (P) de vision comun.

Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1-15, que comprende capturar los datos de imagen estereoscopica para fotogramas de imagen espaciados entre sf sucesivos y en el que la determinacion de una ubicacion en el espacio tridimensional del hilo seleccionado de los hilos (W1-W6) identificados comprende determinar la ubicacion en el espacio tridimensional del uno o mas hilos en cada uno de los fotogramas de imagen.

Metodo (20) segun la reivindicacion 16, que comprende llevar a cabo un proceso de rastreo de hilo a traves de al menos N fotogramas de imagen consecutivos para hacer coincidir una ubicacion de hilo en un fotograma de imagen actual con N - 1 fotogramas de imagen previos consecutivos, en el que se determina que un hilo rastreado a traves de N -1 fotogramas de imagen previos consecutivos es un hilo valido.

Metodo (20) segun la reivindicacion 17, en el que el proceso de rastreo de hilo comprende proyectar una ubicacion de hilo en un fotograma de imagen previo sobre un fotograma de imagen posterior utilizando una traslacion medida de la region de interes entre el fotograma previo y el fotograma de imagen actual.