JP2012526988A - 光波長フィルタリングを使用して表面を検査するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
表面、たとえば鉄道線路軌道の昼間の検査のためのシステムおよび方法が開示されている。開示されるシステムはレーザ、カメラ、およびプロセッサを含む。レーザは表面に隣接して配置される。レーザは、表面の幅の1インチあたりの強度が少なくとも0.15ワットの合成強度で表面全体に光のビームを放出し、カメラは、表面上に放出される光のビームを有する表面の画像を取り込む。カメラは、日射内のディップ(dip)に対応する光の帯域だけを通過させる帯域フィルタを含む。レーザはディップでの日射より強い、放出される光ビームを提供するように選択される。プロセッサは、画像が表面の様々な測定できる様態を決定するために分析されることができるように、画像をフォーマットする。システムおよび方法は、表面のそれらの測定できる様態を決定するための1つまたは複数のアルゴリズムを含む。
Description
本出願は、全体が参照により本明細書にそれぞれ組み入れられる、2004年6月30日に出願され、発明者としてJohn NagleおよびSteven C. Orrellの名前を挙げる、「SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING RAILROAD TRACK」とさらに題する米国特許仮出願第60/584,769号明細書の利益を主張する仮でない特許出願である、2005年6月30日に出願され、発明者としてJohn Nagle、Christopher Villar、およびSteven Orrellの名前を挙げる、「SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING RAILROAD TRACK」と題する米国特許出願第11/172,618号明細書の一部継続出願である。
本発明は、一般に表面を検査するシステムおよび方法に関し、より詳細にはたとえば波長フィルタリングを使用して表面、たとえば鉄道線路表面または道路の昼間の検査のシステムおよび方法に関する。
鉄道線路は、一般に固められた砕石材料の基層の上に構築される。砂利バラスの層がこの石の層の最上部に載っている。枕木がこのバラス層内およびバラス層上に置かれ、2本の平行な鋼鉄レールが締め具で枕木に取り付けられる。使用されている枕木の大多数は木材から作られる。枕木の製造では、様々な他の材料、たとえばコンクリート、鋼鉄、および複合材料または再生材料が使用される。これらの代替材料の枕木はすべての枕木の比較的少ない割合を構成する。枕木はレールの軌間または横方向の間隔を維持する。枕木は軸重を列車から枕木の下のバラス層に分散させて、全軌道構造のクッション効果に寄与する。時間がたつにつれ、枕木が取り替えられなければならなくなるまで、環境要因が枕木を劣化させ得る。毎年、北米の鉄道線路は、すべての木製枕木の2%以上まで取り替えられる。これが数100万本の枕木を構成する。
枕木交換のロジスティクスを管理するため、および新しい枕木の必要性を定量化するために、鉄道線路検査官が枕木の状態および締め具機構を定期的に等級分けしようとする。この等級分けは、枕木および締め具の使用可能な寿命がその終わりとなる程度まで腐った、割れた、裂けた、または摩耗した枕木および締め具を識別するために外観検査によってたいてい行われる。外観検査の手順はかなり多くの時間を必要とする。実際には、軌道の検査は、検査官が軌道に沿って歩いて、軌道に沿ってほぼ20インチおきに間隔を置かれる枕木および/または締め具の状態を検査し、記録することにより行われる。ある特定の北米の鉄道線路が、3名または4名の男性のチームが1日あたり約5マイルから7マイルの軌道しか等級分けすることができないと報告している。
レールを検査する装置が当技術分野で知られており、そのような装置を使って得られるデータを分析し系統立てるソフトウェアが当技術分野で知られている。たとえばNew JerseyのZETA−TECH Associates,Inc.社によるTieInspect(R)が、携帯型装置およびソフトウェアを有するコンピュータ化された枕木検査システムである。携帯型装置は軌道に沿って歩いて軌道を調査するときに検査官により使用され、ソフトウェアは装置を使って得られるデータを分析し系統立てるために使用される。
枕木の等級分けに加えて、他の軌道構成要素が摩耗および劣化を求めて定期的に検査されなければならない。これらは、レールの載る面での摩耗、固定具および締め具の完全性、タイプレートの位置合わせ、バラスの状態、およびレールの軌間を含む。枕木の等級分けと同様に、レールのこれらの様態を検査することも多くの時間を必要とし得る。レールを検査するためのシステムは当技術分野で知られている。たとえば、英国のOmnicom Engineering社のOmniSurveyor3D(R)が線路上のインフラストラクチャを検査するためのシステムである。また、MinnesotaのENSCO,Inc.社がレーザを使用してレールの軌間を測定するためのLaser Gage Measurement Systemを提供している。
レーザ測定システムに付随する問題の1つが、レーザは昼間に検出するのが困難なことである。レーザ光は他の競合する光源がほとんどない夜に検出するのは容易だが、様々な表面のデータ収集の目的で昼間にレーザを動作させるために介入が必要とされる。
本発明は、上述の問題の1つまたは複数の影響を克服する、または少なくとも低減し、それにより夜間も昼間も表面を検査することができるシステムを提供することに向けられている。
表面、たとえば鉄道線路軌道の昼間の検査のための例示的システムおよび方法が開示される。開示されるシステムはレーザ、カメラ、およびプロセッサを含む。例示的実施形態では、中央および2つの外側のレーザが表面に隣接して配置される。2つの外側のレーザは10°の角度で中央レーザから外側に傾けられる。レーザは表面の幅の1インチあたりの強度が少なくとも0.15ワットの合成強度で表面全体に光のビームを放出し、カメラは表面上に放出される光のビームを有する表面の画像を取り込む。カメラは日射のディップ(dip)に対応する光の帯域だけを通過させる帯域フィルタを含む。レーザは、その同じ波長で日射より強い、ディップの波長で放出される光ビームを提供するように選択される。プロセッサは、画像が表面の様々な測定できる様態を決定するために分析されることができるように画像をフォーマットする。例示的システムおよび方法は、表面のこれらの測定できる様態を決定するための1つまたは複数のアルゴリズムを含む。
前述の要約は、本開示の主題のそれぞれの可能な実施形態またはあらゆる様態を要約することが意図されていない。
本開示の主題の前述の要約、好ましい実施形態、および他の様態が、添付図面と併せて読まれたとき、以下に続く具体的実施形態の詳細な説明を参照して最もよく理解されよう。
開示される検査システムおよび関連する方法は、様々な修正形態および代替形態を受け入れることができるが、その具体的実施形態が図で例によって示されており、本明細書で詳細に説明される。図および記述される説明は、いかなる方法でも開示される発明の概念の範囲を限定することを意図されていない。むしろ、図および記述される説明は、米国特許法112条により必要とされるような、特定の実施形態を参照して当業者に開示される発明の概念を例示するために提供される。
図1および図2を参照すると、本開示のある種の教示に従って鉄道線路軌道を検査するシステム30の例示的実施形態が図示される。図1では、開示される検査システム30が、鉄道線路軌道に対して概略的に図示される。図2では、開示される検査システム30の一部が、鉄道線路軌道に対する斜視図で図示される。
図1に最もよく示されるように、例示的な開示される検査システム30は、光発生器たとえばレーザ40、検査される領域から反射される光を受け取る装置たとえばカメラ50、および処理装置60を含む。図1で示される実装形態では、開示される検査システム30は鉄道線路軌道の道床を調査するために使用される。開示される検査システムおよび関連する方法は鉄道線路軌道を検査する際に使用するためのものとして説明されるが、開示されるシステムおよび方法は他の領域、および表面または構成要素が検査を必要とする産業で使用されることができることが本開示の利益と共に理解される。たとえば、開示される検査システムおよび方法は道路、電線、配管、あるいは別のネットワークまたはシステムを検査するために使用されることができる。
道床は枕木10、レール12、タイプレート14、犬釘16、およびバラス18を含む。簡潔に言えば、レーザ40はレーザ光のビーム42を道床に投射する。ビーム42は、道床の表面および構成要素の輪郭に従う道床上の、図2に示される投射ラインLを生成する。光受信機、すなわちカメラ50は、道床上に投射されるレーザ光42のラインLの画像を取り込む。カメラ50は、以下でより詳細に説明される処理および分析のために、取り込まれた画像を処理装置60に送信する。
図2の例示的実施形態で最もよく示されるように、対を成すレーザ40とカメラ50が軌道のレール12のそれぞれの1つの上方に配置される。レーザ40およびカメラ50は、検査車両(図示せず)、または検査システム30を適切な位置に維持するように軌道に沿って動く他の装置の上に搭載されることができる固定した骨組み32の上に組み立てられることができる。簡略化のために骨組み32の一部だけが図2に示される。しかし、骨組み32のための他の知られている構成要素が、レーザ40およびカメラ50を検査車両上に搭載するために必要とされることがあることが理解される。
一般に、検査車両は鉄道線路軌道に沿って移動するための任意の適切な車両とすることができる。たとえば、当技術分野での慣例が、車両のフレームに搭載される「ハイレール(hi−rail)」ギヤを通常の公道車両、たとえばピックアップトラックに装備することである。ハイレールギヤは、典型的には公道車両がレールに沿って載るようにすることができる1組の普通より小さい鉄道線路車両の車輪を含む。一実施形態では、次に、開示される検査システム30の骨組み32は「ハイレール」ギヤを有するピックアップトラックの架台内に搭載されることができる。あるいは、検査車両は、鉄道線路軌道に沿って作業するために特別に設計された保線(maintenance of way)(MoW)装置とすることができる。さらに、開示される検査システム30は、車両により牽引される車台上に搭載されることができる、あるいは機関車または貨車の上に搭載されることができる。
図2に最もよく示されるように、レーザ40は所定の角度広がりβを有する光のビーム42を投射する。2つのレーザ40の角度広がりβが実質的に道床の全表面をカバーする。この方法では、レーザ40は、実質的に直線であり実質的に道床全体に広がる投射ラインLを生成する。各レーザ40は、好ましくは約60°の角度広がりβを有するビーム42を生成し、道床のほぼ半分をカバーする。好ましくは、レーザ40は軌道の表面と実質的に直角にビーム42を投射する。あるいは、たとえば投射ラインLを道床全体に生成するように配置される単一レーザが使用されることができる。
さらに、レーザ40は、好ましくは4ワットの光出力を有し赤外波長約810nmで光を生成する赤外レーザである。レーザ40の比較的高い光出力が、遮蔽が必要ないように周辺光の影響を低減するのに役立つ。開示される検査システム30に適したレーザが、Stocker Yale社により製造されるMagnumレーザを含む。レーザ40について上記で説明されるパラメータは、鉄道線路軌道の表面を検査するのに好ましい。しかし、本開示の利益を受ける当業者は、本発明が様々な他の表面を検査するために利用されることができることを理解している。開示される検査システム30の他の実装形態が、代替のいくつかの光源だけでなく異なる波長、光出力、および角度広がりを使用することができる。
図2で最もよく示されるように、カメラ50はレーザ40に隣接して配置される。図1で一番よく見られるように、カメラ50はレーザ40から投射される光のビーム42に対して角度θで搭載される。一実施形態では、カメラは約60°の角度θで配置される。開示される検査システム30は軌道に沿って動かされるので、カメラ50は小さな一定の増分で道床の画像またはフレームを取り込む。好ましくは、カメラ50はかなり高いフレームレートを、たとえば毎秒約5405フレームの能力がある。
次に、カメラ50により取り込まれるそれぞれの静止画像またはフレームが、道床上に投射される輪郭を描かれたレーザラインLを分離するためにフィルタにかけられ処理される。カメラ50は、実質的にレーザ40の好ましい赤外波長での放射エネルギーだけが通過することができるようにする帯域フィルタ52を備え付けられる。レーザ40の波長は約810nmであるので、カメラ50がレーザ40からの光の投射ラインLの十分明瞭な静止画像を獲得するように、カメラ50の帯域フィルタ52は実質的にすべての周辺光を取り除くことができる。
2つのカメラ50のそれぞれが、有線または無線の伝送線を介して処理装置またはコンピュータ60に直接画像データを送信する。好ましくは、カメラ50は、投射ラインLの取り込まれた画像を処理装置またはコンピュータ60に直接送信される1次元プロファイルに変換するまたはフォーマットすることができるプロセッサ54を含む。取り込まれた画像をカメラ50がこの方法で処理するまたはフォーマットする能力は、高価なポストプロセッサまたは高速フレーム取込装置(grabber)の必要性を取り除くことができる。そのような処理能力を有する、開示される検査システム30のための適切なカメラがIVP Integrated Vision Products,Inc.社により製造されるRanger M50を含む。
他の一般的構成要素の中でも、処理装置またはコンピュータ60はマイクロプロセッサ、入力、出力、およびデータ記憶装置62を含む。データ記憶装置62はハードドライブ、不揮発性記憶媒体、フラッシュメモリ、テープ、またはCD−ROMを含むことができる。処理装置60は、軌道検査官がデータを入力し再検討するため、および開示される検査システム30を動作させるための入力/表示装置68をさらに含むことができる。処理装置60は、開示される検査システム30を使って得られる様々なデータを記憶し分析するための適切なソフトウェアプログラムで動作する。たとえば、処理装置60は任意の適切な画像処理ソフトウェア、たとえばMatrox MIL、Common VisionBlox、Labview、eVision、Halcon、およびIVP Rangerを有することができる。たとえば、処理装置60はカメラ50からの画像データを分析するための、当技術分野で知られている画像処理ツール、たとえば関心領域(Region of Interest)(ROI)ツール、フィルタリングツール、ブロブ(blob)ツール、エッジ探知機、ヒストグラムツール、および他を有することができる。
開示される検査システム30を使って得られるデータのすべてを効果的に処理するために、好ましい実施形態での処理装置60は、高速プロセッサ、たとえば2.8GHzで動作することができるIntel社のPentium(登録商標)4を有するコンピュータを含む。開示される検査システム30を使って得られるデータのすべてを効果的に記憶するために、記憶装置62は、好ましくはRedundant Array of Independent Disks(RAID)システムとしても知られる、1つのドライブとして同時に読出し/書込みの両方の機構を使用するように構成される2つの大容量ハードドライブを含む。処理装置60の高速プロセッサおよび記憶装置62の2つのハードドライブは、開示される検査システム30を使って得られるデータの維持されたリアルタイム記憶を考慮する。好ましい実施形態では、開示される検査システム30の電力が、検査車両のエンジンから離れて直接動作しているベルト駆動発電機から交流110V電力により供給されることができる。
軌道の不規則な表面上に投射され、ある角度で見られるビーム42を使って、図2に示される投射ラインLは道床の表面および構成要素の輪郭に従う。道床の投射ラインLを示す一例の画像またはフレームが図3に示される。画像データまたはフレームはX−Y座標を与えられる複数の画素を含み、カメラ50により取り込まれる道床の輪郭を示す。フィルタリング、および当技術分野で知られている他の画像処理技法により、画像は、濃い画素が道床の輪郭を表す2つの画素値を含む。所与の画像データのすべての画素が、画像データが取り込まれた軌道の長さに沿った特定の位置を表す同じZ座標を与えられる。この方法では、複数の取り込まれた画像が、スキャンの各画像が道床の輪郭を示すX−Y座標を有し、レールの長さに沿った輪郭の特定の位置を表すZ座標を有する、道床の3次元スキャンを生成する。
画像が取り込まれる速さは、スキャンされる領域の幅および高さ、個々の静止画像間の距離、静止画像の解像度、カメラ50の最大フレームレート、コンピュータ60の処理速度、ならびにデータ記憶装置62の書込速度により制限される。開示される検査システム30の鉄道線路応用では、1つの好ましい例が、カメラ50により取り込まれる静止画像またはフレーム間の間隔約0.1インチ、検査車両の好ましい速度約30mph、スキャンされる領域の好ましい高さほぼ10インチ、および道床の幅全体のスキャンされる領域約10フィートである。これらの好ましいパラメータを満足させるために、毎秒約5405フレームの能力があるカメラシステム、および約8.3MPSで処理し記録することができるコンピュータシステムが好ましい。図3に示されるような各フレームまたは画像は、約1、536バイトの記憶領域を必要とすることがある。軌道の長さに沿って約0.1インチごとにフレームが取り込まれると、約633,600フレームが軌道の1マイルごとに取り込まれ、0.973ギガバイトの記憶空間を必要とする。
別の実施形態では図1に示されるように、開示される検査システム30は、鉄道線路軌道を検査するとき、検査車両の地理的位置を得るための全地球測位システム(Global Position System)(GPS)受信機64をさらに含むことがある。GPS受信機64は、地理的位置を得るために、当技術分野で知られている任意の適切なGPS受信機を含むことができる。たとえば、GPS受信機64は、検査車両上に搭載され、かつ適切なケーブル接続および入出力インタフェースを使って処理装置60に接続される独立した市販のユニットとすることができる。GPS受信機64は差分GPS(differential GPS)システムまたは非差分GPS(non−differential GPS)システムを使用して地理的位置を得ることができる。GPS受信機64を使って実質的に正確な位置および時間データを得るための技法が当技術分野で知られているため、これ以上説明しない。地理的位置は処理装置60に送信され、道床の画像データと共に編集されることができる。
カメラ50から画像データが記録されるとき、フレームの地理的位置も記録されることができる。地理的位置データの連続ストリームをGPS受信機64からコンピュータ60に取り除くことは、処理装置60を使って画像データを取り込むために利用できる処理時間を解放することができる。したがって、GPS受信機64は好ましくはデータを補助モジュール65に送り込む。補助モジュール65はこのデータをパッケージ化し、問い合わせられたとき、データを処理装置またはコンピュータ60に送信する。地理的位置データを得ることに加えて、GPS受信機64は時間データを得ることができる。さらに、GPS受信機64を使って得られる位置および時間のデータは、他の変数、たとえば本明細書で開示される様々な目的のために使用されることができる検査車両の速度を決定するために使用されることができる。したがって、開示される検査システム30は、GPS受信機64からのデータを使用して、カメラ50をトリガしてレールに沿って約0.1インチごとに道床の静止画像を取り込むことができる。
代替の例示的実施形態では図1に示されるように、開示される検査システム30はレールを検査しているときに検査車両の地理的位置を得るために距離装置66を含むことができる。距離装置66は、検査車両がレールに沿って動くときの車輪の回転または部分的回転をカウントするエンコーダとすることができる、または検査車両上の既存の走行距離計センサとすることができる。距離装置66は位置データを処理装置60に提供することができる。距離装置66を使用して、開示される検査システム30は、カメラ50をトリガして、レールに沿って約0.1インチおきに道床の静止画像を取り込むことができる。
別の例示的実施形態では、開示される検査システム30は、GPS受信機64または距離装置66によりトリガされることなくカメラ50の最大フレームレートで、またはほぼ最大フレームレートで道床の静止画像を取り込むことができる。たとえば、カメラ50および処理装置60は、検査車両が軌道に沿って移動する間、最大フレームレートで、またはほぼ最大フレームレートで動作することができる。枕木10またはタイプレート14の知られている平均幅を使用して、開示される検査システム30は検査車両の速度を計算することができる。次に、開示されるシステムは、保持されるフレームがほぼ0.1インチの間隔を有するように、任意の余分なフレームを削除してデータ記憶領域を低減することができる。正確な間隔0.1インチが常に可能でないことがあるが、間隔は知られており、0.05インチおよび0.1インチの間とすることができることが理解される。この実施形態では、フレーム間隔が一様なままとなるように、所与の枕木に対してそれぞれの保持されるフレーム間で同数のフレームが捨てられなければならない。たとえば、タイプレートが8インチ幅であることが知られており、かつ244フレームが特定のタイプレートに対して取り込まれる場合、それぞれの保持されるフレーム間で2つのフレームが捨てられることができる。全組のフレームが1から244まで番号をつけられる場合、保持されるフレームは、1、4、7、10、…、241、244と番号をつけられるフレームとなる。保持される82フレームは計算される間隔0.098インチを有する。
あるいは、開示されるシステムは、任意の2つの取り込まれたフレーム間に内挿して、軌道に沿って任意の所望の位置で新しい第3のフレームを生成することができる。このとき、所望の正確なフレーム間隔を達成するために、一部のフレームが捨てられることができる。
開示される検査システム30が鉄道線路軌道の調査を完了した後、画像データのコンピュータ分析が行われる。コンピュータ分析は、検査車両内に配置される処理装置またはコンピュータ60により行われることができる。あるいは、コンピュータ分析は、当技術分野で知られている画像処理ソフトウェアを有する別のコンピュータシステムにより行われることができる。コンピュータ分析は画像データを検索し、欠陥が発生している、または鉄道線路軌道の許容できる公差が維持されていない、軌道に沿った位置を決定するまたは検出する。特定の実施形態では、コンピュータ分析はカスタマイズまたは変更されることができる。適切な修理が行われることができる、または保守作業が予定されることができるように、欠陥、または許容されない公差の地理的位置が提供されることができる。
開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られる道床の画像データから、鉄道線路軌道のいくつかの測定できる様態が決定される、または検出されることができる。以下の例では、いくつかのそのような測定できる様態が説明され、測定できる様態を分析するための様々な技法が開示される。開示される検査システムを使って得られる道床の画像データから、鉄道線路軌道のこれらおよび他の測定できる様態が決定される、または検出されることができることが理解されよう。さらに、画像データを分析するための、当技術分野で知られている他の技法が、開示される検査システムおよび関連する方法と共に使用されることができること、ならびに鉄道線路構成要素以外の表面が検査されるができることが理解されよう。したがって、開示される検査システムおよび関連する方法は、鉄道線路検査または測定できる様態、および本明細書で説明される特定の技法に限定されることが意図されていない。
明確にするために、図11および図12は、開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られる画像データの例示的編集を図示する。図11は、枕木、タイプレート、およびレールの一部を斜視図で示す複数の編集された画像データを有する。図12はより詳細な斜視図を示す複数の編集された画像データを有する。図11から図12で理解されることができるように、編集された画像データは道床の領域の3次元表現(X、Y、およびZ)を形成する。表現は相当の詳細を有し、道床の構成要素の様々な様態が測定されることができる。図11から図12では、たとえば、枕木10の亀裂または裂け目が見える。また、バラス層18に対する枕木10の高さが見える。タイプレート14およびレール12の向きおよび高さが見える。これらおよび他の詳細が、以下でより詳細に説明されるような開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られることができる。
一例では、枕木間の間隔が複数の画像データから決定されることができる。図4Aから図4Cを参照すると、枕木10間の間隔を決定するために使用されることができる、開示される検査システム30を使って得られる道床の例示的フレームが図示される。図4Aは、軌道に沿って位置Z1にある第1の枕木10の輪郭を有する末端フレームF1を示す。この末端フレームF1はこの枕木10を示す最後のフレームを指定することができる。図4Bは、末端フレームF1の後のあるときに、軌道に沿ってもっと先の位置Z2で取り込まれた中間フレームF2を示す。この中間フレームF2は、軌道の枕木間の位置を指定するので、枕木がない。複数のそのような中間フレームが図4Aの末端フレームF1に続くことが理解される。図4Cは、軌道に沿ってもっと先の位置Z3にある別の枕木10’を有する末端フレームF3を示す。コンピュータ分析は、たとえばまず枕木がないそのような中間フレームF2の数をカウントすることにより、枕木10と10’の間の間隔を決定することができる。次に、中間フレームF2の数は、枕木10と10’の間の距離を計算するためにフレーム間の知られている間隔(たとえば0.1インチ)により乗ずることができる。この方法では、道床の枕木間の実質的に正確な測定結果が、軌道検査官が枕木を物理的に検査することなく得られることができる。その代わり、道床の3次元スキャンを形成する画像データが使用される。
フレームが枕木を有するか有しないかを決定することは、当技術分野で知られているイメージング技法により行われることができる。たとえば、図4Aから図4Cに示されるように、枕木10の輪郭はフレームF1〜F3の関心領域R内に期待される。コンピュータ分析は、枕木の存在を示す画素を求めてフレームの関心領域Rを探索することができる。これは、たとえば、関心領域Rの画素の値を平均するまたは合計することにより行われることができる。枕木の輪郭は濃い画素から作り出されるので、枕木10を有するフレームF1の関心領域Rは、枕木がない中間フレームF2内の領域Rよりも大きい平均または合計を有する。
別の例では、レールに対する枕木の角度が画像データから決定されることができる。図5を参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームが図示される。レール12の上部の角度の向きが線L1により表されることができる。線L1は、たとえば当技術分野で知られているベストフィットまたは曲線の当てはめの技法により推定されることができる。同様に、枕木10の角度の向きが線L2により表されることができる。線L2も同様に、たとえば当技術分野で知られているベストフィットまたは曲線の当てはめの技法により推定されることができる。これらの線L1およびL2は、枕木10近くのZ軸に沿ったフレームのいくつかから平均されることができる。次に、コンピュータ分析は、これらの線L1〜L2間の角度関係を決定して、レールに対する枕木の角度を決定することができる。この状態は、摩耗したレール、または木製枕木上のプレート切断状態のいずれかを示す。
別の例では、レール内の割目が画像データから決定されることができる。図6Aから図6Cを参照すると、開示される検査システムを使って得られ、かつレール12の分離を決定するために使用されることができる、鉄道線路軌道の例示的フレームF1〜F3が図示される。図6Aは、軌道に沿って位置Z1にある第1のレール12の末端を有する末端フレームF1を示す。この末端フレームF1はこのレール12を示す最終フレームを指定する。図6Bは、末端フレームF1の後のあるときに、軌道に沿ってさらなる位置Z2で取り込まれた中間フレームF2を示す。この中間フレームF2は、軌道のレール間の位置を表すのでレールを有しない。複数のそのような中間フレームF2が図6Aの末端フレームF1に続くことがあることが理解される。図6Cは軌道に沿ってさらなる位置Z3にある、別のレール12’を有する別の末端フレームF3を示す。コンピュータ分析は、たとえば、レールがない中間フレームF2の数をまずカウントすることによりレール12と12’の間の間隔を決定することができる。次に、中間フレームF2のこの数は、レール12と12’の間の距離を計算するためにフレーム間の知られている間隔(たとえば0.1インチ)により乗ずることができる。
フレームがレール12を有するか有しないかを決定することは、当技術分野で知られているイメージング技法により行われることができる。たとえば、図6Aから図6Cに示されるように、レール12の輪郭がフレームF1〜F3の関心領域R内に期待される。コンピュータ分析は、レールの輪郭の存在を示す画素を求めてフレームの関心領域Rを探索することができる。これは、たとえば関心領域内の画素の値を平均するまたは合計することにより行われることができる。レールの輪郭は濃い画素から作り出されるので、レール12を有するフレームF1内の関心領域Rは、枕木がないフレームF2内の領域Rより大きな平均または合計を有する。
別の例では、レールの摩耗が画像データから決定されることができる。図7Aから図7Bを参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームF1〜F2が図示され、レール12の摩耗を決定するために使用されることができる。コンピュータ分析は、たとえばレール12の輪郭とフレームの基準点との間の距離が前のフレームの同じ距離より小さいかどうかを決定することにより、レール12に摩耗があるかどうかを決定することができる。図7Aは、軌道に沿って位置Z1にあるレール12を有するフレームF1を示す。レール12の輪郭は、関心領域R内部にあり、フレームF1のY軸に沿ってレベルLにある。レール12の輪郭は、タイプレートの高さでもよい基準レベルL2、すなわち測定できる距離LDの上にある。本開示の利益を受ける当業者に明白なように、基準L2は、いくつかの基準点、たとえばタイプレート14、犬釘16、または枕木10などに配置されることができる。図7Bは、軌道に沿って別の位置Z2にある別のフレームF2を示す。位置Z2では、距離LDは位置Z1よりもレール12の輪郭とレベルL2との間で短い。したがって、フレームF2は軌道に沿って位置Z2にあるレール12の摩耗を示すことができる。本開示の利益を受ける当業者に明白なように、レール摩耗はまた、道床に沿って異なる時間であるが同じ位置で得られるフレームを比較して決定されることができる。
別の例では、枕木10内の欠陥が画像データから決定されることができる。図8に示されるように、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームが示されている。枕木10内に欠陥DおよびD’が示されている。コンピュータ分析は、たとえば、枕木の輪郭の部分Dが関心領域Rの外側にあるかどうか、または輪郭の部分D’が領域R内部に存在しないかどうかを決定することにより、枕木10に欠陥があるかどうかを検出することができる。知られているように、枕木内の欠陥は、枕木内の亀裂、裂け目、または割目を含むことができる。そのような欠陥近くの複数の画像データを使用して、コンピュータ分析は欠陥の幅および長さを決定することができる。たとえば、図11から図12で理解されるように、複数の画像データが枕木のエッジ内に示される亀裂の幅Wおよび長さLを推定するために使用されることができる。一部の例では、たとえば、欠陥の向きが、レーザからの光が欠陥内部に投射されカメラにより取り込まれることができるようにするとき、コンピュータ分析が欠陥の深さを決定することができる。一実施形態では、引っ込んだ欠陥の中に投射する光が、レーザ光のビームとほぼ並行に配置されるカメラにより依然として取り込まれることができるように、レーザとカメラとの間の角度が比較的小さくなることができる。
別の例では、レールの間隔または軌間、あるいは枕木の長さが画像データから決定されることができる。図8では、当技術分野で知られているエッジ検出技法が、フレーム内のレールの輪郭12のエッジを見つけ出すために使用されることができ、エッジ間の距離W1が、レール12間の間隔を推定するために計算されることができる。同様に、当技術分野で知られているエッジ検出技法が、フレーム内の枕木の輪郭10のエッジを見つけ出すために使用されることができ、エッジ間の距離W1が、枕木10の幅W2を推定するために計算されることができる。
別の例では、枕木10に対するバラス18の高さが画像データから決定されることができる。図8では、直線適合(line fitting)技法がバラス18のレベルおよび枕木10のレベルを決定することができ、これらのレベル間の差が枕木10に対するバラス18の高さHBを推定することができる。別の例では、鉄道線路軌道のスキャンがバラス18内の石のサイズを決定するために使用されることができる。これは、バラス18を有する関心領域を分析し、バラス18の輪郭の曲率を使用してバラスの石のサイズを推定することにより行われることができる。
他の例では、持ち上がった犬釘が画像データから検出されることができる。図9を参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームが図示される。持ち上がった犬釘があるかどうか決定するために、持ち上がった犬釘16を表す輪郭の一部が領域R内部に発生しているかどうかを決定するために、関心領域Rが分析されることができる。
別の例では、欠けているタイプレート、位置ずれしているタイプレート、または沈下したタイプレートが画像データから検出されることができる。図10を参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームが図示される。欠けているまたは沈下したタイプレートは、たとえば、関心領域Rを分析し、タイプレートを表す輪郭の一部が領域R内部に発生しているか発生していないかを決定することにより検出されることができる。位置ずれしているタイプレートは、たとえば、タイプレートの輪郭の一部を直線適合して、線の向きを枕木の線の向きと比較することにより決定されることができる。
ここで、図13に関連して、検査システム30の代替の例示的実施形態が説明される。この実施形態では、検査システム30は、前の実施形態に対して説明されるのと同じ方法で構築され、動作させられることができる。しかし、この実施形態では、本発明がより効果的な昼間の動作を可能にするように適合された。検査システム30は、検査される表面の上方に搭載される3つのライン生成レーザ(line−generating laser)を利用する。中央のレーザ40が骨組み32の中央に搭載され、レーザの角度広がりβ以内の表面領域をスキャンするが、外側の2つのレーザ40は、その角度広がりβ以内にある、検査される表面の外側の周辺をスキャンする。たとえば、鉄道線路軌道が検査されている場合、中央のレーザ40は9フィートの枕木を完全にスキャンすることができるが、外側のレーザはレールをスキャンする。
この例示的実施形態では、2つの外側のレーザ40は、ほぼ10°の角度γで中央のレーザから離れて外側に傾けられる。検査システム30がたとえばトラックの架台の中に収容されることができるようにするために、2つの外側のレーザ40はこの実施形態では傾けられるが、依然として鉄道線路道床の9フィートの枕木をスキャンすることができる。レーザ40を外側に傾けることにより、本発明は枕木を検査するために必要とされるスキャン幅を達成するが、依然としてトラックの範囲内に物理的に合う。しかし、本発明はまた他の表面を検査するために使用されることができるので、2つのレーザ40は、その応用の実際の要件に応じてどちらにも傾けられることができない。
図13の例示的実施形態をさらに参照すると、レーザ40は45°の角度広がりβをそれぞれ有する7ワットレーザである。しかし、角度広がりβは、本開示の利益を受ける当業者により理解されるように、レーザ40と検査される表面との間の距離に多かれ少なかれ依存し得る。検査される表面上にレーザ40により投射されるレーザラインL(すなわちレーザビームL)の強度は、表面上に投射されるレーザラインLの幅の1インチあたり少なくとも0.15ワットである。最も好ましい実施形態では、強度は表面上に投射されるレーザラインLの幅の1インチあたり0.18ワットである。利用されるレーザ40の数は、利用される数がレーザラインLの1インチあたりに必要なワット数を供給することができるかぎり、3つより多くても、3つより少なくてもよい。したがって、本開示の利益を受ける当業者は、この最小ワット数を供給することができる様々なレーザの組合せがあることを理解している。
図13の例示的実施形態をさらに参照すると、3つのレーザ40を組み合わせて使用することが、より高い光強度を供給し、それにより、同じ波長で日射より高い強度になる特定の波長で光線を生成する。この例示的実施形態では、レーザ40はそれぞれ当技術分野で理解されるような808nm±2nmの波長のレーザである。レーザ波長のこの選択は、図16のグラフに示されるように、地球の大気を通り抜ける太陽光線により引き起こされるほぼ808nmでの太陽スペクトルでのディップに対応する。この場合、太陽スペクトルは、UV、可視、および赤外線の波長を含むおおまかに言って400nmから2400nmを超える範囲で、海抜レベルで示される。ほぼ808nmでは、太陽の太陽エネルギーに急激なディップがある。したがって、ほぼ808nmでの808nmレーザの波長は同じ波長で日射より強く、したがって、808nmレーザの放射光がカメラ50を介して昼間に検出されることができるようになるので、本発明で利用される808nmレーザが特に選択された。本開示の利益を受ける当業者は、他のレーザ波長が、本発明に従って、日射での他のディップを活用するために利用されることができることを理解している。
図14および図15を参照すると、ここで、本発明のカメラ50の例示的代替実施形態が説明される。前に説明されたように、カメラ50は骨組み32に搭載され、検査される表面(この例では鉄道線路軌道)の画像データを有線または無線の伝送線を介して処理装置またはコンピュータ60に送信する。しかし、この例示的実施形態では、カメラ50は、それぞれレンズ72を有するハウジング70を含む。ハウジング70の内部には、クロック信号により制御される連続ステージを通してアナログ信号の伝送を可能にするアナログシフトレジスタである電荷結合デバイス74、すなわちCCDがある。CCD74は、当技術分野で理解されるように、1つの形態のメモリとして、またはアナログ信号のサンプルを遅延させるために使用されることができる。しかし、代替形態では、当技術分野で理解されるようなCMOSセンサが、同様に画像を取り込むために利用されることができる。本開示の利益を受ける当業者は、本発明と共に利用されることができる様々なカメラがあることを理解している。
図15に図示されるように、CCD74は、光帯域フィルタ76に隣接して配置される。この例示的実施形態では、帯域フィルタ76は、本開示の利益を受ける当業者により理解されるように、レーザ40の波長−2nmおよび+1nmの帯域を通過させるが、カメラ50の応答範囲300nmから1100nmまでの残りに対して少なくともOD4のフィルタにかけて、帯域通過領域近くに存在する上昇領域および下降領域を除外するように選択された。したがって、808nmレーザを利用することにより、帯域フィルタ76は波長ほぼ806nmから810nmを通過させるが、残りの日射をフィルタにかけて取り除く。この波長では日射にディップがあるので、レーザ40により生成されるラインは昼間に容易に検出できる。
ある角度でフィルタを通過する光に関連するブルーシフトを低減するために、レンズ72とCCD74との間に帯域フィルタ76が搭載される。典型的には、光がフィルタを極端な角度で通過するとき、多くの異なる角度で同じ波長の光を得るために、広い通過帯域を伴うフィルタを有しなければならない。フィルタがレンズの外側に配置される場合、光は極端な角度で入ってくる。しかし、フィルタをレンズの背後に移動させることにより、光ははるかにより平行になり、ブルーシフト効果が劇的に低減される。ブルーシフトのこの低減が、できるだけ多くの日射をフィルタにかけて取り除くために必要であるはるかによりタイトなフィルタ帯域通過をもたらす。したがって、帯域フィルタ76はレンズ72の背後に搭載される。
CCD74と向かい合って帯域フィルタ76の反対側にスペーサ78が配置される。スペーサ76は、画像データがレンズ72から収集されることができるようにする開口80を含む。この実施形態では、帯域フィルタ76はできるだけ多くのレーザ以外により生成される光をふるい落とし、それにより、昼間の検査を可能にする。また、この実施形態は、フィルタ76を通過する光により、焦点距離のわずかな増加をもたらす。この現象は、レンズ72とカメラハウジング70との間に配置されるスペーサ78の使用によりレンズ72から少し遠くにCCD74を搭載することにより補償される。スペーサ78はCCD74に対するレンズ72の向きを変える。スペーサ78はたとえば精密シムワッシャでもよい。しかし、代替形態では、スペーサ78は十分広い焦点範囲を有するカメラレンズを利用する実施形態では必要ではない。したがって、本開示の利益を受ける当業者は、本発明と共に利用されることができる様々なスペーサがあること、およびスペーサ78の必要性がレンズ選択を通して否定されることができることを理解している。
例示的実施形態によれば、本発明は表面を検査するためのシステムを含み、システムは、光のビームの幅の1インチあたりの強度が総計で少なくとも0.15ワットの光のビームを表面全体に投射するように適合される、表面に隣接して配置される少なくとも1つの光発生器と、表面から反射される光の少なくとも一部を受け取るため、および表面の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも1つの画像を生成するために、表面に隣接して配置される少なくとも1つのカメラであって、日射内のディップに対応する、光発生器により投射される光のビームの帯域を通過させるように適合される帯域フィルタを含む少なくとも1つのカメラと、少なくとも1つの画像を分析して表面の一部の1つまたは複数の物理的特性を決定するように適合される少なくとも1つのプロセッサとを含む。例示的実施形態では、発生器により投射される光のビームの角度広がりは45°である。
このシステムの代替実施形態では、光発生器は、中央のレーザと、10°の角度で中央のレーザから外側にそれぞれ傾けられる、中央のレーザの両側に配置される2つの外側のレーザとを含む。代替形態では、光発生器は808nmレーザである。さらに別の実施形態では、カメラはレンズと、レンズに隣接して配置されるスペーサと、電荷結合デバイスとを含み、帯域フィルタは電荷結合デバイスとスペーサとの間に結合される。帯域フィルタはカメラのレンズの背後に配置される。
このシステムのさらに別の実施形態では、表面は鉄道線路道床であり、プロセッサは鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するアルゴリズムを含み、アルゴリズムは、(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初と末端のフレームの枕木間の距離を決定するステップとを含む。
このシステムの代替実施形態では、表面は鉄道線路道床であり、プロセッサは鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するためのアルゴリズムを含み、アルゴリズムは、(a)関心領域を含む、少なくとも1つの画像のフレームを分析するステップと、(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、(d)枕木の輪郭の向き、およびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップとを含む。
このシステムのさらに別の代替実施形態では、表面は鉄道線路道床であり、プロセッサは鉄道線路道床のレールの割目を識別するためのアルゴリズムを含み、アルゴリズムは、(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)レールのない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップとを含む。さらに別の実施形態では、表面は道路、植物、建築基礎、自動車橋梁、または歩道を含む。
本発明の例示的方法が、(a)総計で光の幅の1インチあたりの強度が少なくとも0.15ワットの合成強度になる光を表面の範囲全体に照射するステップと、(b)日射内のディップに対応する、反射される光の帯域だけを通過させるように適合される帯域フィルタを含む1つまたは複数のカメラを使用して、表面から反射される光の少なくとも一部を受け取るステップと、(c)表面の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも1つの画像を生成するステップと、(d)少なくとも1つの画像を分析するステップと、(e)表面の一部の1つまたは複数の物理的特性を決定するステップと、(f)表面の一部の決定された物理的特性を出力するステップとを含む。さらに別の例示的方法では、ステップ(a)は、角度広がり45°をそれぞれ有する光の複数のビームを投射して、表面全体に照射される光を形成するステップを含む。
代替方法では、光の複数のビームは、中央のビーム、および中央のビームの両側の2つの外側のビームを含み、ステップ(a)は、10°の角度で中央のビームから外側に2つの外側のビームを投射するステップをさらに含む。別の方法では、表面の範囲全体に照射される光は808nmレーザを使用して生成される。
さらに別の例示的方法では、表面は鉄道線路道床でもよく、方法は、鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するステップをさらに含み、距離を決定するステップは、(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初および末端のフレームの枕木間の距離を決定するステップとを含む。
さらに別の方法では、表面は鉄道線路道床であり、方法は、鉄道線路道床のレール内の割目を識別するステップをさらに含み、識別するステップは、(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップとを含む。
この例示的方法では、表面は鉄道線路道床でもよく、方法は、鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するステップをさらに含み、検出するステップは、(a)関心領域を含む、少なくとも1つの画像のフレームを分析するステップと、(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、(d)枕木の輪郭の向きおよびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップとをさらに含む。
本発明のさらに別の代替方法が、(a)光の幅の1インチあたりの強度が少なくとも0.15ワットの強度を有する光を表面上に投射するステップと、(b)表面から反射される光の少なくとも一部を受信機の中で受け取るステップと、(c)受信機の帯域フィルタを利用して、ディップで日射より強くなるように適合される、日射でのディップに対応する反射される光の帯域を通過させるステップと、(d)反射される光の通過させられる帯域を利用して、表面の少なくとも一部のプロファイルを表す1つまたは複数の画像を生成するステップと、(e)表面の一部の1つまたは複数の特性を決定するステップと、(f)表面の一部の決定された特性を出力するステップとを含む。代替方法では、ステップ(a)は、角度広がり45°をそれぞれ有する光の複数のビームを投射して、表面上に投射される光を形成するステップをさらに含む。さらに別の例示的方法では、光の複数のビームは、中央のビーム、および中央のビームの両側の2つの外側のビームを含み、ステップ(a)は、10°の角度で中央のビームから外側に2つの外側のビームを投射するステップをさらに含む。
代替形態では、表面は鉄道線路道床でもよく、方法は鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するステップをさらに含み、距離を決定するステップは、(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、1つまたは複数の画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初および末端のフレームの枕木間の距離を決定するステップとを含む。
さらに別の代替方法では、表面は鉄道線路道床でもよく、方法は鉄道線路道床のレール内の割目を識別するステップをさらに含み、識別するステップは、(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、1つまたは複数の画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、(d)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップとを含む。
さらに別の方法では、表面は鉄道線路道床でもよく、方法は、鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するステップをさらに含み、検出するステップは、(a)関心領域を含む、1つまたは複数の画像のフレームを分析するステップと、(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、(d)枕木の輪郭の向きおよびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップとを含む。
様々な実施形態が示され、説明されたが、本発明はそのように限定されず、当業者に明白であるような修正形態および変形形態をすべて含むものとして理解される。たとえば、本明細書で開示される実施形態は鉄道線路道床に適用されたが、本発明はまた、様々な他の表面、たとえば道路、歩道、樹木/森、作物、橋、建築基礎、検査システムの下の公道を移動する車、または検査および/または測定したいと思われることがあり得る任意の様々な3−D形状を検査するために利用されることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物を考慮する以外に制限されるべきではない。
Claims (23)
- 表面を検査するシステムであって、
光のビームの幅の1インチあたりの強度が総計で少なくとも0.15ワットの光のビームを表面全体に投射するように適合される、表面に隣接して配置される少なくとも1つの光発生器と、
表面から反射される光の少なくとも一部を受け取るため、および表面の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも1つの画像を生成するために表面に隣接して配置される少なくとも1つのカメラであり、日射内のディップに対応する、光発生器により投射される光のビームの帯域を通過させるように適合される帯域フィルタを含む少なくとも1つのカメラと、
少なくとも1つの画像を分析し、表面の一部の1つまたは複数の物理的特性を決定するように適合される少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 - 発生器により投射される光のビームの角度広がりが45°である、請求項1に記載のシステム。
- 光発生器が、
中央のレーザと、
10°の角度で中央のレーザから外側にそれぞれ傾けられる、中央のレーザの両側に配置される2つの外側のレーザと
を含む、請求項1に記載のシステム。 - 光発生器が808nmレーザである、請求項1に記載のシステム。
- カメラが、
レンズと、
レンズに隣接して配置されるスペーサと、
電荷結合デバイスとをさらに含み、帯域フィルタが電荷結合デバイスとスペーサとの間に結合される、請求項1に記載のシステム。 - 帯域フィルタがカメラのレンズの背後に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 表面が鉄道線路道床であり、プロセッサが、鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するアルゴリズムを含み、アルゴリズムが、
(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初および終端のフレームの枕木間の距離を決定するステップと
を含む、請求項1に記載のシステム。 - 表面が鉄道線路道床であり、プロセッサが、鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するアルゴリズムを含み、アルゴリズムが、
(a)関心領域を含む、少なくとも1つの画像のフレームを分析するステップと、
(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、
(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、
(d)枕木の輪郭の向きおよびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、
(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップと
を含む、請求項1に記載のシステム。 - 表面が鉄道線路道床であり、プロセッサが、鉄道線路道床のレール内の割目を識別するためのアルゴリズムを含み、アルゴリズムが、
(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップと
を含む、請求項1に記載のシステム。 - 表面が道路、植物、建築基礎、自動車橋梁、または歩道の1つまたは複数を含む、請求項1に記載のシステム。
- 表面を検査する方法であって、
(a)光の幅の1インチあたりの強度が総計で少なくとも0.15ワットの合成強度になる光を表面の範囲全体に照射するステップと、
(b)日射内のディップに対応する、反射される光の帯域だけを通過させるように適合される帯域フィルタを含む1つまたは複数のカメラを使用して、表面から反射される光の少なくとも一部を受け取るステップと、
(c)表面の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも1つの画像を生成するステップと、
(d)少なくとも1つの画像を分析するステップと、
(e)表面の一部の1つまたは複数の物理的特性を決定するステップと、
(f)表面の一部の決定された物理的特性を出力するステップと
を含む方法。 - ステップ(a)が、角度広がり45°をそれぞれ有する光の複数のビームを投射して、表面全体に照射される光を形成するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 光の複数のビームが、中央のビーム、および中央のビームの両側の2つの外側のビームを含み、ステップ(a)が、10°の角度で中央のビームから外側に2つの外側のビームを投射するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 表面の範囲全体に照射される光が808nmレーザを使用して生成される、請求項11に記載の方法。
- 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するステップをさらに含み、距離を決定するステップが、
(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初および末端のフレームの枕木間の距離を決定するステップと
を含む、請求項11に記載の方法。 - 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床のレール内の割目を識別するステップをさらに含み、識別するステップが、
(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、少なくとも1つの画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップと
を含む、請求項11に記載の方法。 - 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するステップをさらに含み、検出するステップが、
(a)関心領域を含む、少なくとも1つの画像のフレームを分析するステップと、
(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、
(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、
(d)枕木の輪郭の向きおよびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、
(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップと
を含む、請求項11に記載の方法。 - 表面を検査する方法であって、
(a)光の幅の1インチあたりの強度が少なくとも0.15ワットの強度を有する光を表面上に投射するステップと、
(b)表面から反射される光の少なくとも一部を受信機の中で受け取るステップと、
(c)受信機の帯域フィルタを利用するステップであり、反射される光がディップでの日射より強くなるように適合される、日射内のディップに対応する反射される光の帯域を通過させる、ステップと、
(d)反射される光の通過させられる帯域を利用するステップであり、表面の少なくとも一部のプロファイルを表す1つまたは複数の画像を生成する、ステップと、
(e)表面の一部の1つまたは複数の特性を決定するステップと、
(f)表面の一部の決定された特性を出力するステップと
を含む方法。 - ステップ(a)が、角度広がり45°をそれぞれ有する光の複数のビームを投射して、表面上に投射される光を形成するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 光の複数のビームが中央のビーム、および中央のビームの両側の2つの外側のビームを含み、ステップ(a)が、10°の角度で中央のビームから外側に2つの外側のビームを投射するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床の枕木間の距離を決定するステップをさらに含み、距離を決定するステップが、
(a)最初および末端のフレームが枕木を含むが、1つまたは複数の中間フレームには枕木がない、1つまたは複数の画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)枕木がない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、最初および末端のフレームの枕木間の距離を決定するステップと
を含む、請求項18に記載の方法。 - 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床のレール内の割目を識別するステップをさらに含み、識別するステップが、
(a)最初および末端のフレームがレールを含むが、1つまたは複数の中間フレームにはレールがない、1つまたは複数の画像の最初のフレーム、1つまたは複数の中間フレーム、および末端フレームを分析するステップと、
(b)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数を決定するステップと、
(c)フレーム間の知られている間隔を決定するステップと、
(d)レールがない1つまたは複数の中間フレームの数、およびフレーム間の知られている間隔に基づき、レール内の割目を識別するステップと
を含む、請求項18に記載の方法。 - 表面が鉄道線路道床であり、方法が、鉄道線路道床の位置ずれしているまたは沈下しているタイプレートを検出するステップをさらに含み、検出するステップが、
(a)関心領域を含む、1つまたは複数の画像のフレームを分析するステップと、
(b)関心領域がタイプレートを含むかどうかを決定するステップと、
(c)タイプレートが存在する場合、枕木の輪郭およびタイプレートの輪郭を決定するステップと、
(d)枕木の輪郭の向きおよびタイプレートの輪郭の向きを比較するステップと、
(e)比較に基づき、タイプレートが位置ずれしているまたは沈下しているかどうかを決定するステップと
を含む、請求項18に記載の方法。
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