KR101063946B1 - 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법 - Google Patents

카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법에 관한 것으로서; 철도차량의 조향대차에 설치되어 차륜과 레일의 영상을 획득하는 카메라와, 상기 카메라에서 얻어진 아날로그 영상 정보를 디지털 영상 정보로 변환하는 영상 포착기와, 상기 차륜과 레일의 디지털 영상 정보를 수집하여 차륜과 레일의 상대변위를 계측하는 데이터 처리수단으로 구성되는 상대변위 계측 시스템을 이용하여; 철도차량의 조향대차에 설치된 카메라로부터 차륜과 레일에 대한 디지털 영상정보를 입력받고, 상기 디지털 영상정보의 관심 범위 내에 정의된 차륜의 템플릿을 정합하여 차륜의 위치를 검출하고, 상기 디지털 영상정보에서 에지 검출 연산자를 이용하여 레일의 후보 에지들을 검출하고, 상기 후보 레일 에지들에서 직선을 검출하여 주행중에 레일의 위치와 방향을 검출하며, 상기 디지털 영상정보에서 차륜과 레일의 상대적 변위값을 측정한다.
철도차량, 조향대차, 영상, 상대변위

Description

카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법 { measuring apparatus and the method of the dynamic relative displacement between wheels and rail for railway vehicle using camera image }
본 발명은 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라를 이용해 차륜과 레일의 영상을 촬영하고 이를 분석하여 차륜과 레일의 상대변위를 계측하는 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 차륜의 답면구배를 이용한 자기조향(Self-steering)이 담당하게 됨에 따라 선로(線路)의 곡선구간에서는 심각한 소음이 발생함은 물론 차륜과 레일의 과도한 마모가 발생되고 있다.
한편, 기존 철도차량의 휠셋(Wheelset)은 좌우 양측의 차륜이 하나의 축에 고정되어 있고 좌우차륜의 답면은 원추형의 구배 구조이기 때문에 어느 정도 자기조향 및 주행안정성 확보가 가능하였다.
그럼에도 불구하고 철도차량의 주행안정성과 조향성능은 서로 대비되는 설계 특성 때문에 기구학적으로 이 두 조건을 동시에 만족시킬 수는 없다. 따라서 대부분의 철도시스템에서는 주행안정성을 중심으로 설계되어, 조향성능은 상대적으로 떨어질 수밖에 없다.
이러한 조향성능을 향상시키기 위해 자기조향방식과 강제조향방식이 여러나라에서 도입하고 있으나, 대부분의 자기조향방식은 그 효과가 일반대차에 비하여 높지 않고, 강제조향방식은 여러 링크와 조인트로 구성되어 복잡하며 부분적인 조향성능의 개선 효과만을 가진다.
한편 철도차량의 주행 안정성 향상과 차륜-레일의 마모 및 소음 저감을 통한 친환경성 추구와 유지보수 비용절감을 위해 1970년대 중반부터 능동 조향대차가 연구되고 있는데, 능동조향을 위해서는 좌우 차륜의 반경차를 이용하여 순수구름(Pure Rolling)이 발생하도록 횡방향 변위를 제어하거나, 전후 휠셋의 상대각을 제어하여 공격각(Angle of Attack)을 동일하게 함으로써 전후 휠셋에 횡압을 균등하게 분배하는 방법이 사용된다.
이와같이, 조향 기술에 관한 학계의 연구는 주로 제어 전략 및 제어 알고리즘 개발에 치중하고 있고 기업체에서는 조향 메커니즘 개발에 치중하고 있다. 따라서 능동 조향대차 개발의 일환으로 추진되고 있는 조향대차의 차륜-레일 상대변위 계측에 관한 기술 또한 공개되고 있지 않아 관련 기술 동향의 파악이 매우 어려운 실정이다.
이런 현실에서 조향대차의 차륜과 레일의 상대변위 계측은 실시간으로 데이 터획득이 가능해야 하며 반영구적으로 사용할 수 있어야 한다는 조건을 만족하기 위해서는 비접촉식 변위 계측방법이 사용될 것으로 추정하고 있다.
따라서, 이와같은 비접촉식 변위센서를 살펴보면 와전류식, 광학식, 그리고 초음파식이 있는데, 와전류식은 센서에서 흘러나오는 전류의 흐름으로 거리를 감지해 내는 방식으로 고주파 전류에 의해 감지코일 주변에 자장이 형성되며, 코일에 도체를 접근시키면 자속에 변화를 일으켜 도체 내에 와전류를 발생시키고, 감지코일에 대해 임피던스 변화는 발진기의 동작점을 변경시켜 감지코일과 목표물인 도체 사이의 거리에 비례하는 신호를 발생시키는 원리를 이용하며, 광학식이나 초음파식은 송신부에서 광원이나 초음파의 신호원을 검출방향으로 방사하여 대상물체의 표면에서 반사된 신호원을 수신부에서 받아 신호원의 비행시간을 측정하여 물체의 변위를 계산한다.
그런데, 종래의 비접촉식 변위 센서는 검출 범위가 좁거나 검출 거리가 짧아 운용방법이 까다로우며, 주변 환경에 민감하기 때문에 설치할 때 고정용 브라켓 선정 및 측정 표면관리 등이 필요하다.
먼저, 와전류식은 금속성 물체만 계측이 가능하며 응답속도는 빠르지만 측정거리가 매우 짧은 단점을 갖고 있고, 광학식은 응답속도는 빠른 반면에 넓은 범위의 계측을 위해 다수 개의 수신부가 필요하며 투명한 경계면을 갖는 물체에 대해 측정이 불가능하며 보통 측정거리가 짧은 단점을 가지고 있으며, 초음파식은 거의 모든 물체에 대해 변위 계측이 가능하고 계측거리가 길지만 넓은 범위의 계측을 위해 다수 개의 수신부가 필요하고 계측 응답속도가 길어 계측 응답속도가 빨라야 하 는 조향대차의 차륜과 레일의 상대변위를 계측하는데 적합하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차륜과 레일에 대한 카메라 영상을 이용하여 철도차량의 넓은 영역에 걸쳐 조향대차의 차륜과 레일의 상대변위에 관한 정보를 계측할 수 있는 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 시스템 및 그와 같은 계측 방법을 제공하는데 있다.
특히, 기존의 변위 센서에 비해 상대적으로 먼 거리에서 계측이 가능하고 주변의 환경변화에도 안정적이며 설치 공간에 대한 제약이 작을 뿐만 아니라, 능동 조향대차에 장착된 카메라에서 획득된 영상에 기초하여 차륜-레일의 상대 변위를 계측하기 때문에 실제 차량의 다양한 운행 환경에서도 안정적인 영상획득이 가능한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 시스템 및 그와 같은 계측 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
철도차량의 조향대차에 설치되어 차륜과 레일의 영상을 획득하는 카메라와, 상기 카메라에서 얻어진 아날로그 영상 정보를 디지털 영상 정보로 변환하는 영상 포착기와, 상기 차륜과 레일의 디지털 영상 정보를 수집하여 차륜과 레일의 상대변위를 계측하는 데이터 처리수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치를 제공한다.
이때, 상기 조향대차의 일측에는 일정 강도의 조명을 차륜과 레일에 빛을 조사하여 외부 조명의 환경에 강인하게 영상을 획득할 수 있도록 하는 조명수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카메라는 핀홀 카메라인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 데이터 처리수단은; 상기 영상 포착기의 디지털 영상 정보가 입력되는 데이터입력 인터페이스부와, 상기 데이터입력 인터페이스부로 입력된 디지털 영상 정보를 분석하여 차륜과 레일의 상대변위를 연산하는 제어부와, 상기 데이터입력 인터페이스부로 입력된 디지털 영상 정보를 저장하고 상기 디지털 영상 정보를 분석하는 상대변위 분석프로그램이 저장되는 메모리부와, 상기 제어부의 구동을 위한 전원을 공급하는 구동전원부와, 상기 상대변위 분석 데이터를 표시하는 디스플레이부와, 상기 상대변위 분석을 위한 조건을 입력하기 위한 키입력부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 데이터 처리수단은 철도차량의 실내에 설치되는 산업용 컴퓨터나, PC, 노트북 컴퓨터 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은; 철도차량의 조향대차에 설치된 카메라로부터 차륜과 레일에 대한 디지털 영상정보를 입력받는 제1단계, 상기 디지털 영상정보의 관심 범위 내에 정의된 차륜의 템플릿을 정합하여 차륜의 위치를 검출하는 제2단계, 상기 디지털 영상정보에서 에지 검출 연산자를 이용하여 레일의 후보 에지들을 검출하는 제3단계, 상기 후보 레일 에지들에서 직선을 검출하여 주행중인 레일의 위치와 방 향을 검출하는 제4단계, 상기 차륜과 레일의 위치가 검출되면 상기 디지털 영상정보에서 차륜과 레일의 상대적 변위값을 측정하는 제5단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 방법도 제공한다.
이때, 상기 제5단계 후, 상기 디지털 영상정보에서 화소단위로 계측된 조향대차의 차륜과 레일의 변위값을 카메라 보정의 정보를 이용하여 실제의 변위값을 계측하는 제6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4단계는 레일의 위치와 방향을 검출시에 휴-변환(Hough Transform)을 이용하여 후보 레일 에지들의 크기 방향과 위치 정보를 분석하여 주행 중에 레일의 위치와 방향을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 차륜과 레일의 상대적 변위를 계측시에 기존의 와류전류식 변위센서가 갖는 검출거리가 매우 짧은 단점 및 설치 공간에 대한 문제점을 보완하여, 카메라를 통해 공간적 제한없이 긴 거리에서 비접촉 상태로 조향대차의 차륜과 레일 변위를 계측할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광학식이나 초음파식이 갖는 검출범위가 좁고 다수의 센서를 가져야 하는 단점을 보완하여 영상시스템을 통해 조향대차의 차륜과 레일 변위를 넓은 검출 범위에서 실시간으로 계측이 가능하고 시스템의 구성이 단순화되는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서와 같이 카메라 영상을 획득한 후, 조향대차의 차륜과 레일의 변위 계측은 물론, 차륜과 레일의 형상 변형 정도와 답면구배도 계측할 수 있어 추후 지능형 능동 조향대차의 개발이 가능하게 하는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치 및 방법에 대해 첨부한 도면을 참고로 하여 그 특징들을 상세히 설명한다.
이때, 도 1은 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치의 설치 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치의 상세 구성도이고, 도 3은 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 흐름도이고, 도 4는 조향대차에 설치되는 카메라로부터 획득된 입력 영상이고, 도 5는 도 4의 입력영상에서 템플릿 정합을 이용하여 차륜의 위치를 계측하는 영상이고, 도 6은 도 4의 영상에서 에지 검출 연산자를 이용하여 레일 후보를 검출하는 에지 영상이고, 도 7은 도 6의 영상에서 레일 후보 영역에 대한 주행 레일을 검출하는 영상이고, 도 8은 철도차량의 차륜과 레일의 실제 상대변위를 계측하는 영상이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치는 차륜(10)과 레일(20)의 영상을 카메라(100)로 촬영하고 그 영상을 이용하여 철도차량 조향대차(1)의 차륜(10)과 레일(20)의 상대변위에 관한 정보를 계측할 수 있다.
이때, 상기 카메라(100)는 기존의 변위 센서에 비해 상대적으로 먼 거리에서 계측이 가능하고 주변 환경변화에도 안정적이며 설치 공간에 대한 제약이 적은 장점이 있다.
또한 상기 카메라(100)는 철도차량의 하부 능동 조향대차(1)에 장착시에 카메라(100)에서 획득된 영상에 기초하여 차륜(10)과 레일(20)의 상대 변위를 계측하기 때문에 실제 철도차량의 다양한 운행 환경에서도 안정적인 차륜(10)과 레일(20)의 영상을 획득할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치는 능동 조향대차(1)의 차륜(10)과 레일(20)의 영상을 얻기 위한 카메라(100)와, 상기 카메라(100)에서 얻어진 아날로그 영상 정보를 디지털 영상 정보로 변환하는 영상 포착기(frame grabber)(120)와, 상기 차륜(10)과 레일(20)의 디지털 영상 정보를 수집하여 차륜(10)과 레일(20)의 상대변위를 계측하는 데이터 처리수단(200)으로 구성된다.
이때, 상기 차륜(10)과 레일(20)이 설치되는 조향대차(1)의 일측에는 일정 강도의 조명을 차륜(10)과 레일(20)에 조사하여 외부 조명의 환경에 강인하게 영상을 획득할 수 있도록 하는 조명수단(110)이 더 구비된다.
이하, 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.
먼저, 상기 카메라(100)는 차륜(10)과 레일(20)의 아날로그 영상 정보를 촬영하는 장치로서, 조향대차(1)에 설치가 용이한 소형(小型)의 핀홀 카메라(pin hole camera)를 사용함이 바람직하다.
한편, 조향대차(1)의 일측에는 상기 카메라(10)의 렌즈가 향하는 차륜(10)과 레일(20)를 향해 빛을 조사하는 조명수단(110)이 함께 구비되어 어두운 날씨나 야간에도 용이하게 차륜(10)과 레일(20)의 아날로그 영상 정보를 촬영할 수 있게 한다.
물론, 상기 카메라(100)가 작동시에 상기 조명수단(110)이 점등되도록 구성하고, 데이터 처리수단(200)의 상태 감시 및 제어에 의해 상기 조명수단(110) 및 카메라(100)가 작동한다.
이때, 상기 조명수단(110)은 LED 또는 고휘도 램프 등과 같은 다양한 발광용 기구를 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 카메라(100)를 통해 촬영되는 차륜(10)과 레일(20)의 아날로그 영상 정보는 데이터 처리수단(200)에서 직접 분석할 수 없다.
따라서, 상기 아날로그 영상 정보는 영상 포착기(120)를 거치면서 데이터 처리수단(200)이 처리할 수 있는 디지털 데이터 형식의 디지털 영상 정보로 변환된다.
이때, 상기 영상 포착기(120)는 통상적으로 TV, 비디오, CCD 카메라 등 기존 영상 매체에서 나오는 영상신호를 컴퓨터가 처리할 수 있는 신호로 바꾸어 주는 장치로서, 영상획득보드 또는 비디오 디지타이저라고도 한다. 즉, 카메라(100)를 통해 입력되는 아날로그 영상정보가 일단, 컴퓨터가 처리할 수 있는 디지털 데이터로 변환되면 여러가지 소프트웨어적인 처리를 통해 많은 분야에 응용되는데, 화상처리 데이터베이스, 영상 편집 등이 주 응용분야이다.
한편, 상기 영상 포착기(120)를 거친 상태의 디지털 영상 정보는 데이터 처리수단(200)에 수집된다.
이와 같은 데이터 처리수단(200)은 영상 포착기(120)의 디지털 영상 정보가 입력되는 데이터입력 인터페이스부(210)와, 상기 데이터입력 인터페이스부(210)로 입력된 디지털 영상 정보를 분석하여 차륜(10)과 레일(20)의 상대변위를 연산하는 제어부(220)와, 상기 데이터입력 인터페이스부(210)로 입력된 디지털 영상 정보를 저장하고 상기 디지털 영상 정보를 분석하는 상대변위 분석프로그램이 저장되는 메모리부(230)와, 상기 제어부(220)의 구동을 위한 전원을 공급하는 구동전원부(240)와, 상기 제어부(220)에서 분석한 상대변위 분석을 위한 조건을 입력하기 위한 키입력부(250)와, 상기 상대변위 분석 데이터를 표시하는 디스플레이부(260)로 구성된다.
이와 같은 데이터 처리수단(200)은 철도차량의 실내에 설치되는 산업용 컴퓨터나, PC, 노트북 컴퓨터 등과 같은 다양한 장치가 사용될 수 있음은 당연하다. 또한, 원격지의 관제센터에서 상기 데이터 처리수단(200)과 무선 장거리통신부(미도시됨)으로 연결되는 중앙관제서버로 데이터를 전송하여 종합적으로 분석함도 가능하다.
이때, 상기 데이터 처리수단(200)은 상기 능동 조향대차(1)에 장착된 카메라(100)로부터 획득된 차륜(10)과 레일(20)의 디지털 영상정보를 분석하고 이를 이용해 상대변위를 계측해내기 위해 다수의 영상처리 과정을 수행한다.
즉, 상기 데이터 처리수단(200)은 도 4에 도시된 바와 같은 디지털 영상정보(S)를 분석하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 조향대차(1)의 차륜(10) 위치를 측정하기 위해 템플릿 정합(template matching)을 사용하여 차륜(10)의 위치(P1)를 검출하고, 도 6에 도시된 바와 같이 디지털 영상정보 내에서 조향대차(1)의 레일(20)을 검출하기 위해 에지(edge) 연산을 사용하여 레일(20)의 에지(P2)를 검출하며, 도 7에 도시된 바와 같이 디지털 영상정보 내에서 레일(20)의 위치와 방향을 계측하기 위해 휴-변환(Hough Transform)을 적용하여 레일(20)의 위치와 방향(P3)을 검출하고, 도 8에 도시된 바와 같이 디지털 영상정보 내에서 차륜(10)과 레일(20)의 변위값(T)을 측정하고, 디지털 영상정보에서 화소단위로 계측된 조향대차(1)의 차륜(10)과 레일(20)의 변위값을 카메라 보정 정보를 이용하여 실제 차륜(10)과 레일(20)간의 상대변위값을 계측한다.
물론 이와 같이 계측된 철도차량의 차륜(10)과 레일(20)간의 상대변위를 디스플레이부(260)로 표시하여 줌은 당연하다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참고로 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 과정을 상세히 설명한다.
철도 레일(20)은 복잡한 환경의 바닥면에 놓이고 여러 개의 레일(20)이 동시 에 존재할 수 있기 때문에 주행 중인 상태에서 레일(20)을 검출하기는 매우 어렵다. 이에 반해 차륜(10)은 카메라(100)의 위치보다 위쪽에 놓이기 때문에 보다 용이하게 검출될 수 있다.
먼저, 조향대차(1)에 설치된 카메라(100)로부터 차륜(10)과 레일(20)에 대한 아날로그 영상정보를 획득하고, 영상 포착기(120)를 거치면서 변환 입력된 디지털 영상정보가 데이터 처리수단(200)으로 입력된다.(S100)
데이터 처리수단(200)으로 디지털 영상정보(S)가 엽력되면, 차륜(10)과 레일(20)의 영상 특성을 이용하여 차륜(10)을 외부 환경에 강인하게 검출할 수 있다. 즉, 메모리부(230)에 기저장된 정의된 차륜(10)의 템플릿을 현재 인력된 디지털 영상정보(S)의 관심 범위 내에 정합(matching)하여 차륜(10)의 위치(P1)를 검출한다.(S110)
그리고, 디지털 영상정보(S)에서 레일(20)의 위치를 검출하기 위해 에지 검출 연산자를 이용하여 도 6에 도시된 바와 같은 에지 영상을 얻어 레일의 후보 에지들을 검출한다.(S120)
이때, 도 6에서 볼 수 있듯이 후보 레일 에지(P2)는 다른 에지들보다 길고 강한 직선성분으로 표현된다. 이들 후보 레일 에지들에 관해 영상에서 직선을 검출하는데 뛰어난 휴-변환(Hough Transform)을 적용하여 각 레일 에지들의 방향과 위치를 검출한다. 이들 후보 레일 에지들의 크기, 방향과 위치 정보를 분석하여 주행 중에 정확한 레일의 위치와 방향을 검출한다.(S130)
이와 같은 에지 영상으로부터 주어진 후보 레일 에지들에 관해 휴-변환을 적 용하여 주행 중에 레일을 검출한 결과는 도 7에 도시된 바와 같다. 그리고, 마지막으로 디지털 영상정보(S)에서 조향대차(1)의 차륜(10)과 레일(20)의 위치가 검출되면 영상에서 차륜(10)과 레일(20)의 상대적 변위값을 측정한다. 그리고, 디지털 영상정보(S)에서 화소단위로 계측된 조향대차(1)의 차륜(10)과 레일(20)의 변위값을 카메라 보정의 정보를 이용하여 실제의 변위값을 계측한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치의 설치 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치의 상세 구성도.
도 3은 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 흐름도.
도 4는 조향대차에 설치되는 카메라로부터 획득된 입력 영상.
도 5는 도 4의 입력영상에서 템플릿 정합을 이용하여 차륜의 위치를 계측하는 영상.
도 6은 도 4의 영상에서 에지 검출 연산자를 이용하여 레일 후보를 검출하는 에지 영상.
도 7은 도 6의 영상에서 레일 후보 영역에 대한 주행 레일을 검출하는 영상.
도 8은 철도차량의 차륜과 레일의 실제 상대변위를 계측하는 영상.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 조향대차 10: 차륜
20: 레일 100: 카메라
110: 조명수단 120: 영상 포착기
200: 데이터 처리수단

Claims (9)

  1. 철도차량의 조향대차에 설치되어 차륜과 레일의 영상을 획득하는 카메라와;
    상기 카메라에서 얻어진 아날로그 영상 정보를 디지털 영상 정보로 변환하는 영상 포착기와;
    상기 차륜과 레일의 디지털 영상 정보를 수집하여 차륜과 레일의 상대변위를 계측하는 데이터 처리수단;으로 구성되되,
    상기 데이터 처리수단은; 상기 영상 포착기의 디지털 영상 정보가 입력되는 데이터입력 인터페이스부와, 상기 데이터입력 인터페이스부로 입력된 디지털 영상 정보를 분석하여 차륜과 레일의 상대변위를 연산하는 제어부와, 상기 데이터입력 인터페이스부로 입력된 디지털 영상 정보를 저장하고 상기 디지털 영상 정보를 분석하는 상대변위 분석프로그램이 저장되는 메모리부와, 상기 제어부의 구동을 위한 전원을 공급하는 구동전원부와, 상기 제어부에서 분석한 상대변위 분석 데이터를 표시하는 디스플레이부로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조향대차의 일측에는 일정 강도의 조명을 차륜과 레일에 빛을 조사하여 외부 조명의 환경에 강인하게 영상을 획득할 수 있도록 하는 조명수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라는 핀홀 카메라인 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 데이터 처리수단은;
    상기 상대변위 분석을 위한 조건을 입력하기 위한 키입력부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치.
  6. 1항에 있어서,
    상기 데이터 처리수단은 철도차량의 실내에 설치되는 산업용 컴퓨터나, PC, 노트북 컴퓨터 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 장치.
  7. 철도차량의 조향대차에 설치된 카메라로부터 차륜과 레일에 대한 디지털 영상정보를 입력받는 제1단계;
    상기 디지털 영상정보의 관심 범위 내에 정의된 차륜의 템플릿을 정합하여 차륜의 위치를 검출하는 제2단계;
    상기 디지털 영상정보에서 에지 검출 연산자를 이용하여 레일의 후보 에지들을 검출하는 제3단계;
    상기 레일의 후보 에지들에서 직선을 검출하여 주행중인 레일의 위치와 방향을 검출하는 제4단계;
    상기 차륜과 레일의 위치가 검출되면 상기 디지털 영상정보에서 차륜과 레일의 상대적 변위값을 측정하는 제5단계;
    상기 디지털 영상정보에서 화소단위로 계측된 조향대차의 차륜과 레일의 변위값을 카메라 보정의 정보를 이용하여 실제의 변위값을 계측하는 제6단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제4단계는 레일의 위치와 방향을 검출시에 휴-변환(Hough Transform)을 이용하여 후보 레일 에지들의 크기 방향과 위치 정보를 분석하여 주행 중에 레일의 위치와 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 철도차량의 차륜과 레일의 상대변위 계측 방법.
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