KR20230077215A - System for real-time high speed detection of rail way facility using machine vision algorithm based on artificial intelligent - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템에 관한 것으로, 철도 궤도 시설물의 선로 위를 이동하는 열차의 상부 양측에 각각 설치되며, 라인 단위로 해당 열차의 상부 양측 영상을 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와, 해당 열차의 상부 양측에 각각 설치되며, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 제1 및 제2 라인조명장치와, 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어하고, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하는 머신비전 제어장치를 포함함으로써, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체에 대한 검출 및 이상 검지를 신속하고 정확하게 수행하여 해당 열차의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있다.The present invention relates to a real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, which is installed on both sides of the upper part of a train moving on the track of the railway track facility, respectively, and is installed on both sides of the upper part of the corresponding train line by line. First and second line scan camera devices for scanning images to acquire images having two-dimensional images, and installed on both sides of the upper part of the corresponding train, respectively, in the form of a line of the same optical axis as the first and second line scan camera devices. The camera shutters of the first and second line scan camera devices are opened in synchronization with the trigger signal of the first and second line lighting devices that emit light and the preset camera shutter, and the first and second line lighting devices are illuminated at the same time. controls the operation of the first and second line scan camera devices and the first and second line lighting devices to emit light, receives images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, and receives the corresponding railway In order to detect the object to be inspected on the upper part of the track facility, video frames on both sides of the upper part of the corresponding train are divided through a predetermined frame division technique, and in order to determine the position of the subject to be inspected in the upper part of the image frame on both sides of the upper part of the divided train, the corresponding railway track After extracting the edge components of the upper detailed parts of the facility, based on the edge components of the extracted upper detailed parts of the railway track facility, the railway track facility By including a machine vision control device that repeatedly learns the geometric relation of the upper detailed parts to detect the upper object to be inspected and detects anomaly of the upper object to be inspected, It is possible to effectively secure the stability of the train by quickly and accurately detecting and detecting abnormality on the lower object to be inspected.
Description
본 발명은 인공지능(Artificial Intelligent, AI) 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence (AI)-based machine vision algorithm.
일반적으로, 철도가 다른 교통수단과 다른 점은 선로 위를 전기철도 차량(또는 열차)(예컨대, 전철, 지하철, 고속철 등)이 주행한다는 점이며, 사람이나 화물 등을 운반하기 위한 전기철도 차량은 지상 또는 지하에 설치되는 철로를 따라 이동된다.In general, the difference between railroads and other means of transportation is that electric railroad vehicles (or trains) (eg, electric trains, subways, high-speed trains, etc.) run on the tracks, and electric railroad vehicles for transporting people or cargo It is moved along the railroad tracks installed on the ground or underground.
상기 전기철도 차량은 다른 교통수단에 비하여 신속하고 정확하며 안정적인 장점으로 인해 많은 사람들이 이용하고 있다. 더욱이 최근에 고속철도가 개통됨에 따라 대중교통수단으로서 더욱 각광을 받고 있다.The electric railway vehicle is used by many people due to its speedy, accurate and stable advantages compared to other means of transportation. Moreover, with the recent opening of the high-speed rail, it is becoming more and more popular as a means of public transportation.
이러한 전기철도 차량은 집전 시스템인 판토그라프(Pantograph)를 주로 사용하는데, 이러한 판토그라프와 전차선이 정확하게 접촉해야만 전기철도 차량이 안정되게 고속으로 운행할 수 있다.These electric railway vehicles mainly use a pantograph, which is a power collecting system, and the electric railway vehicle can stably operate at high speed only when the pantograph and the tram line are accurately contacted.
즉, 통상의 판토그라프는 전기철도 차량의 지붕에 장치한 마름모꼴로 접을 수 있게 짠 틀 위에 가선(架線)과 접촉하는 집전부를 갖춘 것인데 스프링 또는 압축공기의 힘으로 가선이 밀착하도록 밀어 올리고 있다.That is, a normal pantograph is equipped with a current collector in contact with a wire on a diamond-shaped foldable frame installed on the roof of an electric railway vehicle, and the wire is pushed up so that the wire is in close contact with the force of a spring or compressed air.
상기 판토그라프는 전기철도의 급전 시스템에서 전기철도 차량에 필요한 전기를 전차선과의 접촉을 통해 차량에 전달하는 중요한 설비이다. 이러한 판토그라프는 전기철도 차량의 속도가 증가함에 따라 전차선과의 이선이 증가하여 아크와 충격으로 인한 집전판과 판토그라프 등을 비롯한 세부 부품들의 파손 사례가 증가하고 있다.The pantograph is an important facility for delivering electricity required for an electric railway vehicle to a vehicle through contact with a catenary in an electric railway power supply system. As the speed of the electric railway vehicle increases, the separation of the pantograph with the catenary increases, resulting in an increasing number of damage cases of detailed parts such as current collectors and pantographs due to arcs and impacts.
특히, 전기철도 차량의 상부 및/또는 하부에는 전기철도 차량의 구동에 직접적인 영향을 주는 세부 부품들이 설치되어 있어, 작업자의 육안 및 경험치만으로 세부 부품의 손상 유무를 판단하기에는 안전점검에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 있었다.In particular, since detailed parts that directly affect the operation of the electric railway vehicle are installed in the upper and/or lower part of the electric railway vehicle, the accuracy of safety inspection is low to determine whether or not the detailed parts are damaged only with the operator's eyes and experience. There was a problem.
따라서, 전기철도 차량의 고속 운행 중에도 이러한 판토그라프 등을 비롯한 세부 부품들의 이상 상태를 판단할 수 있는 시스템 개발이 필요한 상황이며, 철도 궤도 시설물의 세부 부품들에 대한 신속하고 정확한 정밀진단을 통해 전기철도 차량의 안정성을 확보하기 위한 검측기술이 절실히 요구되고 있다.Therefore, it is necessary to develop a system that can determine the abnormal state of detailed parts including these pantographs even during the high-speed operation of electric railway vehicles, and through rapid and accurate precision diagnosis of detailed parts of railway track facilities, electric railway There is an urgent need for inspection technology to secure vehicle stability.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도 궤도 시설물의 선로 위를 이동하는 열차의 상부 및/또는 하부 양측에 라인 형태로 광을 조사한 상태에서 라인 단위로 해당 열차의 상부 및/또는 하부 양측 영상을 각각 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득한 후, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체의 2차원 이미지를 가진 전체 영상을 이용하여 인공지능(AI) 기반의 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체의 검출 및 이상 검지를 자동으로 수행함으로써, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체에 대한 검출 및 이상 검지를 신속하고 정확하게 수행하여 해당 열차의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있도록 한 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to irradiate light in a line form to both upper and / or lower sides of a train moving on a track of a railroad track facility, and the corresponding train line by line. After obtaining an image with a two-dimensional image by scanning both images of the upper and / or lower sides of the rail, artificial intelligence (AI) is obtained by using the entire image with the two-dimensional image of the upper and / or lower part of the railway track facility )-based machine vision algorithm to automatically perform detection and abnormality detection of the upper and/or lower part of the railway track facility, thereby detecting and abnormality of the upper and/or lower part of the railway track facility It is to provide a real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm that can effectively secure the stability of the train by quickly and accurately performing it.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 철도 궤도 시설물의 선로 위를 이동하는 열차의 상부 양측에 각각 설치되며, 라인 단위로 해당 열차의 상부 양측 영상을 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치; 해당 열차의 상부 양측에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 제1 및 제2 라인조명장치; 및 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어하고, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 상기 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하는 머신비전 제어장치를 포함하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is installed on both sides of the upper part of a train moving on the track of a railway track facility, respectively, and scans images on both sides of the upper part of the train in units of lines to obtain an image having a two-dimensional image. First and second line scan camera devices for acquiring ; first and second line lighting devices respectively installed on both sides of the upper part of the corresponding train and irradiating light in the form of a line of the same optical axis as the first and second line scan camera devices; and the camera shutters of the first and second line-scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line-scan cameras emit light from the first and second line lighting devices at the same time. It controls the operation of the camera device and the first and second line lighting devices, receives images of both sides of the upper part of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, and detects the object to be inspected from the upper part of the corresponding railroad track facility. In order to do this, video frames on both sides of the upper part of the corresponding train are divided through a predetermined frame division technique, and in the video frames on both sides of the upper part of the divided train, the upper detailed parts of the railway track facility are used to determine the position of the upper object to be inspected. After extracting the edge component for the railway track facility, based on the edge component for the upper detail parts of the railway track facility extracted above, through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method, the upper detail parts of the railway track facility Real-time high-speed detection of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm that includes a machine vision control device that repeatedly learns the geometric relation for the upper object to be inspected and detects anomaly of the upper object to be inspected to provide the system.
여기서, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체 검출을 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하는 영상 분할모듈; 상기 영상 분할모듈로부터 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출하는 에지 추출모듈; 상기 에지 추출모듈로부터 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체의 검출을 위한 제1 인공지능 학습모델을 구축하는 제1 인공지능 학습모듈; 상기 제1 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제1 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 상부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 위한 제2 인공지능 학습모델을 구축하는 제2 인공지능 학습모듈; 상기 제2 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제2 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 상부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 상부 피검사체 이상검지모듈; 및 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어하는 머신비전 제어모듈을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.Here, the machine vision control device receives the images on both sides of the upper part of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, and detects the object to be inspected in the upper part of the corresponding railway track facility through a predetermined frame segmentation technique. An image segmentation module dividing image frames on both upper sides of the train; An edge extraction module for extracting edge components of upper detailed parts of the railway track facility in order to determine the position of the upper object to be inspected in the image frames on both sides of the upper part of the train divided by the image segmentation module; Based on the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility extracted from the edge extraction module, geometric association of the upper detailed parts of the railway track facility through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method A first artificial intelligence learning module for constructing a first artificial intelligence learning model for detecting a corresponding upper subject by repeatedly learning the relationship; Using the first artificial intelligence learning model built from the first artificial intelligence learning module, inferring and analyzing the appearance and location characteristics of the corresponding upper target object for each normal/abnormal feature item of the detected upper target object, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the upper subject subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed upper subject object, the upper subject subject is classified through a predetermined artificial intelligence (AI) based machine learning method. A second artificial intelligence learning module for constructing a second artificial intelligence learning model for abnormality detection of the upper subject by conducting repetitive learning according to the classified abnormality type; The second artificial intelligence learning model built from the second artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormality type of the upper object to be inspected for each characteristic item of the abnormality type of the upper object to be inspected, An upper test object abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the upper test object based on the inferred and analyzed characteristic information on the abnormal occurrence type of the upper test object; and the camera shutters of the first and second line-scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line-scan cameras emit light from the first and second line lighting devices at the same time. It is preferable to include a camera device and a machine vision control module for controlling the operation of the first and second line lighting devices.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 해당 열차의 하부 양측에 각각 설치되며, 라인 단위로 해당 열차의 하부 양측 영상을 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치; 및 해당 열차의 하부 양측에 각각 설치되며, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 제3 및 제4 라인조명장치가 더 포함될 수 있다.Preferably, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention is installed on both sides of the lower part of the corresponding train, respectively, and images of both lower sides of the corresponding train are displayed in units of lines. Third and fourth line scan camera devices for acquiring images having two-dimensional images by scanning; and third and fourth line lighting devices respectively installed on both sides of the lower part of the corresponding train and irradiating light in a line form of the same optical axis as the third and fourth line scan camera devices.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어함과 아울러 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 제어하고, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 상기 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하며, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체에 대한 상대적 위치 및 외형을 반복 학습하여 해당 하부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, the machine vision control device is synchronized with a trigger signal of a preset camera shutter, and the camera shutters of the first and second line scan camera devices are opened and lights of the first and second line lighting devices are emitted at the same time. In addition to controlling the operation of the first and second line scan camera devices and the first and second line lighting devices, the camera shutters of the third and fourth line scan camera devices are opened simultaneously with the third and second line scan camera devices. 4 Controls the operation of the third and fourth line scan camera devices and the third and fourth line lighting devices so that the lights of the line lighting devices are emitted, and the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices; In order to detect the upper object to be inspected by receiving the images on both sides of the upper portion of the train, image frames on both sides of the upper portion of the corresponding train are divided through a predetermined frame division technique, and the position of the corresponding upper object to be inspected is determined in the image frames on both sides of the upper portion of the divided corresponding train. After extracting the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility for the purpose, artificial intelligence (AI) based machine learning method based on the edge components of the upper detailed parts of the extracted railway track facility Through iterative learning of the geometric relation of the upper detailed parts of the railway track facility to detect the upper object to be inspected and to detect the abnormality of the upper object to be inspected, the third and fourth line scan camera devices Received images of both sides of the lower part of the train obtained from the machine learning method based on artificial intelligence (AI) to repeatedly learn the relative position and shape of the lower part of the railway track facility to detect the lower part of the target object In addition, it is possible to perform abnormality detection of the lower object to be inspected.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 상부 피검사체 검출을 위한 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하는 영상 분할모듈; 상기 영상 분할모듈로부터 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출하는 에지 추출모듈; 상기 에지 추출모듈로부터 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체의 검출을 위한 제1 인공지능 학습모델을 구축하는 제1 인공지능 학습모듈; 상기 제1 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제1 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 상부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 위한 제2 인공지능 학습모델을 구축하는 제2 인공지능 학습모듈; 상기 제2 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제2 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 상부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 상부 피검사체 이상검지모듈; 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대한 외형과 상대적 위치 또는 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 하부 피검사체의 검출을 위한 제3 인공지능 학습모델을 구축하는 제3 인공지능 학습모듈; 상기 제3 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제3 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 하부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 위한 제4 인공지능 학습모델을 구축하는 제4 인공지능 학습모듈; 상기 제4 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제4 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 하부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 하부 피검사체 이상검지모듈; 및 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어함과 아울러 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 제어하는 머신비전 제어모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.Preferably, the machine vision control device receives the images of the upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices and uses a predetermined frame division technique for detecting the upper object to be inspected on both sides of the upper portion of the corresponding train. An image segmentation module dividing an image frame; An edge extraction module for extracting edge components of upper detailed parts of the railway track facility in order to determine the position of the upper object to be inspected in the image frames on both sides of the upper part of the train divided by the image segmentation module; Based on the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility extracted from the edge extraction module, geometric association of the upper detailed parts of the railway track facility through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method A first artificial intelligence learning module for constructing a first artificial intelligence learning model for detecting a corresponding upper subject by repeatedly learning the relationship; Using the first artificial intelligence learning model built from the first artificial intelligence learning module, inferring and analyzing the appearance and location characteristics of the corresponding upper target object for each normal/abnormal feature item of the detected upper target object, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the upper subject subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed upper subject object, the upper subject subject is classified through a predetermined artificial intelligence (AI) based machine learning method. A second artificial intelligence learning module for constructing a second artificial intelligence learning model for abnormality detection of the upper subject by conducting repetitive learning according to the classified abnormality type; The second artificial intelligence learning model built from the second artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormality type of the upper object to be inspected for each characteristic item of the abnormality type of the upper object to be inspected, An upper test object abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the upper test object based on the inferred and analyzed characteristic information on the abnormal occurrence type of the upper test object; The images of both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices are provided, and through a predetermined AI-based machine learning method, the appearance and relative position or geometric relation of the corresponding lower part to be inspected are used. A third artificial intelligence learning module for constructing a third artificial intelligence learning model for detection of a corresponding lower subject by repeatedly learning; Using the third artificial intelligence learning model built from the third artificial intelligence learning module, inference and analysis of the appearance and location characteristics of the corresponding lower subject for each normal/abnormal characteristic item of the detected lower subject, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the corresponding lower subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed lower subject, the corresponding lower subject is classified through a machine learning method based on artificial intelligence (AI). A fourth artificial intelligence learning module for constructing a fourth artificial intelligence learning model for abnormality detection of the lower subject by performing repetitive learning according to the classified abnormality type; The fourth artificial intelligence learning model built from the fourth artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormal occurrence type of the lower inspected object for each characteristic item of the abnormal occurrence type for the corresponding lower inspected object, A lower subject abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the corresponding lower subject subject based on the inferred and analyzed characteristic information on the type of abnormal occurrence of the lower subject subject; and the camera shutters of the first and second line-scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line-scan cameras emit light from the first and second line lighting devices at the same time. Controls the operation of the camera device and the first and second line lighting devices, and simultaneously opens the camera shutters of the third and fourth line scan camera devices and emits light from the third and fourth line lighting devices. A machine vision control module for controlling operations of the third and fourth line scan camera devices and the third and fourth line lighting devices may be included.
바람직하게, 상기 제1 내지 제4 인공지능 학습모듈에 적용된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법은, 신경망(Neural Network), SVM(Support Vector Machine), MLP(Multi Layer Perception), 및 딥러닝(Deep Learning) 중 적어도 하나의 인공지능 학습방법으로 이루어질 수 있다.Preferably, the artificial intelligence (AI)-based machine learning method applied to the first to fourth artificial intelligence learning modules includes a neural network, a support vector machine (SVM), a multi-layer perception (MLP), and deep learning. (Deep Learning) can be achieved by at least one artificial intelligence learning method.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 하부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, the machine vision control device detects the corresponding lower part under test by using a preset machine vision algorithm based on images of both sides of the lower part of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and then In addition, through a machine learning method based on artificial intelligence (AI), it is possible to perform abnormality detection of the lower part of the subject.
바람직하게, 상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어질 수 있다.Preferably, the preset machine vision algorithm is at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and location algorithms. It can be done.
바람직하게, 상기 하부 피검사체는, 해당 철도 궤도 시설물의 하부 세부 부품으로서, 지반에 일정간격을 두고 배치되는 복수의 침목들, 상기 복수의 침목들 양측 상단에 직교하는 방향으로 나란하게 고정 설치되는 한 쌍의 철도 레일, 및 상기 복수의 침목들 상에 상기 한 쌍의 철도 레일을 고정시키기 위한 팬트롤 중 적어도 하나의 하부 세부 부품으로 이루어질 수 있다.Preferably, the lower object to be inspected is a lower detail part of the railway track facility, as long as it is fixed side by side in a direction orthogonal to a plurality of sleepers arranged at regular intervals on the ground, and at the upper ends of both sides of the plurality of sleepers. It may be made of at least one lower detailed part of a pair of railway rails and a pan control for fixing the pair of railway rails on the plurality of sleepers.
바람직하게, 상기 하부 피검사체가 복수의 침목들일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 침목 파손의 침목 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, when the lower object to be inspected is a plurality of sleepers, the machine vision control device may perform sleeper abnormality detection of breakage of the sleeper.
바람직하게, 상기 하부 피검사체가 한 쌍의 철도 레일일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 레일 파상(Rail waviness) 마모, 텅레일(Tongue rail) 마모, 및 레일 두부(Rail head) 손상 중 적어도 하나의 레일 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, when the lower object to be inspected is a pair of railroad rails, the machine vision control device performs at least one of rail waviness wear, tongue rail wear, and rail head damage. Rail abnormality detection can be performed.
바람직하게, 상기 하부 피검사체가 팬트롤일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 팬트롤 탈락 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, when the lower object to be inspected is a pan control, the machine vision controller may detect an abnormality in pan control removal.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터 노출시간동안 상기 제1 및 제2 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자의 출력 강도를 정격 연속 최대값보다 큰 펄스(Pulse) 신호 형태의 기 설정된 오버 구동 정전류값으로 인가하여, 고휘도의 밝기를 얻을 수 있도록 펄스 제어를 이용한 정전류 오버 구동(Over Drive) 제어 방식으로 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 각각 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes LEDs provided in the first and second line lighting devices during camera shutter exposure times of the first and second line scan camera devices and the third and fourth line scan camera devices. By applying the output intensity of the light emitting element and the LED light emitting element provided in the third and fourth line lighting devices to a preset overdrive constant current value in the form of a pulse signal greater than the rated continuous maximum value, high brightness can be obtained. The operations of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices may be respectively controlled by a constant current over drive control method using pulse control.
바람직하게, 상기 오버 구동 정전류값은, 각각의 펄스 신호 사이에 상기 제1 및 제2 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자의 냉각 시간을 각각 고려하여 설정될 수 있다.Preferably, the over-driving constant current value is the cooling time of the LED light emitting elements provided in the first and second line lighting devices and the LED light emitting devices provided in the third and fourth line lighting devices between each pulse signal. can be set in consideration of each.
바람직하게, 상기 상부 피검사체는, 해당 열차의 전차선에 접촉하여 해당 전차선으로부터 전기에너지를 집전하기 위한 판토그라프(Pantograph), 및 상기 판토그라프를 통해 해당 열차에 전력을 공급하고, 터널이나 지하공간의 천장면에 해당 열차의 전차선을 고정시키는 장치에 사용되는 고정수단인 티-바(T-BAR) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.Preferably, the upper object to be inspected is a pantograph for collecting electric energy from the corresponding train line by contacting the corresponding train line, and supplying power to the corresponding train through the pantograph, and providing power to the tunnel or underground space. It may be made of at least one of T-bars, which are fixing means used in a device for fixing a catenary of a corresponding train to a ceiling surface.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치는, 적어도 하나의 LED 발광소자를 구비한 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하여 각각 이루어질 수 있다.Preferably, the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices may each include a plurality of LED light emitting channels including at least one LED light emitting element connected in parallel with each other.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 사용자의 요구에 따라 출력된 사용자의 특정 입력신호에 의해 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값의 설정, 고속 스위칭 제어를 위한 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정, 및 고속 스위칭의 동작 신호를 발생하기 위한 클럭(Clock) 발생을 설정하고, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값을 기반으로 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 밝기를 조절하기 위하여 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값을 생성 및 출력하며, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정 정보 및 클럭 정보에 동기하여 상기 출력된 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값에 따라 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 고속 스위칭을 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device emits light of each LED provided in the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices, respectively, in response to a user's specific input signal output according to a user's request. Channel output level target value setting, output channel selection and order setting of each LED light emitting channel for high-speed switching control, and clock generation for generating high-speed switching operation signals are set, and each LED set above is set. In order to adjust the brightness of each LED light emitting element provided in each LED light emitting channel based on the output level target value of the light emitting channel, a target output voltage of each LED light emitting channel is generated and output, and the output of each LED light emitting channel set above Provided respectively in the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices according to the output voltage target value of each LED light emitting channel outputted in synchronization with channel selection and order setting information and clock information High-speed switching of each LED light emitting channel can be controlled.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface, GUI) 기반으로 해당 사용자의 요구에 따라 해당 사용자의 특정 입력신호를 출력할 수 있다.Preferably, the machine vision control device may output a specific input signal of a corresponding user according to a request of the corresponding user based on a graphical user interface (GUI).
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 고속 스위칭 기능에 하드웨어 프로그래밍 기반 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 고속 제어를 수행할 수 있다.Preferably, the machine vision controller may perform high-speed control by using a hardware programming-based Field Programmable Gate Array (FPGA) for a high-speed switching function.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 근처에 각각 설치된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치에 대한 촬영 동작의 유휴 기간을 감지하여, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 촬영 동작 신호가 기 설정된 촬영 동작 기준시간이상 입력되지 않을 때를 유휴 상태로 판단하고, 상기 판단된 유휴 상태 이후에 처음 상태로 유지되도록 촬영 동작 중 상태를 제거하고 초기 입력 상태로 초기화하는 자동 리셋(Reset) 기능을 수행할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes first and second line scan camera devices and third and fourth line scan camera devices installed near the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices, respectively. An idle period of the photographing operation for the scan camera device is detected, and the photographing operation signals of the first and second line scan camera apparatuses and the third and fourth line scan camera apparatuses are not input for more than a preset photographing operation reference time. It is possible to perform an automatic reset function that determines the time as an idle state, removes a state during a photographing operation and initializes it to an initial input state so that the first state is maintained after the determined idle state.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표에 대한 설정값, 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정값, 및 클럭(Clock) 발생을 위한 설정값 중 적어도 하나의 설정값을 별도의 저장모듈에 저장되도록 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes a set value for a target output level of each LED light emitting channel, a set value for output channel selection and order of each LED light emitting channel, and a set value for generating a clock. At least one set value may be controlled to be stored in a separate storage module.
바람직하게, 해당 사용자의 요구에 따라 출력된 해당 사용자의 특정 입력신호는 외부의 단말 또는 서버를 통해 제공될 수 있다.Preferably, the user's specific input signal output according to the user's request may be provided through an external terminal or server.
바람직하게, 상기 외부의 단말 또는 서버는, 미리 설치된 LED 조명 제어를 위한 사용자 설정관련 어플리케이션을 통해 해당 사용자의 요구에 따라 LED 조명 제어의 사용자 설정을 위한 해당 사용자의 특정 입력신호를 유선 또는 무선으로 머신비전 제어장치에 전송할 수 있다.Preferably, the external terminal or server transmits the user's specific input signal for user setting of LED lighting control to the machine wired or wirelessly according to the user's request through a pre-installed user setting related application for LED lighting control. It can be transmitted to the vision control device.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 연속적인 켜짐으로 인한 각 LED 발광소자의 손상을 보호하기 위하여, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널에 대한 고속 스위칭 동작 신호의 변경시 기 설정된 동작 기준시간이하의 일정한 동작 기준시간에만 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널이 고속 스위칭 동작되도록 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device emits light by continuously turning on each LED light emitting element provided in each LED light emitting channel of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices. In order to protect the device from damage, a constant operation of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices for each LED light emitting channel is performed at a predetermined operation standard time or less when the high-speed switching operation signal is changed. Each LED light emitting channel of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices may be controlled to perform a high-speed switching operation only during the reference time.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 상부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.Preferably, the machine vision control device detects the upper object to be inspected by using a preset machine vision algorithm based on the video frames on both sides of the upper portion of the divided corresponding train, and then detects the object to be inspected based on a preset artificial intelligence (AI). It is possible to perform abnormality detection of the upper subject through the machine learning method of.
바람직하게, 상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어질 수 있다.Preferably, the preset machine vision algorithm is at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and location algorithms. It can be done.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 저장하는 저장장치가 더 포함될 수 있다.Preferably, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, A storage device for storing images of both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth linescan camera devices and abnormal detection result information of the upper and lower objects to be inspected may be further included.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 해당 열차의 상부 양측별 및 하부 양측별로 각각 데이터베이스(DB)화하여 상기 저장장치에 저장되도록 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, images of both lower sides of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, And the abnormal detection result information of the upper object to be inspected and the corresponding lower object to be inspected can be controlled to be stored in the storage device by making a database (DB) for each of the upper and lower sides of the train.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 디스플레이 화면에 표시하는 표시장치가 더 포함될 수 있다.Preferably, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, A display device for displaying images of both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth linescan camera devices and abnormal detection result information of the upper and lower objects to be inspected on a display screen may be further included.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 디스플레이 화면에 표시되도록 상기 표시장치의 동작을 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, images of both lower sides of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, And it is possible to control the operation of the display device to display the abnormality detection result information of the upper object to be inspected and the corresponding lower object to be inspected on the display screen.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 유선 또는 무선 통신방식으로 전송하는 통신장치가 더 포함될 수 있다.Preferably, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, A communication device for transmitting images of both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth linescan camera devices and abnormal detection result information of the upper and lower objects to be inspected in a wired or wireless communication method may be further included. there is.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 유선 또는 무선 통신방식으로 외부의 단말 또는 서버에 전송되도록 상기 통신장치의 동작을 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, images of both lower sides of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, And it is possible to control the operation of the communication device to transmit the abnormality detection result information of the upper object to be inspected and the corresponding lower object to be inspected to an external terminal or server in a wired or wireless communication method.
바람직하게, 상기 외부의 단말 또는 서버는, 미리 설치된 철도 궤도 시설물 검지관련 어플리케이션을 통해 상기 통신장치로부터 전송된 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 검색 또는 디스플레이 화면에 표시되도록 서비스를 제공할 수 있다.Preferably, the external terminal or server includes images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices transmitted from the communication device through a pre-installed railroad track facility detection related application, and the third And images of both sides of the lower part of the train obtained from the fourth linescan camera device and abnormal detection result information of the upper part and the lower part of the train can be retrieved or displayed on a display screen.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 또는 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 이미지 스티칭(Image Stitching) 기법을 이용하여 해당 열차의 상부 양측 영상 또는 하부 양측 영상을 파노라믹 영상(Panoramic Image)으로 변환한 후, 상기 변환된 파노라믹 영상을 디스플레이 화면에 표시되도록 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device includes images of both upper sides of the train obtained from the first and second line scan camera devices, or images of both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices. received and converts the images on both sides of the upper or lower sides of the train into a panoramic image using a preset image stitching technique, and then displays the converted panoramic image on the display screen You can control what is displayed.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 해당 철도 궤도 시설물의 선로에 기 설정된 기준위치마다 설치되는 RFID 태그로부터 해당 기준위치 정보를 읽어오는 RFID 태그 리더장치; 해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 해당 열차의 주행거리 정보를 측정하는 주행거리 측정장치; 및 해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 상기 RFID 태그 리더장치의 기준위치 정보 및 상기 주행거리 측정장치의 주행거리 측정정보를 이용하여 해당 열차의 현재 위치정보를 연속해서 자동으로 검출하는 위치 검출장치가 더 포함될 수 있다.Preferably, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention is mounted on the inside/outside of the corresponding train, and is based on a preset standard on the track of the railway track facility. an RFID tag reader device reading corresponding reference position information from an RFID tag installed at each position; a mileage measuring device installed inside/outside the train and measuring mileage information of the train; and a location detection device mounted on the inside/outside of the corresponding train and continuously and automatically detecting the current location information of the corresponding train by using the reference location information of the RFID tag reader device and the mileage measurement information of the mileage measuring device. may be further included.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 위치 검출장치로부터 검출된 해당 열차의 현재 위치정보를 제공받아 이를 기반으로 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상의 각 프레임마다, 또는 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상의 각 프레임마다 해당 열차의 현재 위치정보를 맵핑시켜 별도의 저장장치에 저장되도록 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device receives current location information of the corresponding train detected from the location detection device, and based on this, each image of the upper side of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices is provided. The current location information of the corresponding train may be mapped for each frame or each frame of images of both lower sides of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices and stored in a separate storage device.
바람직하게, 상기 머신비전 제어장치는, 상기 주행거리 측정장치로부터 측정된 해당 열차의 주행거리 측정 신호를 기 설정된 측정가능 주기로 분해하여 영상 촬영을 위한 카메라 셔터의 트리거신호를 생성하고, 상기 생성된 카메라 셔터의 트리거신호를 기반으로 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 동작을 제어할 수 있다.Preferably, the machine vision control device generates a camera shutter trigger signal for capturing an image by decomposing the mileage measurement signal of the corresponding train measured by the mileage measuring device into a preset measurable cycle, and the generated camera Operations of the first and second line scan camera devices and the third and fourth line scan camera devices may be controlled based on a shutter trigger signal.
바람직하게, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들은, 해당 열차의 전차선에 접촉하여 해당 전차선으로부터 전기에너지를 집전하기 위한 판토그라프(Pantograph), 해당 전차선의 하중을 지지하고 가설높이를 유지하기 위한 조가선(Messenger wire) 및 드로퍼(Dropper), 해당 열차의 진행으로부터 해당 전차선이 받는 힘을 지지하고 완충하기 위한 가동브래킷(Moving bracket), 해당 전차선의 하중을 분담하며 상하 진동과 밀어올림 충격을 완충시키기 위한 스테디암(Steady arm), 터널이나 지하공간의 천장면에 해당 전차선을 고정시키기 위한 티-바(T-BAR), 및 전기적인 절연을 위한 절연용 애자 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.Preferably, the upper detailed parts of the railway track facility are a pantograph for contacting the catenary of the train and collecting electric energy from the catenary, a jog wire for supporting the load of the catenary and maintaining the temporary height ( Messenger wire) and dropper, a moving bracket to support and buffer the force received by the corresponding tram line from the progress of the train, and a steady to share the load of the corresponding tram line and buffer the vertical vibration and push-up shock. It may be made of at least one of a steady arm, a T-bar for fixing a corresponding catenary to a ceiling surface of a tunnel or underground space, and an insulation insulator for electrical insulation.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템에 따르면, 철도 궤도 시설물의 선로 위를 이동하는 열차의 상부 및/또는 하부 양측에 라인 형태로 광을 조사한 상태에서 라인 단위로 해당 열차의 상부 및/또는 하부 양측 영상을 각각 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득한 후, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체의 2차원 이미지를 가진 전체 영상을 이용하여 인공지능(AI) 기반의 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체의 검출 및 이상 검지를 자동으로 수행함으로써, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 및/또는 하부 피검사체에 대한 검출 및 이상 검지를 신속하고 정확하게 수행하여 해당 열차의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있는 이점이 있다.According to the real-time high-speed detection system of railway track facilities using the artificial intelligence-based machine vision algorithm of the present invention as described above, light in the form of lines on both sides of the upper and / or lower parts of the train moving on the track of the railway track facilities In the state of irradiation, after acquiring an image with a two-dimensional image by scanning the images on both sides of the upper and / or lower part of the corresponding train line by line, and then having a two-dimensional image of the upper and / or lower part of the inspection object of the railway track facility Using the entire image, AI-based machine vision algorithm is used to automatically detect and detect abnormalities in the upper and/or lower part of the railway track facility, thereby automatically detecting the upper and/or lower part of the railway track facility. There is an advantage in that the stability of the train can be effectively secured by quickly and accurately performing detection and abnormality detection on the lower object to be inspected.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 내지 제4 라인스캔 카메라장치와 제1 내지 제4 라인조명장치의 배치 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치를 통해 획득된 열차의 상부 양측 영상과 머신비전 제어장치를 통해 분할된 열차의 상부 양측 영상 프레임을 일 예로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 추출된 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 일 예로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 추출된 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 일 예로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 검출된 철도 궤도 시설물의 상부 및 하부 피검사체에 대한 이상 검지 결과를 일 예로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치를 통해 획득된 열차의 하부 양측 영상과 머신비전 제어장치를 통해 검출된 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체를 일 예로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체에 대한 검출 과정을 일 예로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 적용된 외부의 단말 및/또는 서버를 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.1 is an overall block diagram illustrating a system for real-time high-speed detection of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed block configuration diagram for explaining a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view for explaining the disposition of first to fourth line scan camera devices and first to fourth line lighting devices applied to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing, as an example, images of both upper sides of a train obtained through first and second line scan camera devices applied to an embodiment of the present invention and image frames of both upper sides of a train divided through a machine vision control device. .
5 is a diagram showing edge components of upper detailed parts of a railway track facility extracted through a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention as an example.
6 is an example of a geometric relationship between upper detailed parts of a railway track facility based on edge components of the upper detailed parts of a railway track facility extracted through a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention. is the drawing shown.
7 is a view showing, for example, abnormality detection results for upper and lower inspection objects of a railway track facility detected through a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing, as an example, images of both sides of the lower part of a train obtained through third and fourth linescan camera devices applied to an embodiment of the present invention and a lower part of a railway track facility inspected through a machine vision control device. am.
9 is a diagram illustrating a detection process for an object to be inspected under a railway track facility through a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention as an example.
10 is a detailed block configuration diagram for explaining an external terminal and/or server applied to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.The above objects, features and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention belongs will be able to easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention exemplified below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.Combinations of each block of the accompanying block diagram and each step of the flowchart may be performed by computer program instructions (execution engine), and these computer program instructions are executed by a processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing equipment. Since it can be mounted, the instructions executed through the processor of a computer or other programmable data processing equipment create means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart. These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular way, such that the computer usable or computer readable memory The instructions stored in are also capable of producing an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flow chart.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.In addition, since the computer program instructions can be loaded on a computer or other programmable data processing equipment, a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executed process to generate a computer or other programmable data processing equipment. It is also possible that instructions performing possible data processing equipment provide steps for executing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flow chart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing specified logical functions, and in some alternative embodiments may refer to blocks or steps. It should be noted that it is also possible for functions to occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may be performed in the reverse order of their corresponding functions, if necessary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 내지 제4 라인스캔 카메라장치와 제1 내지 제4 라인조명장치의 배치 상태를 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치를 통해 획득된 열차의 상부 양측 영상과 머신비전 제어장치를 통해 분할된 열차의 상부 양측 영상 프레임을 일 예로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 추출된 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 일 예로 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 추출된 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 일 예로 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 검출된 철도 궤도 시설물의 상부 및 하부 피검사체에 대한 이상 검지 결과를 일 예로 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치를 통해 획득된 열차의 하부 양측 영상과 머신비전 제어장치를 통해 검출된 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체를 일 예로 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치를 통해 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체에 대한 검출 과정을 일 예로 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 적용된 외부의 단말 및/또는 서버를 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.1 is an overall block configuration diagram for explaining a real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a machine applied to an embodiment of the present invention. It is a specific block configuration diagram for explaining a vision control device, and FIG. 3 is a perspective view for explaining an arrangement state of first to fourth line scan camera devices and first to fourth line lighting devices applied to an embodiment of the present invention. 4 shows images on both sides of the upper portion of the train obtained through the first and second line scan camera devices applied to an embodiment of the present invention and image frames on both sides of the upper portion of the train divided through the machine vision control device as an example. FIG. 5 is a diagram showing, as an example, edge components of upper detailed parts of a railway track facility extracted through a machine vision control device applied to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an example of an embodiment of the present invention. Based on the edge component of the upper detailed parts of the railway track facility extracted through the machine vision control device applied to, it is a diagram showing the geometric relation of the upper detailed parts of the railway track facility as an example, and FIG. 7 is an example of the present invention. 8 is a view showing, as an example, the abnormality detection results for the upper and lower parts of the railway track facility detected through the machine vision control device applied to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing images of both sides of the lower part of the train acquired through the linescan camera device and the lower part of the railway track facility detected through the machine vision control device as an example, and FIG. 9 is a machine vision applied to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the detection process of the lower part of the railway track facility through a control device as an example, and FIG. 10 is a specific block configuration diagram for explaining an external terminal and / or server applied to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은, 크게 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b), 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b), 머신비전 제어장치(300), 및 전원공급장치(400) 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b), 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b), 저장장치(700), 표시장치(750), 통신장치(800), RFID 태그 리더장치(850), 주행거리 측정장치(900), 위치 검출장치(950), 외부의 단말 및/또는 서버(20) 등을 더 포함할 수도 있다. 한편, 도 1 내지 도 10에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.1 to 10, the real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention largely includes first and second line scan camera devices (100a and 100b) ), first and second
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, components of a real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)는 철도 궤도 시설물의 선로 위를 이동하는 열차(1)의 상부 양측에 각각 설치되어 있으며, 라인(Line) 단위로 열차(1)의 상부 양측 영상(즉, 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 영상)을 스캔(Scan)하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 기능을 수행한다.The first and second line
즉, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)는 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)를 통해 광이 조사된 상태에서 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들 및/또는 상부 피검사체의 촬상면을 촬영하고, 촬영된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들 및/또는 상부 피검사체의 라인스캔 영상을 머신비전 제어장치(300)로 전송한다.That is, the first and second line
이러한 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)는 영역(Area) 단위로 영상을 획득하지 않으며, 하나의 라인(Line) 즉, 일차원 선형 구조의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등을 통해 라인(Line) 단위로 스캔하여 2차원 이미지를 획득하는 방식의 카메라로 구현됨이 바람직하다.The first and second line
한편, 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 해당 철도 궤도 시설물의 상측에 구비된 상부 세부 부품들 중 적어도 하나의 상부 세부 부품으로서, 예컨대, 열차(1)의 전차선에 접촉하여 해당 전차선으로부터 전기에너지를 집전하기 위한 판토그라프(Pantograph), 및/또는 상기 판토그라프를 통해 열차(1)에 전력을 공급하고, 터널이나 지하공간의 천장면에 열차(1)의 전차선을 고정시키는 장치에 사용되는 고정수단인 티-바(T-BAR) 중 적어도 하나로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 해당 철도 궤도 시설물의 상측에 구비된 다른 상부 세부 부품들 중 적어도 하나로 이루어질 수도 있다.On the other hand, as shown in FIGS. 4 to 7, the upper inspection object of the railway track facility is at least one upper detail part among the upper detailed parts provided on the upper side of the railway track facility, for example, the train (1) A pantograph for collecting electrical energy from the corresponding catenary in contact with the catenary of the catenary, and/or supplying power to the train (1) through the pantograph, and placing the train (1) on the ceiling surface of the tunnel or underground space It is preferably made of at least one of the T-bars, which are fixing means used in the device for fixing the tram line, but is not limited thereto, and at least one of the other upper detailed parts provided on the upper side of the railway track facility may be done
이때, 해당 철도 궤도 시설물의 상측에 구비된 다른 상부 세부 부품들은 도면에 도시되진 않았지만, 예컨대, 열차(1)의 전차선의 하중을 지지하고 가설높이를 유지하기 위한 조가선(Messenger wire) 및 드로퍼(Dropper), 열차(1)의 진행으로부터 해당 전차선이 받는 힘을 지지하고 완충하기 위한 가동브래킷(Moving bracket), 해당 전차선의 하중을 분담하며 상하 진동과 밀어올림 충격을 완충시키기 위한 스테디암(Steady arm), 및/또는 전기적인 절연을 위한 절연용 애자 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.At this time, other upper detailed parts provided on the upper side of the railway track facility are not shown in the drawing, but, for example, messenger wire and dropper for supporting the load of the catenary of the
제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 열차(1)의 상부 양측에 각각 설치되어 있으며, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 기능을 수행한다.The first and second
이러한 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 도면에 도시되진 않았지만, 적어도 하나의 LED 발광소자를 구비한 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하여 각각 이루어짐이 바람직하다.Although not shown in the drawings, the first and second
즉, 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하여 이루어지고, 상기 복수의 LED 발광채널 각각은 적어도 하나의 LED 발광소자를 포함하여 이루어질 수 있다.That is, the first and second
또한, 상기 각 LED 발광채널에 구비된 LED 발광소자가 둘 이상일 경우, 각각의 LED 발광소자가 어레이 형태로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다.In addition, when there are two or more LED light emitting elements provided in each of the LED light emitting channels, each LED light emitting element may be connected in series and/or parallel in an array form.
상기와 같이 구성된 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 머신비전 제어장치(300)로부터 출력된 동작 전압을 인가받아 각 LED 발광채널의 각 LED 발광소자를 동작시킬 수 있다.The first and second
한편, 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들 및/또는 상부 피검사체에 면광을 조사할 수 있도록 다수의 LED(Light Emitting Diode) 발광소자가 어레이 형태로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 형광등, 백열등, 할로겐등, 수은등, 네온관등, 나트륨등, 메탈 할라이드 램프 또는 EL(Electro-Luminescent) 램프 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수도 있다.On the other hand, the first and second
또한, 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)는 예컨대, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 발광다이오드 디스플레이(Light Emitting Diode, LED), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel, PDP), 표면 얼터네이트 라이팅(ALiS), 디지털 광원 처리(DLP), 실리콘 액정(LCoS), 표면 전도형 전자방출소자 디스플레이(SED), 전계방출 디스플레이(FED), 레이저 TV(양자 점 레이저, 액정 레이저), 광유전성 액체 디스플레이(FLD), 간섭계 변조기 디스플레이(iMoD), 두꺼운 필름 유전체 전기(TDEL), 양자점 디스플레이(QD-LED), 텔레스코픽 픽셀 디스플레이(TPD), 유기발광 트랜지스터(OLET), 및/또는 레이저 형광 디스플레이(LPD) 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들 및/또는 상부 피검사체에 면광을 조사할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 포함할 수 있다.In addition, the first and second
머신비전 제어장치(300)는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템의 전반적인 제어를 담당하는 장치로서, 특히 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 조명이 발광하도록 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.The machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 열차(1)의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 상기 분할된 열차(1)의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 상기 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하는 기능을 수행한다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 상기 분할된 열차(1)의 상부 양측 영상 프레임을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 상부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.In addition, the machine
이때, 상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은 예컨대, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및/또는 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어짐이 바람직하다.In this case, the preset machine vision algorithm is, for example, at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and/or location algorithms. Preferably it is made of an algorithm.
또한, 머신비전 제어장치(300)는 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 조명이 발광하도록 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 동작을 제어함과 아울러 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 조명이 발광하도록 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체에 대한 상대적 위치 및 외형을 반복 학습하여 해당 하부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 하부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행할 수 있다.In addition, the machine
이때, 상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은 예컨대, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및/또는 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어짐이 바람직하다.In this case, the preset machine vision algorithm is, for example, at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and/or location algorithms. Preferably it is made of an algorithm.
한편, 해당 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 해당 철도 궤도 시설물의 하부 세부 부품들 중 적어도 하나의 하부 세부 부품으로서, 지반에 일정간격을 두고 배치되는 복수의 침목들, 상기 복수의 침목들 양측 상단에 직교하는 방향으로 나란하게 고정 설치되는 한 쌍의 철도 레일, 및/또는 상기 복수의 침목들 상에 상기 한 쌍의 철도 레일을 고정시키기 위한 팬트롤 중 적어도 하나의 하부 세부 부품으로 이루어짐이 바람직하다.On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, the lower inspection object of the railway track facility is at least one lower detail part among the lower detailed parts of the railway track facility, and a plurality of lower parts disposed at regular intervals on the ground. At least one of the sleepers, a pair of railroad rails fixed and installed side by side in a direction orthogonal to the upper ends of both sides of the plurality of sleepers, and/or a pan control for fixing the pair of railroad rails on the plurality of sleepers. Preferably it consists of one lower detail.
만약, 상기 하부 피검사체가 복수의 침목들일 경우, 머신비전 제어장치(300)는 침목 파손의 침목 이상 검지를 수행할 수 있다. 상기 하부 피검사체가 한 쌍의 철도 레일일 경우, 머신비전 제어장치(300)는 레일 파상(Rail waviness) 마모, 텅레일(Tongue rail) 마모, 및/또는 레일 두부(Rail head) 손상 중 적어도 하나의 레일 이상 검지를 수행할 수 있다. 상기 하부 피검사체가 팬트롤일 경우, 머신비전 제어장치(300)는 팬트롤 탈락 이상 검지를 수행할 수 있다.If the lower object to be inspected is a plurality of sleepers, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)의 카메라 셔터 노출시간동안 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)에 구비된 LED 발광소자와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)에 구비된 LED 발광소자의 출력 강도를 정격 연속 최대값보다 큰 펄스(Pulse) 신호 형태의 기 설정된 오버 구동 정전류값으로 인가하여, 고휘도의 밝기를 얻을 수 있도록 펄스 제어를 이용한 정전류 오버 구동(Over Drive) 제어 방식으로 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 동작을 각각 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
이때, 상기 오버 구동 정전류값은 각각의 펄스 신호 사이에 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)에 구비된 LED 발광소자와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)에 구비된 LED 발광소자의 냉각 시간을 각각 고려하여 설정됨이 바람직하다.At this time, the over-driving constant current value is the LED light emitting element provided in the first and second
또한, 머신비전 제어장치(300)는 사용자의 요구에 따라 출력된 사용자의 특정 입력신호에 의해 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값의 설정, 고속 스위칭 제어를 위한 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정, 및/또는 고속 스위칭의 동작 신호를 발생하기 위한 클럭(Clock) 발생을 설정하고, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값을 기반으로 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 밝기를 조절하기 위하여 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값을 생성 및 출력하며, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정 정보 및 클럭 정보에 동기하여 상기 출력된 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값에 따라 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 고속 스위칭을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface, GUI) 기반으로 해당 사용자의 요구에 따라 해당 사용자의 특정 입력신호를 출력하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 고속 스위칭 기능에 하드웨어 프로그래밍 기반 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 고속 제어를 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 근처에 각각 설치된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)에 대한 촬영 동작의 유휴 기간을 감지하여, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)의 촬영 동작 신호가 기 설정된 촬영 동작 기준시간이상 입력되지 않을 때를 유휴 상태로 판단하고, 상기 판단된 유휴 상태 이후에 처음 상태로 유지되도록 촬영 동작 중 상태를 제거하고 초기 입력 상태로 초기화하는 자동 리셋(Reset) 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 머신비전 제어장치(300)는 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표에 대한 설정값, 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정값, 및/또는 클럭(Clock) 발생을 위한 설정값 중 적어도 하나의 설정값을 별도의 저장모듈(미도시) 또는 저장장치(700)에 저장되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
한편, 해당 사용자의 요구에 따라 출력된 해당 사용자의 특정 입력신호는 외부의 단말 및/또는 서버(20)를 통해 제공될 수 있다.Meanwhile, the user's specific input signal output according to the user's request may be provided through an external terminal and/or the
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 연속적인 켜짐으로 인한 각 LED 발광소자의 손상을 보호하기 위하여, 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 각 LED 발광채널에 대한 고속 스위칭 동작 신호의 변경시 기 설정된 동작 기준시간이하의 일정한 동작 기준시간에만 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 각 LED 발광채널이 고속 스위칭 동작되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보 중 적어도 하나의 정보를 열차(1)의 상부 양측별 및/또는 하부 양측별로 각각 데이터베이스(DB)화하여 저장장치(700)에 저장되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보 중 적어도 하나의 정보를 디스플레이 화면에 표시되도록 표시장치(750)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보 중 적어도 하나의 정보를 유선 및/또는 무선 통신방식으로 외부의 단말 및/또는 서버(20)에 전송되도록 통신장치(800)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 및/또는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 이미지 스티칭(Image Stitching) 기법을 이용하여 열차(1)의 상부 양측 영상 및/또는 하부 양측 영상을 파노라믹 영상(Panoramic Image)으로 변환한 후, 상기 변환된 파노라믹 영상을 디스플레이 화면에 표시되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 머신비전 제어장치(300)는 주행거리 측정장치(900)로부터 측정된 열차(1)의 주행거리 측정 신호를 기 설정된 측정가능 주기로 분해하여 영상 촬영을 위한 카메라 셔터의 트리거신호를 생성하고, 상기 생성된 카메라 셔터의 트리거신호를 기반으로 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어장치(300)는 위치 검출장치(950)로부터 검출된 열차(1)의 현재 위치정보를 제공받아 이를 기반으로 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상의 각 프레임마다, 및/또는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상의 각 프레임마다 열차(1)의 현재 위치정보를 맵핑시켜 별도의 저장장치(700)에 저장되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the machine
이러한 머신미전 제어장치(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 영상 분할모듈(310), 에지 추출모듈(320), 제1 인공지능 학습모듈(330), 제2 인공지능 학습모듈(340), 상부 피검사체 이상검지모듈(350), 및 머신비전 제어모듈(360) 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신미전 제어장치(300)는 제3 인공지능 학습모듈(370), 제4 인공지능 학습모듈(380), 및/또는 하부 피검사체 이상검지모듈(390) 등을 더 포함할 수도 있다. 한편, 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치(300)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.As shown in FIG. 2, the machine
이하, 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치(300)의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, components of the machine
영상 분할모듈(310)은 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상을 제공받아 상부 피검사체 검출을 위한 기 설정된 프레임 분할(Frame segmentation) 기법을 통해 열차(1)의 상부 양측 영상 프레임을 분할하는 기능을 수행한다.The
이때, 상기 기 설정된 프레임 분할 기법은 통상의 영상 처리 기법으로서, 디지털 영상을 여러 개의 픽셀 집합으로 나누는 과정이며, 특히 영상에서 물체와 경계(예컨대, 선, 곡선 등)를 찾는데 사용되는 기법이며, 이러한 영상 분할 또는 프레임 분할 기법은 통상적으로 널리 알려진 영상 처리 기법으로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.At this time, the preset frame division technique is a common image processing technique, which is a process of dividing a digital image into a plurality of pixel sets, and is particularly a technique used to find objects and boundaries (eg, lines, curves, etc.) in an image. The image segmentation or frame segmentation technique is a commonly known image processing technique, and a detailed description thereof will be omitted.
에지 추출모듈(320)은 영상 분할모듈(310)로부터 분할된 열차(1)의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출하는 기능을 수행한다.The
제1 인공지능 학습모듈(330)은 에지 추출모듈(320)로부터 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체의 검출을 위한 제1 인공지능 학습모델을 구축하는 기능을 수행한다.The first artificial
제2 인공지능 학습모듈(340)은 제1 인공지능 학습모듈(330)로부터 구축된 제1 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 상부 피검사체에 대해 정상 및/또는 이상 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 위한 제2 인공지능 학습모델을 구축하는 기능을 수행한다.The second artificial
상부 피검사체 이상검지모듈(350)은 제2 인공지능 학습모듈(340)로부터 구축된 제2 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 상부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 기능을 수행한다.The upper subject object
그리고, 머신비전 제어모듈(360)은 본 발명의 일 실시예에 적용된 머신비전 제어장치(300)의 전반적인 제어를 담당하는 바, 전술한 머신미전 제어장치(300)에서 수행되는 모든 제어 기능들을 수행할 수 있으며, 특히 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 조명이 발광하도록 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.In addition, the machine
또한, 머신비전 제어모듈(360)은 기 설정된 카메라 셔털의 트리거신호에 동기화되어 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)의 카메라 셔터가 열림과 동시에 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 조명이 발광하도록 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)와 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.In addition, the machine
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.Various embodiments described herein may be embodied in a recording medium readable by a computer or similar device using, for example, software, hardware, or a combination thereof.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 그러한 실시예들이 머신비전 제어모듈(360)에 의해 구현될 수 있다.According to the hardware implementation, the embodiments described herein include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and field programmable gate arrays (FPGAs). , processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing functions. In some cases, such embodiments may be implemented by machine
소프트웨어적인 구현에 의하면, 절차나 기능과 같은 실시예들은 적어도 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈과 함께 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어 코드는 별도의 저장모듈(미도시) 또는 저장장치(700)에 저장되고, 머신비전 제어모듈(360)에 의해 실행될 수 있다.According to software implementation, embodiments such as procedures or functions may be implemented together with a separate software module to perform at least one function or operation. The software code may be implemented by a software application written in any suitable programming language. In addition, the software code may be stored in a separate storage module (not shown) or the
한편, 상기와 같이 전술된 모듈들 즉, 영상 분할모듈(310), 에지 추출모듈(320), 제1 인공지능 학습모듈(330), 제2 인공지능 학습모듈(340), 및 상부 피검사체 이상검지모듈(350)을 별도로 분리하여 각각의 모듈에서 기능이 수행되도록 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 머신비전 제어모듈(360)에서 전술된 모듈들의 기능들을 모두 수행되도록 구현할 수도 있다.On the other hand, as described above, that is, the
추가적으로, 제3 인공지능 학습모듈(370)은 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대한 외형과 상대적 위치 및/또는 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 하부 피검사체의 검출을 위한 제3 인공지능 학습모델을 구축하는 기능을 수행한다.In addition, the third artificial
예컨대, 해당 하부 피검사체가 레일(Rail)일 경우, 머신비전 제어모듈(360) 및/또는 제3 인공지능 학습모듈(370)은 열차(1)의 하부 양측 영상에서 에지(edge) 검출 후 직선 검출을 위한 허프 변환(Hough Transform)을 적용하고, 레일외의 직선 성분이 존재하므로 상기 허프 변환 적용 후의 기울기 값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 학습하며, 최종의 기울기 값 선택 및 레일 영역을 검출할 수 있다. 한편, 상기 레일은 팬트롤과 침목의 검출 영역을 기반한 상대적 위치 학습 알고리즘을 통해 검출할 수도 있다(도 9 참조).For example, when the corresponding lower object to be inspected is a rail, the machine
한편, 해당 하부 피검사체가 침목일 경우, 침목의 위치 결정(Localization)을 위하여 상기 검출된 레일 영역을 사용할 수 있으며, 상기 검출된 레일 영역을 중심으로 SVM(Support Vector Machine)을 통하여 레일과 수직인 기울기 성분을 학습하고, 레일과 수직인 기울기를 갖는 에지(edge)들을 검출하여 일정한 간격의 침목 위치 결정(Localization)의 초기 값을 제공할 수 있다.On the other hand, when the corresponding lower object to be inspected is a sleeper, the detected rail area can be used for localization of the sleeper, and the detected rail area is centered on the SVM (Support Vector Machine), and the rail is perpendicular to the rail. It is possible to provide an initial value of localization of sleepers at regular intervals by learning the slope component and detecting edges having a slope perpendicular to the rail.
다른 한편, 해당 하부 검사체가 팬트롤일 경우, 침목의 위치 결정 결과를 이용하여 상대적인 좌/우 위치에 팬트롤 위치 결정(Localization)의 초기 값을 제공할 수 있다.On the other hand, if the lower inspection object is a pantrol, an initial value of pantrol localization can be provided to the relative left/right position using the positioning result of the sleeper.
제4 인공지능 학습모듈(380)은 제3 인공지능 학습모듈(370)로부터 구축된 제3 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 하부 피검사체에 대해 정상 및/또는 이상 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 위한 제4 인공지능 학습모델을 구축하는 기능을 수행한다.The fourth artificial
그리고, 하부 피검사체 이상검지모듈(390)은 제4 인공지능 학습모듈(380)로부터 구축된 제4 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 하부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 기능을 수행한다.In addition, the lower subject
이때, 제1 및 제2 인공지능 학습모듈(330 및 340)과 제3 및 제4 인공지능 학습모듈(370 및 380)에 적용된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법은 예컨대, 신경망(Neural Network), SVM(Support Vector Machine), MLP(Multi Layer Perception), 및/또는 딥러닝(Deep Learning) 중 적어도 하나의 인공지능 학습방법으로 이루어짐이 바람직하다.At this time, the artificial intelligence (AI)-based machine learning method applied to the first and second artificial intelligence learning modules (330 and 340) and the third and fourth artificial intelligence learning modules (370 and 380) is, for example, a neural network (Neural Network). ), Support Vector Machine (SVM), Multi Layer Perception (MLP), and/or Deep Learning.
한편, 상기와 같이 전술된 모듈들 즉, 제3 인공지능 학습모듈(370), 제4 인공지능 학습모듈(380), 및/또는 하부 피검사체 이상검지모듈(390)을 별도로 분리하여 각각의 모듈에서 기능이 수행되도록 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 머신비전 제어모듈(360)에서 전술된 모듈들의 기능들을 모두 수행되도록 구현할 수도 있다.On the other hand, as described above, that is, the third artificial
그리고, 전원공급장치(400)는 전술한 각 장치들 즉, 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b), 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b), 머신비전 제어장치(300), 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b), 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b), 저장장치(700), 표시장치(750), 통신장치(800), RFID 태그 리더장치(850), 주행거리 측정장치(900), 및/또는 위치 검출장치(950) 등의 동작에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행하는 바, 계속적인 전원 공급을 위해 상용 교류(AC) 전원(예컨대, AC 220V 또는 380V 등)을 직류(DC) 및/또는 교류(AC) 전원으로 변환되도록 구현함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 통상의 휴대용 배터리(Battery)를 포함하여 구현할 수도 있다.In addition, the
또한, 전원공급장치(400)에는 외부의 전원 충격으로부터 부품을 보호하고 일정한 전압을 출력하는 기능을 수행하는 전원 관리부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 전원 관리부는 ESD(Electro Static Damage) 보호기, 전원 감지기, 정류기 및 전원 차단기 등을 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the
여기서, 상기 ESD 보호기는 정전기 또는 급격한 전원 충격으로부터 전장 부품을 보호하도록 구성한다. 상기 전원 감지기는 허용 전압 범위 외의 전압이 유입될 경우 상기 전원 차단기에 차단신호를 보내고, 허용 전압 범위 내에서 전압 변화에 따라 승압 또는 강압 신호를 상기 정류기에 전달하도록 구성한다. 상기 정류기는 입력 전압의 변동을 최소하여 일정한 전압이 공급되도록 상기 전원 감지기의 신호에 따라 승압 또는 강압의 정류 동작을 수행하도록 구성한다. 상기 전원 차단기는 상기 전원 감지기로부터 전달되는 차단 신호에 따라 배터리로부터 공급되는 전원을 차단하도록 구성한다.Here, the ESD protector is configured to protect electric components from static electricity or sudden power shock. The power detector is configured to send a cut-off signal to the power circuit breaker when a voltage outside the allowable voltage range is introduced, and transmit a step-up or step-down signal to the rectifier according to a voltage change within the allowable voltage range. The rectifier is configured to perform a step-up or step-down rectification operation according to the signal of the power detector so that a constant voltage is supplied by minimizing fluctuations in the input voltage. The power breaker is configured to cut off power supplied from a battery according to a cutoff signal transmitted from the power detector.
추가적으로, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)는 열차(1)의 하부 양측에 각각 설치되어 있으며, 라인 단위로 열차(1)의 하부 양측 영상(즉, 철도 궤도 시설물의 하부 세부 부품들에 대한 영상)을 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 기능을 수행한다.Additionally, the third and fourth line
또한, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)는 전술한 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)와 설치 위치만 다를 뿐 동일한 구조로 이루어져 있으므로, 구체적인 설명은 전술한 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)의 설명을 참조하기로 한다.In addition, since the third and fourth line
제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)는 열차(1)의 하부 양측에 각각 설치되어 있으며, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 기능을 수행한다.The third and fourth
또한, 제3 및 제4 라인조명장치(600a 및 600b)는 전술한 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)와 설치 위치만 다를 뿐 동일한 구조로 이루어져 있으므로, 구체적인 설명은 전술한 제1 및 제2 라인조명장치(200a 및 200b)의 설명을 참조하기로 한다.In addition, since the third and fourth
저장장치(700)는 머신비전 제어장치(300)와 연결되어 있으며, 머신비전 제어장치(300)의 제어에 따라 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 저장하는 기능을 수행한다.The
이러한 저장장치(700)는 고속으로 이동하는 고해상도의 대용량 영상을 획득하여 저장하여야 하므로, 영상 데이터의 대역폭을 고려하여 SSD(Solid State Drive) 타입의 대용량 메모리 장치로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 플래시 메모리 타입(Flash Memory type), 하드디스크 타입(Hard Disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 및/또는 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수도 있다.Since the
표시장치(750)는 머신비전 제어장치(300)와 연결되어 있으며, 머신비전 제어장치(300)의 제어에 따라 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 디스플레이 화면에 표시하는 기능을 수행한다.The
이러한 표시장치(750)는 예컨대, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 발광다이오드 디스플레이(Light Emitting Diode, LED), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel, PDP), 표면 얼터네이트 라이팅(ALiS), 디지털 광원 처리(DLP), 실리콘 액정(LCoS), 표면 전도형 전자방출소자 디스플레이(SED), 전계방출 디스플레이(FED), 레이저 TV(양자 점 레이저, 액정 레이저), 광유전성 액체 디스플레이(FLD), 간섭계 변조기 디스플레이(iMoD), 두꺼운 필름 유전체 전기(TDEL), 양자점 디스플레이(QD-LED), 텔레스코픽 픽셀 디스플레이(TPD), 유기발광 트랜지스터(OLET), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 외부의 영상, 문자 및/또는 문서 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 디스플레이(Display)할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 포함할 수 있다.Such a
통신장치(800)는 머신비전 제어장치(300)와 연결되어 있으며, 머신비전 제어장치(300)의 제어에 따라 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 통신망(10)을 통해 유선 및/또는 무선 통신방식으로 외부의 단말 및/또는 서버(20)에 전송하는 기능을 수행한다.The
이때, 통신망(10)은 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 와이파이(WiFi), 와이기그(WiGig), 와이브로(Wireless Broadband Internet, Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, Wimax) 등을 포함하는 차세대 무선 통신망일 수 있다.At this time, the
상기 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미하며, 외부의 단말 및/또는 서버(20)가 통신장치(800)에 접속될 수 있게 하는 환경을 제공한다. 한편, 상기 인터넷은 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망일 수도 있다.The Internet is a TCP / IP protocol and various services existing in the upper layer, that is, HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP (File Transfer Protocol), DNS (Domain Name System), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), It means a worldwide open computer network structure that provides SNMP (Simple Network Management Protocol), NFS (Network File Service), NIS (Network Information Service), etc., and an external terminal and/or
만약, 통신망(10)이 이동 통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 상기 비동기식 이동 통신망의 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 상기 이동 통신망은 예컨대, RNC(Radio Network Controller) 등을 포함할 수 있다. 한편, 상기 WCDMA망을 일 예로 들었지만, 셀룰러(cellular) 기반의 3G망, LTE망, 4G망, 5G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다. 이러한 통신망(10)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)와 통신장치(800) 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 수행한다.If the
한편, 통신망(10)은 예컨대, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 비콘(Beacon), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification), 및/또는 적외선(IR) 통신 중 적어도 하나의 근거리 통신 방식을 이용할 수도 있다.On the other hand, the
RFID 태그 리더장치(850)는 열차(1)의 내부 및/또는 외부에 탑재되어 있으며, 해당 철도 궤도 시설물의 선로에 기 설정된 기준위치마다 설치되는 RFID 태그(Tag)로부터 해당 기준위치 정보를 읽어오는 기능을 수행한다.The RFID
주행거리 측정장치(900)는 열차(1)의 내부 및/또는 외부에 탑재되어 있으며, 열차(1)의 주행거리 정보를 측정하는 기능을 수행한다. 이러한 주행거리 측정장치(900)는 열차(1)의 이동 신호 수집을 위한 통상의 타고 메터(Taco meter) 등을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.The
위치 검출장치(950)는 열차(1)의 내부 및/또는 외부에 탑재되어 있으며, RFID 태그 리더장치(850)의 기준위치 정보 및 주행거리 측정장치(900)의 주행거리 측정정보를 이용하여 열차(1)의 현재 위치정보를 연속해서 자동으로 검출하는 기능을 수행한다.The
그리고, 외부의 단말 및/또는 서버(20)는 미리 설치된 특정의 어플리케이션 즉, LED 조명 제어를 위한 사용자 설정관련 어플리케이션을 통해 해당 사용자의 요구에 따라 LED 조명 제어의 사용자 설정을 위한 해당 사용자의 특정 입력신호를 통신망(10)을 통해 유선 및/또는 무선으로 머신비전 제어장치(300)에 전송하는 기능을 수행한다.In addition, the external terminal and/or
또한, 외부의 단말 및/또는 서버(20)는 미리 설치된 특정의 어플리케이션 즉, 철도 궤도 시설물 검지관련 어플리케이션을 통해 통신장치(800)로부터 전송된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치(100a 및 100b)로부터 획득된 열차(1)의 상부 양측 영상, 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치(500a 및 500b)로부터 획득된 열차(1)의 하부 양측 영상, 및/또는 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 검색 및/또는 디스플레이 화면에 표시되도록 서비스를 제공할 수 있다.In addition, the external terminal and/or
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 외부의 단말 및/또는 서버(20)는 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad) 또는 스마트 노트(Smart Note) 중 적어도 하나의 이동 단말 장치로 이루어짐이 바람직하며, 이외에도 개인용 PC, 노트북 PC, 팜(Palm) PC, 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 통신망(10) 및 통신장치(800)에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.On the other hand, the external terminal and / or
이러한 외부의 단말 및/또는 서버(20)는 도 10에 도시된 바와 같이, 무선 통신모듈(21), A/V(Audio/Video) 입력모듈(22), 사용자 입력모듈(23), 센싱모듈(24), 출력모듈(25), 저장모듈(26), 인터페이스 모듈(27), 단말 제어모듈(28) 및 전원모듈(29) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 10에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 외부의 단말 및/또는 서버(20)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.As shown in FIG. 10, such an external terminal and/or
이하, 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the components of the external terminal and/or
무선 통신모듈(21)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)와 통신장치(800) 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예컨대, 무선 통신모듈(21)은 방송 수신 모듈(21a), 이동 통신 모듈(21b), 무선 인터넷 모듈(21c), 근거리 통신 모듈(21d) 및 위치 정보 모듈(21e) 등을 포함할 수 있다.The
방송 수신 모듈(21a)은 다양한 방송채널(예컨대, 위성채널, 지상파채널 등)을 통하여 외부의 방송관리서버로부터 방송신호(예컨대, TV 방송신호, 라디오 방송신호, 데이터 방송신호 등) 및/또는 방송관련 정보를 수신한다.The
이동 통신 모듈(21b)은 이동 통신망 상에서 기지국, 사용자 단말 및/또는 서버(20) 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는 음성 콜(call) 신호, 화상 통화 콜 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.The
무선 인터넷 모듈(21c)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈로서, 외부의 단말 및/또는 서버(20)에 내장되거나 외장될 수 있다. 상기 무선 인터넷 기술로는 예컨대, WLAN(Wi-Fi), Wibro, Wimax, HSDPA, LTE 등이 이용될 수 있다.The
근거리 통신 모듈(21d)은 근거리 통신을 위한 모듈로서, 예컨대, 블루투스(Bluetooth) 통신, 지그비(ZigBee) 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 또는 적외선(IR) 통신 등이 이용될 수 있다.The short-
위치 정보 모듈(21e)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 위치를 확인하거나 얻기 위한 모듈로서, GPS(Global Position System) 등을 이용하여 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 현재 위치 정보를 획득할 수 있다.The
한편, 단말 제어모듈(28)의 제어에 따라 전술한 무선 통신모듈(21) 및/또는 유선 통신모듈(미도시)을 통해 저장모듈(26)에 저장된 특정의 어플리케이션 프로그램을 이용하여 통신장치(800)와 데이터 송수신을 수행할 수 있다.Meanwhile, under the control of the
A/V 입력모듈(22)은 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 모듈로서, 기본적으로 카메라부(22a)와 마이크부(22b) 등이 포함될 수 있다. 카메라부(22a)는 화상통화모드 또는 촬영모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 마이크부(22b)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식모드 등에서 마이크로폰에 의해 외부의 음향신호를 입력받아 전기적인 음성데이터로 처리한다.The A/
사용자 입력모듈(23)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시키는 모듈로서, 특히 출력모듈(25)의 디스플레이부(25a)를 통해 표시되는 데이터 관리 정보들 중 어느 하나에 대한 선택 신호를 입력하는 기능을 수행하며, 예컨대, 사용자의 터치에 의하여 입력되는 터치 패널(정압/정전) 형식이거나 별도의 입력 장치(예컨대, 키 패드 돔 스위치, 조그 휠, 조그 스위치 등)를 이용하여 입력될 수 있다.The
센싱모듈(24)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 개폐 상태, 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 위치, 사용자 접촉 유무, 특정 부위에 대한 사용자의 터치 동작, 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 방위, 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 가속/감속 등과 같이 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 현 상태를 감지하여 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 이러한 센싱 신호는 단말 제어모듈(28)에 전달되어, 단말 제어모듈(28)이 특정 기능을 수행하는 기초가 될 수 있다.The
출력모듈(25)은 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 모듈로서, 기본적으로 디스플레이부(25a), 음향출력부(25b), 알람부(25c) 및 햅틱부(25d) 등이 포함될 수 있다.The
디스플레이부(25a)는 외부의 단말 및/또는 서버(20)에서 처리되는 정보를 표시 출력하기 위한 것으로서, 예컨대, 외부의 단말 및/또는 서버(20)가 통화모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphical User Interface)를 표시하고, 화상통화모드 또는 촬영모드인 경우에는 촬영 및/또는 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.The
음향출력부(25b)는 예컨대, 콜 신호수신, 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식모드, 방송수신모드 등에서 무선 통신모듈(21)로부터 수신되거나 저장모듈(26)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수도 있다.The
알람부(25c)는 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수 있다. 외부의 단말 및/또는 서버(20)에서 발생되는 이벤트의 예로는 콜 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 터치 입력 등이 있다.The
햅틱부(25d)는 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱부(25d)가 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅택부(25d)가 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어 가능하다.The
저장모듈(26)은 단말 제어모듈(28)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다.The
또한, 저장모듈(26)은 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있으며, 특정의 어플리케이션(예컨대, LED 조명 제어를 위한 사용자 설정관련 어플리케이션, 철도 궤도 시설물 검지관련 어플리케이션 등) 프로그램을 저장할 수 있다.In addition, the
또한, 저장모듈(26)은 특정의 어플리케이션관련 정보의 형성을 위한 소스 데이터가 저장될 수 있는 바, 특정의 어플리케이션관련 데이터가 영상 및 소리로 구성된 형태로 이루어질 수 있으며, 특정의 어플리케이션에 대한 관련데이터 생성의 진행 과정 및 결과도 함께 저장될 수 있다.In addition, the
이러한 저장모듈(26)은 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM), SRAM, 롬(ROM), EEPROM, PROM, 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.The
인터페이스 모듈(27)은 외부의 단말 및/또는 서버(20)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스 모듈(27)은 외부기기로부터 데이터를 전송 받거나 전원을 공급받아 외부의 단말 및/또는 서버(20) 내부의 각 구성요소에 전달하거나 외부의 단말 및/또는 서버(20) 내부의 데이터가 외부기기로 전송되도록 한다.The
단말 제어모듈(28)은 통상적으로 외부의 단말 및/또는 서버(20)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 예컨대, 음성통화, 데이터통신, 화상통화, 각종 어플리케이션 실행 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다.The
즉, 단말 제어모듈(28)은 저장모듈(26)에 저장된 특정의 어플리케이션 프로그램이 실행되도록 제어하고, 상기 특정의 어플리케이션 프로그램의 실행을 통해 특정의 어플리케이션관련 데이터의 생성을 요청하고 이에 대한 특정의 어플리케이션관련 데이터를 제공받을 수 있도록 제어하는 기능을 수행한다.That is, the
또한, 단말 제어모듈(28)은 특정의 어플리케이션 프로그램의 실행을 통해 사용자가 원하는 특정의 어플리케이션관련 데이터의 생성 과정에서 영상, 음성 또는 음향 중 적어도 하나를 포함하는 보조 요소들을 디스플레이부(25a) 및 다른 출력장치(예컨대, 음향출력부(25b), 알람부(25c), 햅틱부(25d) 등) 중 적어도 하나를 통해 출력되도록 제어하는 기능을 수행한다.In addition, the
또한, 단말 제어모듈(28)은 배터리부(29a)의 충전 전류와 충전 전압을 상시적으로 모니터링하고, 모니터링 값을 저장모듈(26)에 임시 저장할 수 있다. 이때, 저장모듈(26)은 모니터링 된 충전 전류와 충전 전압과 같은 배터리 충전상태정보뿐만 아니라 배터리 사양정보(제품 코드, 정격 등)도 함께 저장함이 바람직하다.In addition, the
전원모듈(29)은 단말 제어모듈(28)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원모듈(29)은 내장되어 있는 배터리부(29a)의 전원을 각 구성요소들로 공급하여 동작하도록 하며, 충전단자(미도시)를 사용하여 배터리의 충전이 가능하다.The
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.Various embodiments described herein may be embodied in a recording medium readable by a computer or similar device using, for example, software, hardware, or a combination thereof.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 그러한 실시예들이 단말 제어모듈(28)에 의해 구현될 수 있다.According to the hardware implementation, the embodiments described herein include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and field programmable gate arrays (FPGAs). , processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing functions. In some cases, such embodiments may be implemented by the
소프트웨어적인 구현에 의하면, 절차나 기능과 같은 실시예들은 적어도 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈과 함께 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어 코드는 저장모듈(26)에 저장되고, 단말 제어모듈(28)에 의해 실행될 수 있다.According to software implementation, embodiments such as procedures or functions may be implemented together with a separate software module to perform at least one function or operation. The software code may be implemented by a software application written in any suitable programming language. Also, the software code may be stored in the
만약, 외부의 단말 및/또는 서버(20)가 스마트폰으로 이루어질 경우, 상기 스마트폰은 일반 핸드폰(일명 피처폰(feature phone))과는 달리 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션(Application) 프로그램을 다운로드받아 자유롭게 사용하고 삭제가 가능한 오픈 운영체제를 기반으로 한 폰(Phone)으로서, 일반적으로 사용되는 음성/영상통화, 인터넷 데이터통신 등의 기능뿐만 아니라, 모바일 오피스 기능을 갖춘 모든 모바일 폰 또는 음성통화 기능이 없으나 인터넷 접속 가능한 모든 인터넷폰 또는 테블릿 PC(Tablet PC)를 포함하는 통신기기로 이해함이 바람직하다.If the external terminal and/or
이와 같이 스마트폰은 개방형 운영체제를 사용하므로 폐쇄적인 운영체제를 가진 휴대폰과 달리 사용자가 임의로 다양한 어플리케이션 프로그램을 설치하고 관리할 수 있다.As such, since the smart phone uses an open operating system, a user can arbitrarily install and manage various application programs unlike a mobile phone having a closed operating system.
전술한 본 발명에 따른 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although the preferred embodiment of the real-time high-speed detection system for railway track facilities using the artificial intelligence-based machine vision algorithm according to the present invention has been described, the present invention is not limited thereto, and the claims and detailed description and It is possible to carry out various modifications within the scope of the accompanying drawings, which also belong to the present invention.
100a 및 100b : 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치,
200a 및 200b : 제1 및 제2 라인조명장치,
300 : 머신비전 제어장치,
400 : 전원공급장치,
500a 및 500b : 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치,
600a 및 600b : 제3 및 제4 라인조명장치,
700 : 저장장치,
750 : 표시장치,
800 : 통신장치,
850 : RFID 태그 리더장치,
900 : 주행거리 측정장치,
950 : 위치 검출장치100a and 100b: first and second line scan camera devices;
200a and 200b: first and second line lighting devices,
300: machine vision control device,
400: power supply,
500a and 500b: third and fourth line scan camera devices,
600a and 600b: third and fourth line lighting devices,
700: storage device,
750: display device,
800: communication device,
850: RFID tag reader device,
900: mileage measuring device,
950: position detection device
Claims (15)
해당 열차의 상부 양측에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 제1 및 제2 라인조명장치; 및
기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어하고, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 상기 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하는 머신비전 제어장치를 포함하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
First and second line scan camera devices installed on both sides of the upper portion of a train moving on the track of a railway track facility, and acquiring images having a two-dimensional image by scanning images of both sides of the upper portion of the corresponding train line by line;
first and second line lighting devices respectively installed on both sides of the upper part of the corresponding train and irradiating light in the form of a line of the same optical axis as the first and second line scan camera devices; and
The camera shutters of the first and second line scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line scan cameras emit lights simultaneously. Controlling the operation of the device and the first and second line lighting devices, receiving images of both sides of the upper part of the train obtained from the first and second line scan camera devices, and detecting the upper part of the railway track facility to be inspected In order to divide the video frames on both sides of the upper part of the train through a predetermined frame division technique, in order to determine the position of the upper object to be inspected in the video frames on both sides of the upper part of the divided train, for the upper detailed parts of the railway track facility After extracting the edge components, based on the extracted edge components of the upper detailed parts of the railway track facility, through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method, for the upper detailed parts of the railway track facility A real-time high-speed detection system for railway track facilities using artificial intelligence-based machine vision algorithms including a machine vision control device that repeatedly learns the geometric relationship to detect the upper target object and detects anomaly of the upper target target object .
상기 머신비전 제어장치는,
상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 해당 철도 궤도 시설물의 상부 피검사체 검출을 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하는 영상 분할모듈;
상기 영상 분할모듈로부터 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출하는 에지 추출모듈;
상기 에지 추출모듈로부터 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체의 검출을 위한 제1 인공지능 학습모델을 구축하는 제1 인공지능 학습모듈;
상기 제1 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제1 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 상부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 위한 제2 인공지능 학습모델을 구축하는 제2 인공지능 학습모듈;
상기 제2 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제2 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 상부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 상부 피검사체 이상검지모듈; 및
기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어하는 머신비전 제어모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 1,
The machine vision control device,
Dividing the image frames on both sides of the upper part of the train through a predetermined frame division technique to detect the upper part of the railway track facility by receiving the images on both sides of the upper part of the train obtained from the first and second line scan camera devices image segmentation module;
An edge extraction module for extracting edge components of upper detailed parts of the railway track facility in order to determine the position of the upper object to be inspected in the image frames on both sides of the upper part of the train divided by the image segmentation module;
Based on the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility extracted from the edge extraction module, geometric association of the upper detailed parts of the railway track facility through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method A first artificial intelligence learning module for constructing a first artificial intelligence learning model for detecting a corresponding upper subject by repeatedly learning the relationship;
Using the first artificial intelligence learning model built from the first artificial intelligence learning module, inferring and analyzing the appearance and location characteristics of the corresponding upper target object for each normal/abnormal feature item of the detected upper target object, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the upper subject subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed upper subject object, the upper subject subject is classified through a predetermined artificial intelligence (AI) based machine learning method. A second artificial intelligence learning module for constructing a second artificial intelligence learning model for abnormality detection of the upper subject by conducting repetitive learning according to the classified abnormality type;
The second artificial intelligence learning model built from the second artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormality type of the upper object to be inspected for each characteristic item of the abnormality type of the upper object to be inspected, An upper test object abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the upper test object based on the inferred and analyzed characteristic information on the abnormal occurrence type of the upper test object; and
The camera shutters of the first and second line scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line scan cameras emit lights simultaneously. A real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that it comprises a machine vision control module for controlling the operation of the device and the first and second line lighting devices.
해당 열차의 하부 양측에 각각 설치되며, 라인 단위로 해당 열차의 하부 양측 영상을 스캔하여 2차원 이미지를 가진 영상을 획득하는 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치; 및
해당 열차의 하부 양측에 각각 설치되며, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 동일한 광축의 라인 형태로 광을 조사하는 제3 및 제4 라인조명장치가 더 포함되되,
상기 머신비전 제어장치는, 기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어함과 아울러 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 제어하고, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 상부 피검사체를 검출하기 위하여 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하며, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출한 후, 상기 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하며, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 하부 피검사체에 대한 상대적 위치 및 외형을 반복 학습하여 해당 하부 피검사체를 검출함과 아울러 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 1,
third and fourth line scan camera devices installed on both sides of the lower portion of the corresponding train and acquiring images having a two-dimensional image by scanning images of both sides of the lower portion of the corresponding train line by line; and
Third and fourth line lighting devices are installed on both sides of the lower part of the train and emit light in the form of a line of the same optical axis as the third and fourth line scan camera devices,
The machine vision control device is synchronized with a trigger signal of a preset camera shutter to open the camera shutters of the first and second line scan camera devices and simultaneously emit light from the first and second line lighting devices. Controls the operation of the first and second line scan camera devices and the first and second line lighting devices, and simultaneously lights the third and fourth line lighting devices when the camera shutters of the third and fourth line scan camera devices are opened. Control the operation of the third and fourth line scan camera devices and the third and fourth line lighting devices so that the light of the device emits light, and the upper sides of the train obtained from the first and second line scan camera devices In order to receive the image and detect the upper object to be inspected, the image frames on both sides of the upper portion of the corresponding train are divided through a predetermined frame division technique, and in order to determine the position of the corresponding upper object to be inspected in the image frames on both sides of the upper portion of the divided corresponding train After extracting the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility, based on the edge components of the extracted upper detailed parts of the railway track facility, the corresponding artificial intelligence (AI)-based machine learning method is used. Iteratively learns the geometric relation of the upper detailed parts of the railroad track facility to detect the upper object to be inspected and to detect the abnormality of the upper object to be inspected, and the third and fourth line scan camera devices obtain Received images of both sides of the lower part of the train and repeatedly learned the relative position and appearance of the lower part of the railway track facility through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method to detect the lower part of the target object. A real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that for detecting anomalies of the lower inspected object.
상기 머신비전 제어장치는,
상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상을 제공받아 상부 피검사체 검출을 위한 기 설정된 프레임 분할 기법을 통해 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 분할하는 영상 분할모듈;
상기 영상 분할모듈로부터 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임에서 해당 상부 피검사체의 위치 결정을 위하여 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 추출하는 에지 추출모듈;
상기 에지 추출모듈로부터 추출된 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 에지 성분을 바탕으로 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들에 대한 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 상부 피검사체의 검출을 위한 제1 인공지능 학습모델을 구축하는 제1 인공지능 학습모듈;
상기 제1 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제1 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 상부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 위한 제2 인공지능 학습모델을 구축하는 제2 인공지능 학습모듈;
상기 제2 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제2 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 상부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 상부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 상부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 상부 피검사체 이상검지모듈;
상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대한 외형과 상대적 위치 또는 기하학적 연관 관계를 반복 학습하여 해당 하부 피검사체의 검출을 위한 제3 인공지능 학습모델을 구축하는 제3 인공지능 학습모듈;
상기 제3 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제3 인공지능 학습모델을 이용하여 검출된 해당 하부 피검사체에 대해 정상/이상 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 외형 및 위치 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생 종류를 분류한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체에 대하여 분류된 이상 발생 종류에 맞는 반복 학습을 진행하여 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 위한 제4 인공지능 학습모델을 구축하는 제4 인공지능 학습모듈;
상기 제4 인공지능 학습모듈로부터 구축된 제4 인공지능 학습모델을 이용하여 해당 하부 피검사체에 대해 이상 발생 종류의 특징항목별로 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성을 추론 및 분석하고, 상기 추론 및 분석된 해당 하부 피검사체의 이상 발생 종류에 대한 특성정보를 기반으로 해당 하부 피검사체에 대하여 이상 발생여부 및 종류를 자동으로 검지하는 하부 피검사체 이상검지모듈; 및
기 설정된 카메라 셔터의 트리거신호에 동기화되어 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제1 및 제2 라인조명장치의 동작을 제어함과 아울러 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터가 열림과 동시에 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 조명이 발광하도록 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 제어하는 머신비전 제어모듈을 포함하여 이루어지며,
상기 제1 내지 제4 인공지능 학습모듈에 적용된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법은, 신경망(Neural Network), SVM(Support Vector Machine), MLP(Multi Layer Perception), 및 딥러닝(Deep Learning) 중 적어도 하나의 인공지능 학습방법으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The machine vision control device,
an image segmentation module receiving the images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices and dividing image frames of both upper sides of the corresponding train through a predetermined frame division technique for detecting an upper object to be inspected;
An edge extraction module for extracting edge components of upper detailed parts of the railway track facility in order to determine the position of the upper object to be inspected in the image frames on both sides of the upper part of the train divided by the image segmentation module;
Based on the edge components of the upper detailed parts of the railway track facility extracted from the edge extraction module, geometric association of the upper detailed parts of the railway track facility through a predetermined artificial intelligence (AI)-based machine learning method A first artificial intelligence learning module for constructing a first artificial intelligence learning model for detecting a corresponding upper subject by repeatedly learning the relationship;
Using the first artificial intelligence learning model built from the first artificial intelligence learning module, inferring and analyzing the appearance and location characteristics of the corresponding upper target object for each normal/abnormal feature item of the detected upper target object, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the upper subject subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed upper subject object, the upper subject subject is classified through a predetermined artificial intelligence (AI) based machine learning method. A second artificial intelligence learning module for constructing a second artificial intelligence learning model for abnormality detection of the upper subject by conducting repetitive learning according to the classified abnormality type;
The second artificial intelligence learning model built from the second artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormality type of the upper object to be inspected for each characteristic item of the abnormality type of the upper object to be inspected, An upper test object abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the upper test object based on the inferred and analyzed characteristic information on the abnormal occurrence type of the upper test object;
The images of both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices are provided, and through a predetermined AI-based machine learning method, the appearance and relative position or geometric relation of the corresponding lower part to be inspected are used. A third artificial intelligence learning module for constructing a third artificial intelligence learning model for detection of a corresponding lower subject by repeatedly learning;
Using the third artificial intelligence learning model built from the third artificial intelligence learning module, inference and analysis of the appearance and location characteristics of the corresponding lower subject for each normal/abnormal characteristic item of the detected lower subject, and the inference And after classifying the type of anomaly with respect to the corresponding lower subject based on the appearance and location characteristic information of the analyzed lower subject, the corresponding lower subject is classified through a machine learning method based on artificial intelligence (AI). A fourth artificial intelligence learning module for constructing a fourth artificial intelligence learning model for abnormality detection of the lower subject by performing repetitive learning according to the classified abnormality type;
The fourth artificial intelligence learning model built from the fourth artificial intelligence learning module is used to infer and analyze the characteristics of the abnormal occurrence type of the lower inspected object for each characteristic item of the abnormal occurrence type for the corresponding lower inspected object, A lower subject abnormality detection module that automatically detects whether or not an abnormality has occurred and the type of the corresponding lower subject subject based on the inferred and analyzed characteristic information on the type of abnormal occurrence of the lower subject subject; and
The camera shutters of the first and second line scan camera devices are opened in synchronization with a trigger signal of a preset camera shutter, and the first and second line scan cameras emit lights simultaneously. In addition to controlling the operation of the device and the first and second line lighting devices, the camera shutters of the third and fourth line scan camera devices are opened and the lights of the third and fourth line lighting devices are emitted at the same time. It includes a machine vision control module for controlling operations of third and fourth line scan camera devices and the third and fourth line lighting devices,
Artificial intelligence (AI)-based machine learning methods applied to the first to fourth artificial intelligence learning modules include neural networks, support vector machines (SVMs), multi-layer perceptions (MLPs), and deep learning (Deep Learning). ) Real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that consisting of at least one artificial intelligence learning method of.
상기 머신비전 제어장치는, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 하부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 하부 피검사체의 이상 검지를 수행하고,
상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The machine vision control device detects the corresponding lower part under test using a preset machine vision algorithm based on the images on both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and then Through artificial intelligence (AI)-based machine learning method, the abnormality detection of the lower part of the subject is detected,
The preset machine vision algorithm is composed of at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and location algorithms Characterized in that A real-time high-speed detection system for railway track facilities using artificial intelligence-based machine vision algorithms.
상기 하부 피검사체는, 해당 철도 궤도 시설물의 하부 세부 부품으로서, 지반에 일정간격을 두고 배치되는 복수의 침목들, 상기 복수의 침목들 양측 상단에 직교하는 방향으로 나란하게 고정 설치되는 한 쌍의 철도 레일, 및 상기 복수의 침목들 상에 상기 한 쌍의 철도 레일을 고정시키기 위한 팬트롤 중 적어도 하나의 하부 세부 부품으로 이루어지되,
상기 하부 피검사체가 복수의 침목들일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 침목 파손의 침목 이상 검지를 수행하고,
상기 하부 피검사체가 한 쌍의 철도 레일일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 레일 파상(Rail waviness) 마모, 텅레일(Tongue rail) 마모, 및 레일 두부(Rail head) 손상 중 적어도 하나의 레일 이상 검지를 수행하며,
상기 하부 피검사체가 팬트롤일 경우, 상기 머신비전 제어장치는 팬트롤 탈락 이상 검지를 수행하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The lower inspection object is a lower detailed part of the railway track facility, a plurality of sleepers disposed on the ground at regular intervals, and a pair of railroads fixed side by side in a direction orthogonal to the upper ends of both sides of the plurality of sleepers. It consists of at least one lower detailed part of a rail and a pan control for fixing the pair of railroad rails on the plurality of sleepers,
When the lower object to be inspected is a plurality of sleepers, the machine vision control device performs sleeper abnormality detection of breakage of the sleeper,
When the lower object to be inspected is a pair of railway rails, the machine vision controller detects at least one rail abnormality among rail waviness wear, tongue rail wear, and rail head damage to perform,
When the lower inspected object is a pan control, the machine vision control device is a real-time high-speed detection system of railroad track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that for performing pan control dropout abnormality detection.
상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 카메라 셔터 노출시간동안 상기 제1 및 제2 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자의 출력 강도를 정격 연속 최대값보다 큰 펄스(Pulse) 신호 형태의 기 설정된 오버 구동 정전류값으로 인가하여, 고휘도의 밝기를 얻을 수 있도록 펄스 제어를 이용한 정전류 오버 구동(Over Drive) 제어 방식으로 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 동작을 각각 제어하며,
상기 오버 구동 정전류값은, 각각의 펄스 신호 사이에 상기 제1 및 제2 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 구비된 LED 발광소자의 냉각 시간을 각각 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The machine vision control device may include LED light emitting elements provided in the first and second line lighting devices during camera shutter exposure times of the first and second line scan camera devices and the third and fourth line scan camera devices. The output intensity of the LED light emitting elements provided in the third and fourth line lighting devices is applied with a predetermined overdrive constant current value in the form of a pulse signal greater than the rated continuous maximum value, so as to obtain high luminance pulse. The operation of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices are respectively controlled by a constant current over drive control method using control,
The over-driving constant current value considers the cooling time of the LED light emitting elements included in the first and second line lighting devices and the LED light emitting devices included in the third and fourth line lighting devices between each pulse signal. Real-time high-speed detection system of railway track facilities using artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that set by
상기 상부 피검사체는, 해당 열차의 전차선에 접촉하여 해당 전차선으로부터 전기에너지를 집전하기 위한 판토그라프(Pantograph), 및 상기 판토그라프를 통해 해당 열차에 전력을 공급하고, 터널이나 지하공간의 천장면에 해당 열차의 전차선을 고정시키는 장치에 사용되는 고정수단인 티-바(T-BAR) 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 1,
The upper object to be inspected is a pantograph for collecting electric energy from the corresponding train line by contacting the train line, and supplying power to the train through the pantograph, and on the ceiling surface of the tunnel or underground space. A real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that it consists of at least one of the T-bars, which are fixing means used in a device for fixing the catenary of the corresponding train.
상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치는, 적어도 하나의 LED 발광소자를 구비한 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하여 각각 이루어지고,
상기 머신비전 제어장치는, 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface, GUI) 기반으로 사용자의 요구에 따라 출력된 사용자의 특정 입력신호에 의해 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값의 설정, 고속 스위칭 제어를 위한 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정, 및 고속 스위칭의 동작 신호를 발생하기 위한 클럭(Clock) 발생을 설정하고, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표값을 기반으로 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 밝기를 조절하기 위하여 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값을 생성 및 출력하며, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정 정보 및 클럭 정보에 동기하여 상기 출력된 각 LED 발광채널의 출력전압 목표값에 따라 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치에 각각 구비된 각 LED 발광채널의 고속 스위칭을 제어하되, 고속 스위칭 기능에 하드웨어 프로그래밍 기반 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 고속 제어를 수행하고, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 근처에 각각 설치된 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치에 대한 촬영 동작의 유휴 기간을 감지하여, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 촬영 동작 신호가 기 설정된 촬영 동작 기준시간이상 입력되지 않을 때를 유휴 상태로 판단하고, 상기 판단된 유휴 상태 이후에 처음 상태로 유지되도록 촬영 동작 중 상태를 제거하고 초기 입력 상태로 초기화하는 자동 리셋(Reset) 기능을 수행하며, 상기 설정된 각 LED 발광채널의 출력레벨 목표에 대한 설정값, 각 LED 발광채널의 출력채널 선택과 순서의 설정값, 및 클럭(Clock) 발생을 위한 설정값 중 적어도 하나의 설정값을 별도의 저장모듈에 저장되도록 제어하며, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널에 구비된 각 LED 발광소자의 연속적인 켜짐으로 인한 각 LED 발광소자의 손상을 보호하기 위하여, 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널에 대한 고속 스위칭 동작 신호의 변경시 기 설정된 동작 기준시간이하의 일정한 동작 기준시간에만 상기 제1 및 제2 라인조명장치와 상기 제3 및 제4 라인조명장치의 각 LED 발광채널이 고속 스위칭 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices each include a plurality of LED light emitting channels connected in parallel to each other including at least one LED light emitting element,
The machine vision control device is based on a graphical user interface (GUI) based on a user's specific input signal output according to a user's request, the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices Setting the output level target value of each LED light-emitting channel provided in the lighting device, setting the output channel selection and order of each LED light-emitting channel for high-speed switching control, and clock for generating the operation signal of high-speed switching To set the generation, and to adjust the brightness of each LED light emitting element provided in each LED light emitting channel based on the output level target value of each LED light emitting channel set above, generate and output an output voltage target value of each LED light emitting channel, , The first and second line lighting devices and the third and second line lighting devices according to the output voltage target value of each LED light-emitting channel output in synchronization with the setting information and the clock information of the output channel selection and order of the set LED light-emitting channel. High-speed switching of each LED light emitting channel provided in the fourth line lighting device is controlled, and high-speed control is performed by using a hardware programming-based FPGA (Field Programmable Gate Array) for the high-speed switching function, and the first and second lines The first and second line scan camera devices and the third and fourth line scan camera devices respectively installed near the lighting device and the third and fourth line lighting devices detect an idle period of a photographing operation, and when no photographing motion signals from the second line scan camera apparatus and the third and fourth line scan camera apparatuses are input for a predetermined photographing operation reference time or longer, the idle state is determined, and after the determined idle state, the first state is entered. It performs an automatic reset function that removes the state during the shooting operation and initializes it to the initial input state so that it is maintained as At least one of the setting value of the order and the setting value for clock generation is controlled to be stored in a separate storage module, and the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices are controlled to be stored. In order to protect each LED light emitting element from being damaged due to the continuous turning on of each LED light emitting element provided in each LED light emitting channel of the device, the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices When the high-speed switching operation signal for each LED light emitting channel is changed, each LED light emitting channel of the first and second line lighting devices and the third and fourth line lighting devices operates only for a predetermined operation standard time less than a predetermined operation standard time. A real-time high-speed detection system for railroad track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that it is controlled to operate at high speed.
해당 사용자의 요구에 따라 출력된 해당 사용자의 특정 입력신호는 외부의 단말 또는 서버를 통해 제공되되,
상기 외부의 단말 또는 서버는, 미리 설치된 LED 조명 제어를 위한 사용자 설정관련 어플리케이션을 통해 해당 사용자의 요구에 따라 LED 조명 제어의 사용자 설정을 위한 해당 사용자의 특정 입력신호를 유선 또는 무선으로 머신비전 제어장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 9,
The user's specific input signal output according to the user's request is provided through an external terminal or server,
The external terminal or server transmits the user's specific input signal for user setting of LED lighting control according to the user's request through a pre-installed user setting related application for LED lighting control through a wired or wireless machine vision control device. Real-time high-speed detection system of railway track facilities using artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that for transmission to.
상기 머신비전 제어장치는, 상기 분할된 해당 열차의 상부 양측 영상 프레임을 바탕으로 기 설정된 머신비전 알고리즘을 이용하여 해당 상부 피검사체의 검출을 수행한 후, 기 설정된 인공지능(AI) 기반의 기계 학습방법을 통해 해당 상부 피검사체의 이상 검지를 수행하되,
상기 기 설정된 머신비전 알고리즘은, 패턴 매칭(Pattern Matching), 점/선/면 피팅(Fitting), 에지(Edge), 컬러(Color), 및 위치(Location) 알고리즘 중 적어도 하나의 알고리즘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 1,
The machine vision control device detects the object to be inspected in the upper part by using a preset machine vision algorithm based on the image frames on both sides of the upper part of the divided corresponding train, and then performs machine learning based on preset artificial intelligence (AI). Through the method, the abnormal detection of the upper object to be inspected is performed,
The preset machine vision algorithm is composed of at least one of pattern matching, point/line/plane fitting, edge, color, and location algorithms Characterized in that A real-time high-speed detection system for railway track facilities using artificial intelligence-based machine vision algorithms.
상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 저장하는 저장장치;
상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 디스플레이 화면에 표시하는 표시장치; 및
상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 유선 또는 무선 통신방식으로 전송하는 통신장치가 더 포함되되,
상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 해당 열차의 상부 양측별 및 하부 양측별로 각각 데이터베이스(DB)화하여 상기 저장장치에 저장되도록 제어하고, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 디스플레이 화면에 표시되도록 상기 표시장치의 동작을 제어하며, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 유선 또는 무선 통신방식으로 외부의 단말 또는 서버에 전송되도록 상기 통신장치의 동작을 제어하며,
상기 외부의 단말 또는 서버는, 미리 설치된 철도 궤도 시설물 검지관련 어플리케이션을 통해 상기 통신장치로부터 전송된 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상, 및 해당 상부 피검사체와 해당 하부 피검사체의 이상 검지 결과정보를 검색 또는 디스플레이 화면에 표시되도록 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
Images on both sides of the upper part of the train obtained from the first and second line scan camera devices, images on both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and the upper object and the lower object under test a storage device for storing abnormality detection result information;
Images on both sides of the upper part of the train obtained from the first and second line scan camera devices, images on both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and the upper object and the lower object under test a display device for displaying the abnormality detection result information on a display screen; and
Images on both sides of the upper part of the train obtained from the first and second line scan camera devices, images on both sides of the lower part of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and the upper object and the lower object under test A communication device for transmitting the abnormal detection result information of the wired or wireless communication method is further included,
The machine vision control device includes images on both sides of the upper portion of the train obtained from the first and second line scan camera devices, images on both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and the upper portion of the train. The abnormal detection result information of the subject and the corresponding lower subject is controlled to be stored in the storage device by making a database (DB) for each upper side and lower side of the train, respectively, and from the first and second line scan camera devices. To display the acquired images on both sides of the upper part of the corresponding train, the images on both sides of the lower part of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and the abnormality detection result information of the corresponding upper and lower objects to be inspected on the display screen It controls the operation of the display device, and images of both upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, images of both lower sides of the corresponding train obtained from the third and fourth line scan camera devices, and Controls the operation of the communication device to transmit abnormality detection result information of the upper object to be inspected and the corresponding lower object to be inspected to an external terminal or server in a wired or wireless communication method;
The external terminal or server transmits images of the upper sides of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices transmitted from the communication device through a pre-installed railway track facility detection related application, and the third and fourth images of the corresponding train. An artificial intelligence-based machine characterized in that it provides a service so that images of both sides of the lower part of the train obtained from the linescan camera device and abnormal detection result information of the upper and lower inspected objects are searched or displayed on a display screen. Real-time high-speed detection system of railway track facilities using vision algorithm.
상기 머신비전 제어장치는, 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상, 또는 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상을 제공받아 기 설정된 이미지 스티칭(Image Stitching) 기법을 이용하여 해당 열차의 상부 양측 영상 또는 하부 양측 영상을 파노라믹 영상(Panoramic Image)으로 변환한 후, 상기 변환된 파노라믹 영상을 디스플레이 화면에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
The machine vision control device receives images of both upper sides of the train obtained from the first and second line scan camera devices or images of both sides of the lower portion of the train obtained from the third and fourth line scan camera devices. After converting the images on both sides of the upper or lower sides of the train into a panoramic image using a preset image stitching technique, the converted panoramic image is controlled to be displayed on the display screen A real-time high-speed detection system for railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm.
해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 해당 철도 궤도 시설물의 선로에 기 설정된 기준위치마다 설치되는 RFID 태그로부터 해당 기준위치 정보를 읽어오는 RFID 태그 리더장치;
해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 해당 열차의 주행거리 정보를 측정하는 주행거리 측정장치; 및
해당 열차의 내/외부에 탑재되며, 상기 RFID 태그 리더장치의 기준위치 정보 및 상기 주행거리 측정장치의 주행거리 측정정보를 이용하여 해당 열차의 현재 위치정보를 연속해서 자동으로 검출하는 위치 검출장치가 더 포함되되,
상기 머신비전 제어장치는, 상기 위치 검출장치로부터 검출된 해당 열차의 현재 위치정보를 제공받아 이를 기반으로 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 상부 양측 영상의 각 프레임마다, 또는 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치로부터 획득된 해당 열차의 하부 양측 영상의 각 프레임마다 해당 열차의 현재 위치정보를 맵핑시켜 별도의 저장장치에 저장되도록 제어하고, 상기 주행거리 측정장치로부터 측정된 해당 열차의 주행거리 측정 신호를 기 설정된 측정가능 주기로 분해하여 영상 촬영을 위한 카메라 셔터의 트리거신호를 생성하고, 상기 생성된 카메라 셔터의 트리거신호를 기반으로 상기 제1 및 제2 라인스캔 카메라장치와 상기 제3 및 제4 라인스캔 카메라장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.
According to claim 3,
an RFID tag reader device mounted on the inside/outside of the corresponding train and reading the reference position information from the RFID tag installed at each predetermined reference position on the track of the railway track facility;
a mileage measuring device installed inside/outside the train and measuring mileage information of the train; and
A location detection device mounted on the inside/outside of the train and continuously and automatically detecting the current location information of the corresponding train by using the reference location information of the RFID tag reader device and the mileage measurement information of the mileage measuring device more included,
The machine vision control device receives current location information of the corresponding train detected from the location detection device, and based on this, for each frame of images on both sides of the upper portion of the corresponding train obtained from the first and second line scan camera devices, Alternatively, the current location information of the corresponding train is mapped for each frame of the images on both sides of the lower portion of the corresponding train obtained from the third and fourth linescan camera devices, and controlled to be stored in a separate storage device, and measured from the mileage measuring device. The mileage measurement signal of the corresponding train is decomposed into a preset measurable cycle to generate a camera shutter trigger signal for image capture, and the first and second line scan camera devices are based on the generated camera shutter trigger signal. And a real-time high-speed detection system of railway track facilities using an artificial intelligence-based machine vision algorithm, characterized in that for controlling the operation of the third and fourth line scan camera devices.
해당 철도 궤도 시설물의 상부 세부 부품들은, 해당 열차의 전차선에 접촉하여 해당 전차선으로부터 전기에너지를 집전하기 위한 판토그라프(Pantograph), 해당 전차선의 하중을 지지하고 가설높이를 유지하기 위한 조가선(Messenger wire) 및 드로퍼(Dropper), 해당 열차의 진행으로부터 해당 전차선이 받는 힘을 지지하고 완충하기 위한 가동브래킷(Moving bracket), 해당 전차선의 하중을 분담하며 상하 진동과 밀어올림 충격을 완충시키기 위한 스테디암(Steady arm), 터널이나 지하공간의 천장면에 해당 전차선을 고정시키기 위한 티-바(T-BAR), 및 전기적인 절연을 위한 절연용 애자 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 머신비전 알고리즘을 이용한 철도 궤도 시설물의 실시간 고속 검지 시스템.According to claim 1,
The upper detailed parts of the railway track facility are a pantograph to collect electric energy from the corresponding tram line in contact with the catenary of the train, and a messenger wire to support the load of the catenary and maintain the temporary height. And a dropper, a moving bracket for supporting and buffering the force received by the corresponding tram line from the progress of the train, and a steady arm for sharing the load of the corresponding tram line and buffering the vertical vibration and push-up shock. arm), a T-bar for fixing the corresponding catenary to the ceiling surface of a tunnel or underground space, and an artificial intelligence-based machine vision algorithm characterized in that it consists of at least one of insulation insulators for electrical insulation. Real-time high-speed detection system of railroad track facilities using
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KR1020210164245A KR20230077215A (en) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | System for real-time high speed detection of rail way facility using machine vision algorithm based on artificial intelligent |
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KR101058179B1 (en) | 2011-04-05 | 2011-08-22 | 투아이시스(주) | Pantograph defect monitoring system |
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2021
- 2021-11-25 KR KR1020210164245A patent/KR20230077215A/en not_active Application Discontinuation
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KR101058179B1 (en) | 2011-04-05 | 2011-08-22 | 투아이시스(주) | Pantograph defect monitoring system |
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