TW201336711A - 導電弓測定方式及導電弓測定裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種利用圖像處理進行之導電弓測定方式,其包括:步驟(S1),獲取設置於導電弓(40)上之標識器(50)之影像,且自所獲取之影像而生成時空圖像;以及步驟(S2),藉由將時空圖像與對應於高度之搜索圖案對照而搜索標識器(50);且其特徵在於:標識器(50)係將不易反射光之第1區域(51)與易反射光之第2區域(52)交替配置而成之條紋圖案,且第2區域(52)為至少兩個以上且條紋寬度各不相同,搜索圖案對應於標識器之條紋圖案。
Description
本發明係有關於藉由圖像處理而測定導電弓之導電弓測定方式及利用該方式之導電弓測定裝置。
作為電氣鐵路之設備而有接觸導線,但接觸導線必需鋪設於自軌道面起規定高度之範圍。
因此,為不受長年變化或車輛之動態因素影響,而必需進行使接觸導線之高度處於管理值內之管理。此時接觸導線之高度等價於導電弓之高度,因此代為管理導電弓之高度。導電弓係指設置於電氣鐵路車輛之車頂上之集電裝置之一種。
又,運行中若導電弓因較大的加速度而向下方振動,則導電弓與接觸導線脫離,因其電孤而導致接觸導線局部磨損。因此,必需以使導電弓之加速度變小之方式進行管理。
作為導電弓之測定機構,而有稱作檢測車或車輛極限測定車等之專用測定車,利用營運之空閒時間每隔固定週期便運用一次。該等測定車上安裝有多個測定車體之傾斜或軌道之偏位等之感測器,作為該感測器之一種而有導電弓之測定感測器(電氣學會著「火車線路設備維護之近代化技術」)。
導電弓測定方式有雷射感測器方式、光切感測器方式、加速度感測器方式、圖像處理方式,且具有以下特徵。
1)雷射感測器係如下感測器,其主要使用掃描式,以反射鏡等使
雷射掃描導電弓,且根據其反射波之位置差或照射之雷射形狀之變形而測定至導電弓之距離。
2)光切感測器係如下感測器,其將條紋投光至測定對象,且接收對應於導電弓形狀而成為凹凸之條紋,從而測定至導電弓之距離。
3)加速度感測器係如下感測器,其係藉由陀螺儀或壓電元件等輸出加速度之感測器,且直接安裝於導電弓上測定導電弓之加速度。
4)圖像處理方式有以模型匹配或圖案匹配檢測導電弓之方式。
然而,該等方式有以下問題。
1.對於雷射感測器之掃描週期而言,因使反射鏡旋轉之馬達之旋轉數極限與防止反射鏡共振,而使掃描週期相對性地延遲。藉此,雷射感測器存在雖可測定導電弓之位置(低頻分量),但不適合測定加速度(高頻分量)之問題。
2.光切感測器無法於白天進行測定。藉此無法於熱膨脹遽烈之白天進行測定。
3.以加速度感測器測定導電弓之加速度之方法係當前主要使用之方法。然而,必需以下對策,從而不為簡易之測定方法。
(1)必需將感測器直接固定於導電弓上。
(2)對取出感測器輸出電壓之電纜必需考慮對抗雜訊性。
(3)對取出感測器輸出電壓之電纜必需考慮絕緣性。
4.圖像處理方式於測定時間較長之情形時或每單位時間之圖框率數較多之情形時,存在計算處理變為龐大之問題。又,存在如下顧慮,即因隧道坑口或高架橋下等背景之急遽變化而產生暫時發現不了導電弓之資料缺失。
針對上述問題,「利用圖像處理之導電弓測定裝置(日本專利特開2008-104312號)」(專利文獻1)中為解決上述問題,於導電弓安裝習知之標識器,藉此黑標識器將背景(天空等)與白標識器區分開,因此即
便於白天,亦可搜索其圖案而進行測定,又,即便隧道坑口等背景突然變化,由於白標識器反射投光器之光,因此資料亦不會缺失而可連續地進行測定。
然而,該方式中,如圖8所示,當具有鏡面光澤之構造物通過標識器上方時,於由相機拍攝之圖像中拍攝到實物之標識器與鏡面反射之標識器之兩者,從而有可能引起誤識別。
[專利文獻1]日本專利特開2008-104312號
導電弓測定方式有雷射感測器方式、光切感測器方式、加速度感測器方式、圖像處理方式、專利文獻1之使用線感測器之利用圖像處理之測定方法,且存在如下問題。
(1)對於雷射感測器之掃描週期而言,因使反射鏡旋轉之馬達之旋轉數極限與防止反射鏡共振,而使掃描週期相對性地延遲。由此存在如下問題,即雷射感測器雖可測定導電弓之位置(低頻分量),但不適合測定加速度(高頻分量)。
(2)光切感測器無法於白天進行測定。藉此無法於熱膨脹遽烈之白天進行測定。
(3)以加速度感測器測定導電弓之加速度之方法係當前主要使用之方法。然而,必需以下等對策,從而不為簡易之測定方法,該對策係:必需將感測器直接固定於導電弓上;對取出感測器輸出電壓之電纜必需考慮對抗雜訊性;以及對取出感測器輸出電壓之電纜必需考慮絕緣性。
(4)圖像處理方式於測定時間較長之情形時或每單位時間之圖框
率數較多之情形時,存在計算處理變為龐大之問題。又,存在如下顧慮,即因隧道坑口或高架橋下等背景之急遽變化而產生暫時發現不了導電弓之資料缺失。
又,專利文獻1中,如圖8所示,將白黑為等寬之標識器5安裝於導電弓4上,因此當具有鏡面光澤之構造物6通過標識器5上方時,於由相機拍攝之圖像中拍攝到實物之標識器5與在構造物6鏡面反射之標識器61之兩者,從而有可能引起誤識別。
為解決上述問題,本發明之技術方案1之利用圖像處理進行之導電弓測定方式包括如下步驟:自設置於車輛之車頂上之線感測器獲取設置於導電弓上之標識器之影像,且自所獲取之影像生成時空圖像;藉由使上述時空圖像與對應於高度之搜索圖案對照而搜索標識器;將與上述搜索圖案一致或一定程度以上近似之部位作為導電弓位置加以記錄;以及自記錄之導電弓位置測定高度與加速度;且其特徵在於:上述標識器係將不易反射光之第1區域與易反射光之第2區域交替配置而成之條紋圖案,且上述第2區域為至少兩個以上且條紋寬度各不相同,上述搜索圖案對應於上述標識器之條紋圖案。
解決上述問題之本發明之技術方案2之利用圖像處理之導電弓測定裝置包括:線感測器,其獲取設置於導電弓上之標識器之影像,且設置於車輛之車頂上;以及圖像處理部,其自以上述線感測器獲取之影像生成時空圖像,藉由使上述時空圖像與對應於高度之搜索圖案對照而搜索標識器,將與上述搜索圖案一致或一定程度以上近似之部位作為導電弓位置加以記錄,並根據記錄之導電弓之位置而測定高度與加速度;且其特徵在於:上述標識器係將不易反射光之第1區域與易於反射光之第2區域交替配置而成之條紋圖案,且上述第2區域為至少兩個以上且條紋寬度各不相同,上述搜索圖案對應於上述標識器之條
紋圖案。
(i)由於為非接觸方式,故而即便在高速行駛下亦可運用。
(ii)於裝置構造上,於與斷點、空氣段、錨點之現存構造物隔離之位置設置感測器,因此無需考慮與現存構造物之衝突。
(iii)無需使用特別之照明。
(iv)與使用雷射光之方法相比,無需考慮對人體之影響,操作簡單。
(v)與使用雷射光之方法相比,無於光源與受光裝置間進行精密之位置對準之煩惱。
(vi)對安裝於導電弓上之標識器進行攝像,且進行圖案匹配,由此即便於白天亦可進行攝像。
(vii)即便於隧道坑口等背景之亮度急遽變化之情形時,亦可連續地獲取資料。
(viii)即便具有鏡面光澤之構造物通過標識器上方而引起鏡面反射,亦不會誤識別而可連續地獲取資料。
4、40‧‧‧導電弓
5、61、62‧‧‧標識器
6‧‧‧構造物
10‧‧‧車輛
20‧‧‧線感測器
30‧‧‧照明器具
50‧‧‧標識器
51‧‧‧黑標識器
52‧‧‧白標識器
60‧‧‧圖像處理部
70‧‧‧記錄裝置
a‧‧‧掃描線
B、C、H‧‧‧部分
b1‧‧‧第1候選
b2‧‧‧第2候選
c1‧‧‧導電弓位置(保留部分)
c2‧‧‧導電弓位置(不連結部分)
S1~S5‧‧‧步驟
圖1(a)係基本思路之導電弓測定裝置之概略圖,圖1(b)係圖1(a)中以虛線包圍之部分H之放大圖。
圖2係表示基本思路之標識器圖案之示例之說明圖。
圖3係表示基本思路之導電弓測定方法之流程圖。
圖4係表示時空圖像例之曲線圖。
圖5係表示搜索圖案之生成例之說明圖。
圖6係表示導電弓之掃描之曲線圖。
圖7係表示導電弓之位置之插補之曲線圖。
圖8(a)係表示先前技術之具有鏡面光澤之構造物及設置於導電弓
上之標識器之說明圖,圖8(b)係圖8(a)中以虛線包圍之部分B之放大圖。
圖9(a)係表示本發明之具有鏡面光澤之構造物及設置於導電弓上之標識器之說明圖,圖9(b)係圖9(a)中以虛線包圍之部分C之放大圖。
以下,參照圖式所示之實施例詳細地對本發明進行說明。
本實施例之目的在於,藉由圖像處理而簡便地測定導電弓之高度與加速度。
例如圖1所示,該構成為如下者:於車輛10之車頂上設置線感測器20與照明器具30,一面以照明器具30照明,一面以線感測器20獲取安裝於導電弓40之舟形體上之標識器50之影像。
此處,線感測器20設為如下,即圖中箭頭所示之線感測器攝像面,設置於將導電弓40與標識器50於上下方向垂直地切斷之方向上,不管導電弓40變動為何種高度,均肯定能對標識器50進行攝像。
標識器50如圖2中放大所示般為如下條紋圖案,即以不易反射光之顏色或材質之第1區域51(以下,稱作黑標識器)為基礎,並於其上重疊易於反射光之顏色或材質之第2區域52(以下,稱作白標識器)。此處,白標識器52設為2條以上,且為寬度互不相同之形狀。又,黑標識器51設為3條以上,且為寬度相等者。
作為照明器具30而使用常用者。
進而,藉由線感測器20而獲取之圖像以圖像處理部60進行圖像處理,圖像處理之結果,即計測之導電弓40之高度與加速度記錄於記錄裝置70中。
圖像處理部60之圖像處理方式依照圖3所示之流程圖,如下述
般,以時空圖像生成(步驟S1)、圖案匹配(步驟S2)、導電弓位置插補(步驟S3)、處理結束判定(步驟S4)、高度、加速度輸出(步驟S5)之順序進行處理。
首先,藉由線感測器20而針對每個單位時間(針對每個圖框率)獲取安裝於導電弓40上之標識器50之影像,如圖4所示,生成以線感測器20之輸出、即線感測器攝像面之高度方向為縱軸、且以時間為橫軸之時空圖像。
圖4所示之時空圖像係按照標識器50形狀連續地對由光反射少之黑色帶與光反射大之白色帶構成之條紋圖案進行攝像而得。即,該時空圖像係對包含兩個白區域與三個黑區域之條紋圖案進行攝像而得。
又,高速橫穿導電弓附近之火車線設備等導電弓之背景表現為雜訊N。
導電弓40之位置越高,以線感測器20拍攝之標識器50與線感測器20之距離越遠,從而拍攝之圖像越小。因此,若考慮標識器50之大小與線感測器20之朝向,則根據時空圖像上之位置方向而可大致確定拍攝之標識器50之大小。
由此,如圖5所示,生成與標識器之圖案及高度對應之搜索圖案。即,搜索圖案係形成對應於寬度不同之2條白標識器52且具有較高亮度之大小兩個山型者,且係圖像上之位置越高則變得越低者。
而且,如圖6所示,於每個單位時間於時空圖像中使掃描線a自上方朝向下方掃描而搜索與圖案一致之部位。即,將時空圖像與對應於高度之搜索圖案進行對照(圖案匹配),一致時將該一致部位作為導電弓位置加以記錄,又,即便於不一致時,只要為一定程度以上近似之圖案,則亦可針對掃描線a而自最為近似之部位起賦予順位而作為導
電弓位置記錄複數個。
即,如圖6所示,如第1候選b1、第2候選b2般記錄有複數個。又,若不存在近似之部位之情形則保留。
圖案匹配中,如圖7所示般經保留之導電弓位置(保留部分)c1或不連結之導電弓位置(不連結部分)c2,自前後點補全位置。
插補方法有以單純地填補保留部分或不連結部分之間隙之方式直線性地補全之方法,但亦可藉由其他方法補全。
針對所有時空圖像如上述般重複進行圖案匹配(S2)、導電弓位置插補(S3)之處理,且將與搜索圖案一致或一定程度以上近似之部位作為導電弓位置而記錄於記錄裝置70中。
將記錄於記錄裝置70中之導電弓位置作為高度加以輸出。
在記錄於記錄裝置70中之導電弓位置,求出向下凸出之反曲點之極值,且將特定值以上之極值作為加速度輸出。
本實施例係藉由圖像處理而測定導電弓高度與加速度者,由於為非接觸方式,故而高速運用成為可能。
又於裝置之構造上,於自斷點、空氣段、錨點之現存構造物離開之位置設置有感測器,因此無需考慮與現存構造物之衝突,基本上可於所有區間中以線感測器攝像圖像。
又,無需使用特別之照明,從而無如使用雷射光般要考慮對人體之影響來進行操作之難度。無於光源與受光裝置間進行精密位置對準之煩惱。
安裝於導電弓40之標識器50之圖案為已知,黑標識器51將背景
(空等)與白標識器52區分開,因此即便於白天亦可搜索其圖案,從而可進行測定。
又,專利文獻1中,如圖8所示,將白黑為等寬之標識器5安裝於導電弓4上,因此當具有鏡面光澤之構造物6通過標識器5上方時,於由相機拍攝之圖像中拍攝到實物之標識器5與在構造物6鏡面反射之標識器61之兩者,從而有可能引起誤識別。
本實施例中,如圖9般,將包含條紋寬度不同之2條以上之白標識器52之標識器50設置於導電弓40上,因此於具有鏡面光澤之構造物6鏡面反射之標識器(拍攝到之標識器)62之圖案係上下顛倒地拍攝,例如,若使用圖5所示之搜索圖案,則不會引起誤識別,而可連續地獲取資料。
本發明係可作為能連續地獲取導電弓之位置或加速度之導電弓測定方式及利用該方式之導電弓測定裝置而廣泛地用於產業上者。
10‧‧‧車輛
20‧‧‧線感測器
30‧‧‧照明器具
40‧‧‧導電弓
50‧‧‧標識器
60‧‧‧圖像處理部
70‧‧‧記錄裝置
H‧‧‧部分
Claims (2)
- 一種導電弓測定方式,其係利用圖像處理進行者,且包括如下步驟:自設置於車輛之車頂上之線感測器獲取設置於導電弓上之標識器之影像,且自所獲取之影像生成時空圖像;藉由將上述時空圖像與對應於高度之搜索圖案對照而搜索標識器;將與上述搜索圖案一致或一定程度以上近似之部位作為導電弓位置加以記錄;以及自記錄之導電弓位置測定高度與加速度;且其特徵在於:上述標識器係將不易反射光之第1區域與易反射光之第2區域交替配置而成之條紋圖案,且上述第2區域為至少兩個以上且條紋寬度各不相同,上述搜索圖案對應於上述標識器之條紋圖案。
- 一種導電弓測定裝置,其具備:線感測器,其獲取設置於導電弓上之標識器之影像,且設置於車輛之車頂上;以及圖像處理部,其自以上述線感測器獲取之影像生成時空圖像,藉由使上述時空圖像與對應於高度之搜索圖案對照而搜索標識器,將與上述搜索圖案一致或一定程度以上近似之部位作為導電弓位置加以記錄,並根據記錄之導電弓之位置而測定高度與加速度;且其特徵在於:上述標識器係將不易反射光之第1區域與易反射光之第2區域交替配置而成之條紋圖案,且上述第2區域為至少兩個以上且條紋寬度各不相同,上述搜索圖案對應於上述標識器之條紋圖案。
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