WO2002021445A2 - Verfahren und anordnung zur ermittlung einer veränderung eines referenzobjekts - Google Patents

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WO2002021445A2
WO2002021445A2 PCT/DE2001/003314 DE0103314W WO0221445A2 WO 2002021445 A2 WO2002021445 A2 WO 2002021445A2 DE 0103314 W DE0103314 W DE 0103314W WO 0221445 A2 WO0221445 A2 WO 0221445A2
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Christian Hoffmann
Günter DOEMENS
Franz Hepp
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G06T7/254—Analysis of motion involving subtraction of images
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines

Definitions

  • the invention relates to the determination of a change in a reference object.
  • This method of image processing a method for coding and decoding a digital image according to an image coding standard MPEG4 [9], is based on a principle of object-based image coding.
  • object-based image coding segmentation of two successive images into image blocks or image areas corresponding to objects occurring in a scene is carried out and these objects are encoded separately.
  • an image of an object is determined in a so-called inter-image coding with motion estimation in a temporally previous image. Then a further image of the object is also determined in the image that follows in time.
  • a difference image information is determined using image information associated with the image of the object in the temporally preceding image and the image information associated with the further image of the object in the temporally subsequent image. This difference image information is subsequently encoded and transmitted.
  • the difference image information is only very small if a change in the object in the temporally successive digital images, for example due to a movement or a change in shape of the object, is small. If the change is large, there is a lot of difference information. Out For this reason, as is known from [1], an “image-to-image * movement (motion estimation) is measured and compensated for before the difference information is determined (motion compensation).
  • FIG. 2 and FIG. 5 a structure of an overhead line for the power supply comprising the contact wire 201, the longitudinal chain train 202 and the transverse support device 203 is shown schematically.
  • FIGS. 2 and 5 also show two insulators, a hanger 206, a support rope twist clamp 503, a tip anchor 504, a cantilever tube 505, a diagonal tube 506.
  • a triangulation method [3] and time-of-flight-based phase measurement methods [4] are used to determine the vertical and lateral position of the contact wire.
  • a width of a grinding surface is measured with the aid of a laser scanner [5] or diode rows [2] or a residual height of the contact wire is determined in horizontally oriented transmitted light [6].
  • a measuring device used for this purpose and known from [6] is located above a grinder, which limits the vehicle speed for mechanical reasons, leads to shading in the overlap area of several contact wires and thus possibly simulates a larger residual height than actually present. To prevent this, such an area is excluded from a measurement.
  • a non-contact, recording-based monitoring method with an almost vertical viewing direction of an acquisition unit also has the disadvantage that only the width of a mirror surface can be detected. In principle, however, the mirror surface does not allow the residual height to be determined for a contact wire with an almost rectangular profile.
  • the invention is therefore based on the problem of specifying a method and an arrangement with which automatic and on a change in an object in a route is ascertained in a simple manner and the route can thus be monitored in a simpler and more cost-effective manner and with greater reliability than in the methods mentioned above.
  • At least one reference image is recorded at the predetermined location of the route
  • an image of the reference object is determined in the at least one reference image, at least one test image is recorded at the specified location of the route at a second point in time,
  • a further image of the reference object is determined in the at least one test image
  • the change in the reference object is determined by comparing the image of the reference object in the at least one reference image with the further image of the reference object in the at least one test image.
  • the arrangement for determining a change in a reference object which is associated with a route and which is present at a predetermined location in the route has the following components:
  • a first recording unit which is set up in such a way that at least one reference image can be recorded at the predetermined location of the route
  • a first evaluation unit which is set up in such a way that an image of the reference object can be determined in the at least one reference image
  • a second recording unit which is set up in such a way that at least one test image can be recorded at the predetermined location of the route
  • a second evaluation unit that is set up in such a way that a further image of the reference object can be determined in the at least one test image
  • a third evaluation unit that is set up in such a way that by comparing the image of the reference object in the at least one reference image with the change of the reference object can be determined in the further image of the reference object in the at least one test image.
  • the arrangement is particularly suitable for carrying out the method according to the invention or one of its further developments explained below.
  • Reliability in determining the change in the reference object can be increased by taking several reference images and / or several test images at the specified location. It is expedient to record the reference images using different recording parameters, for example a recording angle. The same applies to the test images.
  • the reliability can be further increased if the reference image and the associated test image are recorded under the same recording parameters.
  • first partial image in the reference image and / or a second partial image in the test image which have the image or the further image.
  • the first partial image and the second partial image are compared with one another in the comparison.
  • first partial image in the reference image and / or the second partial image in the test image may also be useful to place the first partial image in the reference image and / or the second partial image in the test image such that the first partial image and / or the second partial image shows an environment associated with the reference object.
  • a partial image is a search mask. Using this search mask, a defined image area can be examined for the image, the further image or the change.
  • the comparison of the first with the second partial image can be realized particularly simply by the fact that a first ter pixel value of a first pixel of the first field is subtracted from a second pixel value of a second pixel of the second field.
  • a first pixel value and such a second pixel value can be, for example, brightness or color values (luminance or crominance values).
  • This subtraction of pixel values produces a difference image in which a change in the image between the image and the further image can be determined particularly easily.
  • the change in the reference object can be determined using the image change.
  • the difference image can also be processed further, for example by filtering and / or segmenting an image area of the difference image. This can increase the reliability in determining the change.
  • the image of the reference object in the reference image or the further image of the reference object is determined using an edge detection method or object recognition method. Such methods are known from [10] and [11].
  • the further image of the reference object in the test image can be determined in a particularly simple manner using a correlation method as is known from [9], [12] and [13].
  • the correlation between pixel values which belong to the image and pixel values which belong to the further image is determined.
  • the reliability in determining the change in the reference object can also be increased in that a first quantity of a geometric reference property of the reference object is determined using the image of the reference object in the reference image and one using the further image of the reference object in the test image second size of the same geometric reference property of the reference object is determined.
  • the comparison compares the first size with the second size.
  • a difference can be formed between the first and the second quantity and the change can be determined when the difference exceeds a threshold value.
  • the reference image and the test image are assigned to one another using a location code and / or a time code.
  • a location code can be, for example, a number which is assigned to the reference image and / or the test image.
  • a time code can, for example, be a time specification which is assigned to the reference image and / or the test image.
  • the reference object is broken down into several reference partial objects.
  • the reference object is a functional accessory for the route, for example a traffic engineering object.
  • the route can be a traffic connection, for example a railway line.
  • the reference object is an element of a contact line.
  • Such an overhead line can be an overhead line.
  • the reference object is an element of a longitudinal catenary of the overhead line or a transverse support device of the overhead line.
  • a reference object or one of its reference sub-objects can also be a basic element of the overhead contact line, in particular a rod or a tube or a rope or a wire, or a connecting element of the overhead contact line, in particular a holder or a clamp or a carrying element or an insulator.
  • the reference object is an element of a rail track.
  • a particularly simple arrangement of the invention can be realized in that the first recording unit and / or the second recording unit is in each case a digital camera.
  • An evaluation unit can be implemented in a particularly simple manner by means of a PC on which a computer program is stored, with which corresponding method steps can be carried out.
  • the arrangement is attached to a vehicle which is traveling on the route.
  • FIG. 1 shows a principle of an image evaluation by recognizing a change in an overhead line object
  • Figure 2 is a sketch of an overhead line of a railroad
  • Figure 3 shows an inspection vehicle according to the embodiment
  • Figure 4 is a sketch of a recording system for receiving a longitudinal chain
  • FIG. 5 shows a field of view for an inspection of a transverse support device
  • FIG. 6 shows a sketch which shows a determination of an evaluation window
  • FIG. 7a and 7b sketches, which illustrate methods for inspecting an overhead line according to an embodiment
  • Figure 8 is a sketch illustrating a method for inspecting an overhead line according to an embodiment
  • Figure 9 is a sketch with images that illustrate a definition of a search mask.
  • Exemplary embodiment automated optical inspection of an overhead line of a railway connection
  • FIG. 3 shows an inspection vehicle 300, a modified railcar, for monitoring a railway line.
  • the aim of the inspection is to detect a change in an overhead line of the railway line.
  • Such a change can arise, for example, from damage that occurs to an element of the overhead line or from a foreign body that gets caught in the overhead line.
  • a measure to remedy the change is initiated.
  • Such a measure can be, for example, repairing the damage or removing the foreign body.
  • the inspection system described below can be used not only for the inspection of an overhead line of a railway connection, but with a corresponding modification for the inspection of any element of a railway connection, for example a rail body or a rail sleeper.
  • a roof 301 of the inspection vehicle 300 there are a plurality of optical recording systems 302, 303, 304, 305 which, during an inspection trip of the inspection vehicle 300, record contact-free images of the overhead line from different directions at given recording locations 300 from different directions.
  • the optical recording systems 302, 303, 304, 305 are aligned in such a way that all the elements of the overhead line as well as their surfaces can be recognized on the pictures recorded by them, each belonging to one another for a location.
  • the optical recording systems 302 and 303 are used for monitoring and inspection of the transverse support devices 306, the optical recording system 304 is used for monitoring and inspection of the longitudinal catenary 307 and the optical recording system 305 is used for monitoring and inspection of the contact wire 308.
  • FIG. 2 shows an example of a recording location with an overhead line and elements of the overhead line, for example a longitudinal catenary 310 (see FIG. 2) and a transverse support device 311 (see FIG. 2).
  • All captured images are stored in a location and time-coded manner, so that each image can be uniquely assigned an associated location and time.
  • the stored images are evaluated with the help of an automatic image processing method described below.
  • the images of the inspection trip are compared with reference images taken at an earlier point in time at the same predetermined locations under the same recording parameters.
  • a reference image is assigned to an associated inspection image using the location and time codes assigned to the images.
  • the resolution of the recording systems 302, 303, 304, 305 must be approximately 1 to 2 mm.
  • the exposure time of a recording system 302, 303, 304, 305 must not be longer than approximately 45 microseconds. This results in a data volume to be saved of 100 MByte / s or 5 GByte / km.
  • FIG. 4 serves to accommodate the longitudinal chain mechanism 307 or 400.
  • Each diode line camera 404, 405 records a vertical image strip on one side of the longitudinal chain mechanism 400 within 45 microseconds.
  • the longitudinal chain 400 is illuminated.
  • Metal vapor headlights 406, 407 with a connected load of approximately 10 kW were initially considered as lighting 406, 407.
  • an infrared diode laser was used. In contrast to a metal vapor headlight, this illuminates exactly one field of view of the respective camera and no additional areas of no interest, so a power of 15 W is sufficient.
  • Any image disturbance that may occur, for example due to a swaying of the inspection vehicle, can be compensated for using continuously logged data from tank sensors.
  • a laser radar system 322, 323 [6] is located on the roof 301 near both end faces 320, 321 of the inspection vehicle 300, the beams of which radiate vertically upward recognize a contact wire side holder of a transverse support device 306.
  • the laser radar system 322 in front in the direction of travel detects a transverse support device 306, it triggers an image recording by a scanner camera 324 oriented in the direction of travel. After passing the transverse support device 306, a rear-facing scanner camera 325 is triggered. This creates pictures of an object from both sides.
  • Longitudinal chain mechanism 307 is drawn for the sake of clarity, only one beam fan 333. This is approximately vertical on a plane of the longitudinal chain mechanism 307, while the beam fans 331, 332 for the transverse support devices 306 are arranged almost horizontally.
  • Environmental influences that affect the measurements are minimized by the following measures:
  • narrow-band filters in front of the cameras only allow light with the wavelength of the infrared lasers described to pass through. This means that sunlight, as long as it does not shine directly into the cameras, can be suppressed.
  • the windows in front of the optics are safely protected against light rain during the measurement.
  • the view of the transverse support devices more than 10 m away can be obstructed, so that u. U. good measurement results can no longer be achieved.
  • Dust and soot can be carried out automatically with a warm washing liquid that is sprayed on with pressure.
  • the vehicle roof does not need to be stepped on here. If no measurements are taken, protective covers close the windows.
  • FIG. 1 A principle of an image evaluation 100 in the automated optical inspection of an overhead line of a railway connection is shown in FIG. 1 and is explained in the following.
  • the images (inspection images) 101 recorded during an inspection trip are transmitted to computers (industrial PCs) which are located inside the vehicle of the inspection vehicle.
  • the inspection images 102 are compressed 103 by means of digital signal processors to approximately 3% of their original data volume and, after being temporarily stored on a hard disk, transferred to a magnetic tape.
  • Such a magnetic tape can store all data from around 300 km of single track. Because of the hard disk acting as a buffer, it is not necessary to interrupt the measurement when changing the tape.
  • the automatic evaluation 110 can be carried out after the inspection trip, during longer waiting breaks or trips without Measurement.
  • the start of the evaluation 110 on the vehicle can be brought forward by installing additional computing technology.
  • a prerequisite for the image evaluation 110 is that a so-called reference run was carried out at an earlier point in time, during which the actual state (reference state) was recorded, assessed and reference data generated using reference images 102.
  • the reference images 102 and the inspection images 101 each correspond in terms of their location and in their exposure parameters.
  • FIG. 1 further shows a comparison 120 of a reference image 102 from the reference run with the corresponding inspection image 101 from a current inspection run.
  • Each of these three methods 131, 132, 133 is based on a comparison 130 of a reference image 102 with the corresponding test image 101.
  • this comparison 130 and 135 an image 136 of a selected object is first determined in the reference image.
  • An image 137 of this selected object is then likewise determined in the corresponding test image.
  • a change 135 of the selected object is determined 140 by comparing 135 the two images 136, 137 of the selected object or by comparing measured values which are determined using the images
  • FIG. 6 shows the type and structure of reference data for longitudinal chain mechanisms 601, 602. They are derived from a large number of very large overall images, each of which comprises the longitudinal chain mechanism 601, 602 between two transverse support devices 603, 604.
  • the reference data contain small drawing files 611, 612, 613, 614, the components such.
  • B. terminals 621, 622 in the target state their geometric dimensions and relations and route-related position information.
  • Ropes 631 and contact wires 632 are defined by their diameter and the fastening points 633, 634 located in the partial images.
  • FIG. 7a schematically shows a reference image 701 of a partial area of a transverse support device 702 (without contact wire and suspension cable).
  • Sub-images or evaluation windows 703, 704, 705, 706, 707 are identified by bright frames.
  • FIG. 8 shows a partial area of a transverse support device 801 in a test image 800.
  • the search image shows two search masks 802, 803 which were previously defined in the corresponding reference image.
  • search masks are generally defined in a reference image in such a way that they cover image areas, so-called search areas, between displayed objects. A foreign body can thus be identified when a search area in the reference image is compared with the corresponding search area in the test image.
  • FIG. 8 shows a loose rope end 810, which is recognized when the search area 802 of the test image 800 is compared with the corresponding search area in the associated reference image, in which the loose rope end is not present.
  • an additional object for example a foreign body, which is depicted in the test image but not depicted in the reference image, can be recognized in a simple manner.
  • a search mask is defined according to the following procedure (Fig. 9):
  • a selected reference image 900 which has different objects 901, 902, 903 and whose pixels have different gray values 904, 805, is binarized 810.
  • the objects 901, 902, 903 appear white. The remaining areas appear black.
  • the search areas 932, 933, 934 are defined in such a way that each associated black area is surrounded by a search mask.
  • the different parts of the search mask are combined and saved in a single binary search mask image.
  • This alternative describes a method for location coding for the assignment of reference image to test image:
  • a position measuring system is continuously recorded for the images, for the reference images as well as for the test images during the respective recording journey.
  • a special system for recognizing a main object e.g. the cross support device for electrical railways
  • the presence of a cross support device and thus a support mast with the associated location is also recorded.
  • the crossbeams and thus their masts can be counted and numbered along the route. During inspection, these numbers are used to assign the correct reference images to the corresponding test images.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobjekts, welches einem Fahrweg zugehörig ist und welches an einem vorgegebenen Ort in dem Fahrweg vorhanden ist. Bei der Erfindung wird an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein Referenzbild aufgenommen. In dem mindestens einen Referenzbild wird ein Abbild des Referenzobjekts ermittelt. An dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs wird zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein Prüfbild aufgenommen. In dem mindestens einen Prüfbild wird ein weiteres Abbild des Refe-renzobjekts ermittelt. Durch einen Vergleich des Abbildes des Referenzobjekts in dem mindestens einen Referenzbild mit dem weiteren Abbild des Referenzobjekts in dem mindestens einen Prüfbild wird die Veränderung des Referenzobjekts ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobjekts
Die Erfindung betrifft die Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobj ekts .
Eine solche Ermittlung ist aus [1] bekannt.
Dieses Verfahren einer Bildverarbeitung, ein Verfahren zur Codierung und Decodierung eines digitalen Bildes gemäß einem Bildcodierungsstandard MPEG4 [9], basiert auf einem Prinzip der objektbasierten Bildcodierung.
Bei der objektbasierten Bildcodierung erfolgt jeweils eine Segmentierung zweier zeitlich aufeinanderfolgender Bilder in Bildblöcke oder Bildbereiche entsprechend in einer Szene vorkommender Objekte und eine separate Codierung dieser Objekte.
Bei dieser objektbasierten Bildcodierung wird im Rahmen einer sogenannten Inter-Bildcodierung mit Bewegungsschätzung in einem zeitlich vorangegangenen Bild ein Abbild eines Objekts ermittelt. Anschließend wird auch in dem zeitlich nachfolgen- den Bild ein weiteres Abbild des Objekts ermittelt. Unter Verwendung einer dem Abbild des Objekts in dem zeitlich vorangegangenen Bild zugeordneten Bildinformation und der dem weiteren Abbild des Objekts in dem zeitlich nachfolgenden Bild zugeordneten Bildinformation wird eine Differenzbildin- formation bestimmt. Diese Differenzbildinformation wird nachfolgend codiert und übertragen.
Die Differenzbildinformation ist nur sehr klein, falls eine Veränderung des Objekts in den zeitlich aufeinanderfolgenden digitalen Bildern, beispielsweise durch eine Bewegung oder eine Formänderung des Objekts, gering ist. Ist die Veränderung groß, so entsteht sehr viel Differenzinformation. Aus diesem Grund wird, wie es aus [1] bekannt ist, eine „Bild-zuBild* -Bewegung (Bewegungssc ätzung) gemessen und vor der Ermittlung der Differenzinformation kompensiert (Bewegungskompensation) .
Aus [2] ist ein Verfahren einer Bildverarbeitung zur Überwachung eines Fahrwegs einer Bahn bekannt.
Bei diesem Verfahren werden Videobilder eines Fahrdrahts, welcher zur Stromversorgung einer Bahn dient und welcher unter Verwendung eines sogenannten Längskettenwerks und einer sogenannten Quertrageeinrichtung entlang des Fahrwegs geführt wird, aufgenommen.
In Figur 2 und Figur 5 ist schematisch ein Aufbau einer Oberleitung zur Stromversorgung umfassend den Fahrdraht 201, das Längskettenwerk 202 und die Quertrageeinrichtung 203 dargestellt.
Ferner sind in Fig.2 und Fig.5 zwei Isolatoren, ein Hänger 206, eine Tragseildrehklemme 503, ein Spitzenanker 504, ein Auslegerohr 505, ein Diagonalrohr 506 dargestellt.
Bei dem aus [2] bekannten Verfahren werden die Videobilder von einem Fachpersonal hinsichtlich eines Schadens an dem
Fahrdraht oder eines Fremdkörpers in der Oberleitung visuell kontrolliert und ausgewertet.
Weitere automatische Verfahren zur Überwachung eines Fahrwegs einer Bahn sind jeweils aus [3], [4], [5] und [6] bekannt o- der werden in [8] vorgeschlagen.
So werden zur Ermittlung einer Höhen- und Seitenlage des Fahrdrahts ein Triangulationsverfahren [3] und licht- laufzeitbasierte Phasenmessverfahren [4] eingesetzt. Zur Bestimmung eines Verschleißes des Fahrdrahts wird entweder eine Breite einer Schleifflache mit Hilfe eines Laserscanners [5] oder von Diodenzeilen [2] gemessen oder es wird im waagrecht orientierten Durchlicht eine Resthohe des Fahr- drahts ermittelt [6].
Eine dazu verwendete und aus [6] bekannte Messeinrichtung befindet sich oberhalb eines Schleifers, was aus mechanischen Gr nden die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt, im Uberlap- pungsbereich mehrerer Fahrdrähte zu einer Abschattung fuhrt und somit gegebenenfalls eine größere Resthohe als tatsächlich vorhanden vortäuscht. Um dem vorzubeugen wird ein solcher Bereich bei einer Messung ausgeschlossen.
Ein beruhrungsloses, aufnahmebasiertes Uberwachungsverfahren mit nahezu senkrechter Blickrichtung einer A fnähmeeinheit besitzt dar ber hinaus den Nachteil, dass nur die Breite einer Spiegelfläche erfasst werden kann. Die Spiegelfläche erlaubt aber bei einem Fahrdraht mit nahezu rechteckigem Profil prinzipiell nicht, die Resthohe zu ermitteln.
Sonstigen Bestandteile der Stromversorgung, insbesondere des Langskettenwerks und der Quertrageeinrichtung, können bei den oben benannten Uberwachungsverfahren auch nicht automatisch inspiziert werden. Üblich ist deshalb eine Aufnahme der
Stromversorgung mit einer Videokamera, wobei deren relativ geringe Auflösung und Bildfrequenz nur sehr grobe Defekte erkennen lasst. Nach einer Inspektionsfahrt sind alle Videobilder von einem Fachpersonal bzw. Prufpersonal visuell zu kon- trollieren und auszuwerten.
Alternativ wird ein Fahrweg von dem Prufpersonal begangen, was sehr langsam und somit kostentrachtig und zudem mit einer gewissen Unfallgefahr verbunden ist.
Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit welchen automatisch und auf einfache Weise eine Veränderung eines Objekts in einem Fahrweg festgestellt und damit der Fahrweg auf einfachere und kostengünstigere Weise sowie mit größerer Zuverlässigkeit als bei den oben benannten Verfahren überwacht werden kann.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Probleme werden durch eine Anordnung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentan- spruch gelöst.
Bei dem Verfahren zur Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobjekts, welches einem Fahrweg zugehörig ist und welches an einem vorgegebenen Ort in dem Fahrweg vorhanden ist, werden folgende Schritte durchgeführt:
- an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs wird zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein Referenzbild aufgenommen,
- in dem mindestens einen Referenzbild wird ein Abbild des Referenzobjekts ermittelt, - an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs wird zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein Prüfbild aufgenommen,
- in dem mindestens einen Prüfbild wird ein weiteres Abbild des Referenzobjekts ermittelt,
- durch einen Vergleich des Abbildes des Referenzobjekts in dem mindestens einen Referenzbild mit dem weiteren Abbild des Referenzobjekts in dem mindestens einen Prüfbild wird die Veränderung des Referenzob ekts ermittelt.
Die Anordnung zur Ermittlung einer Veränderung eines Refe- renzobjekts, welches einem Fahrweg zugehörig ist und welches an einem vorgegebenen Ort in dem Fahrweg vorhanden ist, weist folgende Komponenten auf:
- eine erste Aufnahmeeinheit, die derart eingerichtet ist, dass an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein Referenzbild aufnehmbar ist, - eine erste Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass in dem mindestens einen Referenzbild ein Abbild des Referenzobjekts ermittelbar ist,
- eine zweite Aufnahmeeinheit, die derart eingerichtet ist, dass an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein Prüfbild aufnehmbar ist,
- eine zweite Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass in dem mindestens einen Prüfbild ein weiteres Abbild des Referenzobjekts ermittelbar ist, - eine dritte Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass durch einen Vergleich des Abbildes des Referenzob- jekts in dem mindestens einen Referenzbild mit dem weiteren Abbild des Referenzobjekts in dem mindestens einen Prüfbild die Veränderung des Referenzobjekts ermittelbar ist.
Die Anordnung ist insbesondere geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer deren nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das Verfahren als auch auf die Anordnung.
Die Erfindung und die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer im weiteren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm ge- speichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt . Auch kann die Erfindung oder jede im weiteren beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.
Eine Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Veränderung des Referenzobjekts kann dadurch erhöht werden, dass mehrere Referenzbilder und/oder mehrere Prüfbilder an dem vorgegebenen Ort aufgenommen werden. Dabei ist es zweckmäßig, die Referenzbilder jeweils unter unterschiedlichen Aufnahmeparametern, beispielsweise einem Aufnahmewinkel, aufzunehmen. Entsprechendes gilt für die Prüfbilder.
Die Zuverlässigkeit kann weiter erhöht werden, wenn das Referenzbild und das zugehörige Prüfbild unter denselben Aufnahmeparametern aufgenommen werden.
Zu einer Reduzierung eines Speicherplatzes und eines Rechen- aufwandes ist es zweckmäßig, ein erstes Teilbild in dem Referenzbild und/oder ein zweites Teilbild in dem Prüfbild zu ermitteln, welche das Abbild bzw. das weitere Abbild aufweisen. In diesem Fall werden bei dem Vergleich das erste Teilbild und das zweite Teilbild miteinander verglichen.
Auch kann es sinnvoll sein, das erste Teilbild so in dem Referenzbild und/oder das zweite Teilbild so in dem Prüfbild zu platzieren, dass das erste Teilbild und/oder das zweite Teilbild eine dem Referenzobjekt zugehörige Umgebung zeigt.
In einer Ausgestaltung ist ein Teilbild eine Suchmaske. Unter Verwendung dieser Suchmaske kann ein festgelegter Bildbereich nach dem Abbild, dem weiteren Abbild oder der Veränderung untersucht werden.
Der Vergleich des ersten mit dem zweiten Teilbild kann besonders einfach dadurch realisiert werden, dass jeweils ein ers- ter Bildpunktwert eines ersten Bildpunktes des ersten Teilbildes von einem zweiten Bildpunktwert eines zweiten Bildpunktes des zweiten Teilbildes subtrahiert wird. Ein solcher erster Bildpunktwert und ein solcher zweiter Bildpunktwert können beispielsweise Helligkeits- oder Farbwerte (Luminanz- oder Crominanzwerte) sein.
Durch diese Subtraktion von Bildpunktwerten wird ein Differenzbild erzeugt, in welchem eine Abbildveränderung zwischen dem Abbild und dem weiteren Abbild besonders einfach ermittelt werden kann. Unter Verwendung der Abbildveränderung kann die Veränderung des Referenzobjekts ermittelt werden.
Das Differenzbild kann auch weiterbearbeitet werden, bei- spielsweise durch eine Filterung und/oder Segmentierung eines Bildbereiches des Differenzbildes. Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Veränderung erhöhen.
In einer Weiterbildung wird das Abbild des Referenzobjekts in dem Referenzbild oder das weitere Abbild des Referenzobjekts unter Verwendung eines Kantendetektionsverfahren oder Objekterkennungsverfahrens ermittelt. Solche Verfahren sind aus [10] und [11] bekannt.
Besonderes einfach kann das weitere Abbild des Referenzob- jekts in dem Prüfbild unter Verwendung eines Korrelationsverfahrens, wie es aus [9], [12] und [13] bekannt ist, ermittelt werden. Dabei wird die Korrelation zwischen Bildpunktwerten, welche dem Abbild zugehörig sind, und Bildpunktwerten, welche dem weiteren Abbild zugehörig sind, ermittelt.
Die Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Veränderung des Referenzobjekts kann auch dadurch erhöht werden, dass unter Verwendung des Abbildes des Referenzobjekts in dem Referenz- bild eine erste Größe einer geometrischen Referenzeigenschaft des Referenzobjekts ermittelt wird und unter Verwendung des weiteren Abbildes des Referenzobjekts in dem Prüfbild eine zweite Größe derselben geometrischen Referenzeigenschaft des Referenzobjekts ermittelt wird.
Als die geometrische Referenzeigenschaft können beispielsweise ein Winkel, welchen das Referenzobjekt aufweist, oder eine Länge, welche das Referenzobjekt aufweist, oder eine Krümmung, welche das Referenzobjekt aufweist, oder ein Abstand, welchen das Referenzobjekt aufweist, oder eine Form, welche das Referenzobjekt aufweist, ermittelt werden.
Bei dem Vergleich wird in diesem Fall die erste Größe mit der zweiten Größe verglichen. Bei diesem Vergleich kann eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Größe gebildet und die Veränderung dann festgestellt werden, wenn die Differenz einen Schwellenwert überschreitet.
In einer Ausgestaltung werden das Referenzbild und das Prüfbild unter Verwendung eines Ortscodes und/oder eines Zeitcodes einander zugeordnet. Ein solcher Ortscode kann beispiels- weise eine Nummer sein, welche dem Referenzbild und/oder dem Prüfbild zugeordnet wird. Ein solcher Zeitcode kann beispielsweise eine Zeitangabe sein, welche dem Referenzbild und/oder dem Prüfbild zugeordnet wird.
In einer Ausgestaltung werden mehrere Orte vorgegeben. An jedem der vorgegebenen Orte wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt .
In diesem Fall kann eine entsprechende Weiterbildung einge- setzt werden zur Überwachung des Fahrwegs. An allen vorgegebenen Orten können Veränderungen von Referenzobjekten ermittelt und jeweils eine Maßnahme zur Behebung der entsprechenden Veränderung durchgeführt werden.
In einer Weiterbildung wird das Referenzobjekt in mehrere Referenzteilobjekte zerlegt. In einer Ausgestaltung ist das Referenzobjekt ein funktionel- les Zubehör des Fahrwegs, beispielsweise ein verkehrstechnisches Objekt. Der Fahrweg kann in diesem Fall eine Verkehrsverbindung, beispielsweise eine Eisenbahnstrecke, sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Referenzobjekt ein Element einer Fahrleitung. Eine solche Fahrleitung kann eine Oberleitung sein. In diesem Fall ist das Referenzobjekt ein Element eines Längskettenwerks der Oberleitung oder einer Quertrageeinrichtung der Oberleitung.
Auch kann ein Referenzobjekt oder eines seiner Referenzteilobjekte ein Grundelement der Fahrleitung, insbesondere eine Stange oder ein Rohr oder ein Seil oder ein Draht, oder ein Verbindungselement der Fahrleitung, insbesondere eine Halte- rung oder eine Klemme oder ein Trageelement oder ein Isolator, sein.
In einer weiteren Weiterbildung ist das Referenzobjekt ein Element eines Schienenstrangs.
Eine besonders einfache Anordnung der Erfindung lässt sich dadurch realisieren, dass die erste Aufnahmeeinheit und/oder die zweite Aufnahmeeinheit jeweils eine digitale Kamera ist. Eine Auswerteeinheit lässt sich besonderes einfach durch einen PC, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, mit welchem entsprechende Verfahrensschritte durchführbar sind, realisieren.
Bei einer Weiterbildung, welche zur Überwachung des Fahrwegs eingesetzt wird, ist die Anordnung angebracht an einem Fahrzeug, welches auf dem Fahrweg fährt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figuren darge- stellt und wird im weiteren erläutert. Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen
Figur 1 ein Prinzip einer Bildauswertung durch Erkennen einer Veränderung eines Oberleitungsobjekts;
Figur 2 eine Skizze einer Oberleitung einer Eisenbahn;
Figur 3 ein Inspektionsfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine Skizze eines Aufnahmesystems zur Aufnahme eines Längskettenwerks;
Figur 5 ein Gesichtsfeld für eine Inspektion einer Quertrageeinrichtung;
Figur 6 eine Skizze, welche eine Festlegung eines Auswerte- fensters zeigt;
Figuren 7a und 7b Skizzen, welche Verfahren zur Inspektion einer Oberleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel verdeutlichen;
Figur 8 eine Skizze, welche ein Verfahren zur Inspektion einer Oberleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel verdeutlicht;
Figur 9 eine Skizze mit Bildern, welche eine Festlegung einer Suchmaske verdeutlichen.
Ausführungsbeispiel: Automatisierte optische Inspektion einer Oberleitung einer Eisenbahnverbindung
Systemkonzept der automatisierten optischen Inspektion Fig. 3 zeigt ein Inspektions ahrzeug 300, einen modifizierten Triebwagen, zur Überwachung einer Eisenbahnstrecke.
Ziel der Inspektion ist die Detektion einer Veränderung in einer Oberleitung der Eisenbahnstrecke.
Eine solche Veränderung kann beispielsweise entstehen durch einen Schaden, welcher an einem Element der Oberleitung auf- tritt, oder durch einen Fremdkörper, welcher sich in der 0- berleitung verfängt.
Wird eine Veränderung detektiert und diese als für einen störungsfreien Betrieb der Eisenbahnstrecke maßgeblich klassifi- ziert, wird eine Maßnahme zur Behebung der Veränderung eingeleitet. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise eine Reparatur des Schadens oder ein Entfernen des Fremdkörpers sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass nachfolgend beschriebenes Inspektionssystem nicht nur für die Inspektion einer Oberleitung einer Eisenbahnverbindung, sondern bei entsprechender Modifikation für die Inspektion eines beliebigen Elements einer Eisenbahnverbindung, beispielsweise eines Schienenkörpers oder einer Schienenschwelle, verwendet werden kann.
Auf einem Dach 301 des Inspektionsfahrzeugs 300 befinden sich mehrere optische Aufnahmesysteme 302, 303, 304, 305, die während einer Inspektionsfahrt des Inspektionsfahrzeugs 300 an vorgegebenen Aufnahmeorten 300 berührungslos aus verschiede- nen Richtungen jeweils für einen Ort zueinandergehörige Bilder der Oberleitung aufnehmen.
Die optischen Aufnahmesysteme 302, 303, 304, 305 sind derart ausgerichtet, dass auf den durch sie aufgenommenen, jeweils für einen Ort zueinandergehörigen Bildern alle Elemente der Oberleitung sowie deren Oberflächen an diesem Ort erkennbar sind. Die optischen Aufnahmesysteme 302 und 303 dienen zur Überwachung und Inspektion der Quertrageeinrichtungen 306, das optische Aufnahmesystem 304 dient zur Überwachung und Inspekti- on des Längskettenwerks 307 und das optische Aufnah esystem 305 dient zur Überwachung und Inspektion des Fahrdrahts 308.
Fig.2 zeigt exemplarisch einen Aufnahmeort mit einer Oberleitung und Elementen der Oberleitung, beispielsweise ein Längs- kettenwerk 310 (vgl. Fig.2) und eine Quertrageinrichtung 311 (vgl. Fig.2) .
Alle aufgenommenen Bilder werden orts- und zeitcodiert abspeichert, so dass jedem Bild eindeutig ein zugehöriger Auf- nahmeort und eine zugehörige Aufnahmezeit zugeordnet werden kann.
Nach Ende einer Inspektionsfahrt werden die gespeicherten Bilder mit Hilfe eines automatischen, nachfolgend beschriebe- nen Bildverarbeitungsverfahrens ausgewertet.
Im Rahmen dieser Auswertung werden die Bilder der Inspektionsfahrt mit zu einem früheren Zeitpunkt, an den selben vorgegebenen Orten unter gleichen Aufnahmeparametern aufgenomme- nen Referenzbildern verglichen. Die Zuordnung eines Referenzbildes zu einem zugehörigen Inspektionsbild erfolgt unter Verwendung der den Bildern zugeordneten Ort- und Zeitcodes .
Bei diesem Vergleich wird eine Veränderung der Oberleitung oder eines Elements der Oberleitung festgestellt, diese in einem Protokoll protokolliert und automatisch in eine von drei Klassen eingeordnet: eindeutige Defekte, unklare Situationen und unerhebliche Differenzen.
Nur unklare Situationen werden nachträglich von einem Prüfpersonal bewertet. Abschließend wird für eine festgestellte Veränderung gegebenenfalls ein Wartungshinweis oder eine Reparaturmaßnahme ver- anlasst .
Da das Prüfpersonal nur die unklaren Situationen visuell zu inspizieren braucht, wird es von der zeitraubenden und ermüdenden visuellen Inspektion der weitaus größeren einwandfreien Bereiche befreit.
Um kleinere Elemente der Oberleitung wie einen Schraubenkopf und aus defekten Seilen herausragende einzelne Drähte erkennen zu können, muss die Auflösung der Aufnahmesysteme 302, 303, 304, 305 etwa 1 bis 2 mm betragen. Damit eine größere Bewegungsunschärfe in einem Bild, hervorgerufen durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h vermieden wird, darf eine Belichtungsdauer eines Aufnahmesystems 302, 303, 304, 305 nicht länger als ca. 45 microsec sein. Daraus ergibt sich eine abzuspeichernde Datenmenge von 100 MByte/s oder 5 GByte/km.
Eine genauere Spezifizierung eines Aufnahmesystems erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt.
Bei einer Verschleißmessung des Fahrdrahts 308 ist ein Ver- gleich von Inspektionsbildern mit früheren Referenzbildern nicht erforderlich. In diesem Fall genügt der Vergleich eines Profils des bei der Inspektionsfahrt aufgenommenen Fahrdrahts 308 mit einem vorgegebenen Sollprofil. Eine Messunsicherheit des entsprechenden Aufnahmesystems 305 muss ca. 0,1 mm betra- gen und eine Erkennung von einer Profileinschnürung mit 2 bis 3 cm Länge ermöglichen.
Da eine Dauer einer Einzelmessung für das Längskettenwerk 307 45 oder für die Drahtprofilmessung 200 microsec nicht über- schreitet, hat eine Schwingung des Inspektionsfahrzeugs 300 oder des Fahrdrahts 308 mit einer Frequenz unterhalb von 5000 Hz keinen Einfluss auf eine Qualität eines Messergebnisses . Für eine größere Frequenz ist eine Amplitude kleiner als eine geforderte Auflösung und wirkt daher nicht störend.
Automatisiertes optisches Inspektionssystem
Zur Aufnahme des Längskettenwerks 307 bzw. 400 dient die in Fig. 4 dargestellte Anordnung. Auf einer linken Seite 401 und einer rechten Seite 402 eines Fahrzeugdaches 403 befinden sich je eine Diodenzeilenkamera 404, 405 mit einer zugehöri- gen Beleuchtung 406, 407.
Jede Diodenzeilenkamera 404, 405 nimmt innerhalb von 45 microsec einen senkrechten Bildstreifen einer Seite des Längskettenwerkes 400 auf. In Verbindung mit einer horizontalen Fahrzeugbewegung des Inspektionsfahrzeugs 300 entsteht ein
"unendlich" ausgedehntes Bild. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h werden 22 000 Zeilen/s aufgenommen, wobei jeder Streifen 1 mm breit ist. Die Kamerazeile enthält 2048 Elemente, was an einem aufzunehmenden Objekt je nach Abstand einer Auflösung von 0,7 bis 2 mm in Richtung der Kamerazeile entspricht .
Um einen Einsatz bei Nacht zu ermöglichen und am Tage definierte Lichtverhältnisse zu schaffen, wird das Längsketten- werk 400 beleuchtet. Als Beleuchtung 406, 407 wurden zunächst Metalldampf-Scheinwerfer 406, 407 mit etwa 10 kW Anschluss- leistung in Betracht gezogen. Da aber wegen einer Vielzahl von Kameras Platzprobleme auftraten und eine Blendung von einem Unbeteiligten vermieden werden sollte, wurde ein Infra- rot-Dioden-Laser eingesetzt. Weil dieser im Gegensatz zu einem Metalldampf-Scheinwerfer genau ein Gesichtsfeld der jeweiligen Kamera und keine zusätzlichen, nicht interessierenden Bereiche ausleuchtet, ist eine Leistung von 15 W ausreichend.
Um eine Gefährdung eines menschlichen Auges auszuschließen, sind in einer Austrittsöffnung eines Lasergehäuses des Infra- U) cυ tv> M P1 t-1 cπ o cπ O Cπ o cπ
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Eine eventuell auftretende Bildstörung, beispielsweise durch ein Wanken des Inspektionsfahrzeugs, kann mit Hilfe von fortlaufend protokollierten Daten von Wanksensoren kompensiert werden.
Nahe beider Stirnseiten 320, 321 des Inspektionsfahrzeugs 300 befinden sich auf dem Dach 301 je ein Laserradarsystem 322, 323 [6], dessen senkrecht nach oben gerichtete Strahlen einen Fahrdrahtseitenhalter einer Quertrageinrichtung 306 erkennen.
Sobald das in Fahrtrichtung vordere Laserradarsystem 322 eine Quertrageinrichtung 306 erkennt, löst es eine Bildaufnahme durch eine in Fahrtrichtung orientierte Scanner-Kamera 324 aus. Nach Passieren der Quertrageinrichtung 306 wird eine nach hinten blickende Scanner-Kamera 325 ausgelöst. Somit entstehen Aufnahmen eines Objektes von beiden Seiten.
In Fig. 3 sind Strahlenfächer 331, 332, 333 der Aufnahmesys- te e 302, 303, 304 angedeutet. Von Strahlenfächern für das
Längskettenwerk 307 ist einer Übersichtlichkeit wegen nur ein Strahlenfächer 333 gezeichnet. Dieser steht in etwa senkrecht auf einer Ebene des Längskettenwerks 307, während die Strahlenfächer 331, 332 für die Quertrageinrichtungen 306 nahezu waagerecht angeordnet sind. Umwelteinflüsse, welche die Messungen beeinträchtigen, werden durch folgende Maßnahmen minimiert :
Um außer während der Nacht, auch tagsüber messen zu können, lassen schmalbandige Filter vor den Kameras nur Licht mit der Wellenlänge der beschriebenen Infrarot-Laser passieren. Somit kann auch Sonnenlicht, soweit es nicht direkt in die Kameras scheint, unterdrückt werden.
Da die Temperaturen auf dem Dach stärker schwanken können, als die Laser, Kameras und optischen Systeme vertragen, wird das Innere aller Gehäuse mit Hilfe geschlossener Wasserkreisläufe auf etwa 20 C temperiert.
Die Fenster vor den Optiken werden während der Messung gegen leichten Regen sicher geschützt. Bei sehr starkem Regen, Nebel oder Schneefall kann die Sicht auf die mehr als 10 m entfernten Quertrageinrichtungen behindert werden, so dass u. U. gute Messergebnisse nicht mehr erreichbar sind.
Eine Reinigung der Fenster von Verschmutzungen, wie z. B.
Staub und Ruß, ist mit einer warmen Waschflüssigkeit, die mit Druck aufgespritzt wird, automatisch durchführbar. Das Fahrzeugdach braucht hierbei nicht betreten zu werden. Falls nicht gemessen wird, verschließen Schutzhauben die Fenster.
Bildauswertung
Ein Prinzip einer Bildauswertung 100 bei der automatisierten optischen Inspektion einer Oberleitung einer Eisenbahnverbin- düng ist in Fig.l dargestellt und wird im folgenden erläutert .
Die während einer Inspektionsfahrt aufgenommenen Bilder (Inspektionsbilder) 101 werden zu Rechnern (Industrie-PCs) über- tragen, die sich im Fahrzeuginneren des Inspektionsfahrzeugs befinden. Zunächst werden die Inspektionsbilder 102 mittels digitaler Signalprozessoren auf ca. 3% ihres ursprünglichen Datenvolumens komprimiert 103 und nach Zwischenspeicherung auf einer Festplatte auf ein Magnetband übertragen.
Ein solches Magnetband kann sämtliche Daten von etwa 300 km eingleisiger Strecke speichern. Wegen der als Puffer wirkenden Festplatte ist es nicht nötig, bei einem Bandwechsel die Messung zu unterbrechen.
Die automatische Auswertung 110 kann nach Beendigung der Inspektionsfahrt, bei längeren Wartepausen oder Fahrten ohne Messung durchgeführt werden. Der Beginn der Auswertung 110 auf dem Fahrzeug kann durch eine Installation zusätzlicher Rechentechnik vorverlegt werden.
Voraussetzung für die Bildauswertung 110 ist, dass zu einem früheren Zeitpunkt eine sogenannte Referenzfahrt durchgeführt wurde, bei welcher der Ist-Zustand (Referenzzustand) mittels Referenzbildern 102 aufgenommen, beurteilt und Referenzdaten erzeugt wurden.
Die Referenzbilder 102 und die Inspektionsbilder 101 entsprechen sich jeweils in ihrem Aufnahmeort und in ihren Aufnahmeparametern.
Fig.l zeigt weiter einen Vergleich 120 jeweils eines Referenzbilds 102 aus der Referenzfahrt mit dem entsprechenden Inspektionsbild 101 aus einer aktuellen Inspektionsfahrt .
Im Rahmen der Bildauswertung 110 bzw. 130 werden drei Verfah- ren zur Erkennung von Veränderungen an der Oberleitung durchgeführt, welche nachfolgend für eine Erkennung von Veränderungen an Quertrageeinrichtungen und an einem Längskettenwerk beschrieben werden:
a) Verfahren basierend auf einem Geometrievergleich 131, b) Verfahren basierend auf einem Differenzbild 132, c) Verfahren zur Erkennung eines Fremdkörpers 133.
Grundprinzip der Verfahren a) bis c]
Jedes dieser drei Verfahren 131, 132, 133 basiert auf einem Vergleich 130 eines Referenzbildes 102 mit dem entsprechenden Prüfbild 101. Bei diesem Vergleich 130 bzw. 135 wird zuerst in dem Referenzbild ein Abbild 136 eines ausgewählten Objekts ermittelt. Anschließend wird in dem entsprechenden Prüfbild ebenfalls ein Abbild 137 dieses ausgewählten Objekts ermittelt. Durch einen Vergleich 135 der beiden Abbilder 136, 137 des ausgewählten Objekts oder durch einen Vergleich von Messwerten, welche unter Verwendung der Abbilder ermittelt werden, wird eine Veränderung des ausgewählten Objekts ermittelt 140
Zu den Verfahren a) und b) :
Fig.6 zeigt die Art und Struktur von Referenzdaten für Längskettenwerke 601, 602. Sie werden aus einer Vielzahl sehr großer Gesamtbilder abgeleitet, die jeweils das Längskettenwerk 601, 602 zwischen zwei Quertrageinrichtungen 603, 604 umfassen. Die Referenzdaten enthalten kleine Teilbilder 611, 612, 613, 614, die Bauteile wie z. B. Klemmen 621, 622 im Sollzustand abbilden, deren geometrische Abmessungen und Relationen und streckenbezogene Positionsangaben. Seile 631 und Fahrdrähte 632 sind durch ihren Durchmesser und die in den Teilbildern gelegenen Befestigungspunkte 633, 634 definiert.
Mit Hilfe der automatischen Erkennung der Quertrageinrichtungen 603, 604 und des fortlaufenden Protokollierens der Impulse eines Wegstreckenzählers ist eine nachträgliche Zuordnung des Aufnahmeortes genauer als 0,5 m gewährleistet. Beim auto- matischen Vergleich können wegen der vorhandenen Kenntnis der Aufnahmeorte die zueinander gehörenden Bilder von Referenz- und Inspektionsfahrt leicht vom Rechner gefunden werden.
Fig.7a zeigt schematisch ein Referenzbild 701 eines Teilbe- reiches einer Quertrageinrichtung 702 (ohne Fahrdraht und Tragseil) . Teilbilder bzw. Auswertefenster 703, 704, 705, 706, 707 sind durch helle Rahmen gekennzeichnet.
Fig.7b zeigt das entsprechende Prüfbild 710. Allerdings wurde vor dieser Aufnahme eine Klemme 720 (im Referenzbild) bzw.
721 (im Prüfbild) verschoben und ein abstehendes Seilende 722 als Defekt eingefügt. Die Bildverarbeitung findet die ent- standenen Veränderungen und gibt sie als Meldung auf das Defektprotokoll aus.
Durch das Verschieben der Klemme 720 bzw. 721 haben sich Änderungen im Abstand 724 und Winkel 725 ergeben. Das abstehende Seilende 722 ist deutlich erkennbar. In ähnlicher Weise werden auch andere Veränderungen sonstiger Bauteile gefunden.
Zu Verfahren c) :
Fig. 8 zeigt in einem Prüfbild 800 einen Teilbereich einer Quertrageeinrichtung 801.
In dem Prüfbild sind zwei Suchmasken 802, 803 dargestellt, welche zuvor in dem entsprechenden Referenzbild definiert wurden .
Diese Suchmasken werden im allgemeinen derart in einem Referenzbild definiert, dass sie Bildbereiche, sogenannte Suchbe- reiche, zwischen dargestellten Objekten abdecken. Somit kann bei einem Vergleich eines Suchbereichs in dem Referenzbild mit dem entsprechenden Suchbereich in dem Prüfbild ein Fremdkörper erkannt werden.
Anschaulich gesehen wird bei diesem Vorgehen ein Suchbereich aus dem Referenzbild (ggf. nach einer Anpassung an eine veränderte Lage der Objekte im Prüfbild) in dem Prüfbild angewendet, indem innerhalb des angepassten Suchbereichs im Prüfbild nach Fremdkörpern gesucht wird, die sich durch ihre Hel- ligkeit vom i.allg. dunklen Hintergrund abheben.
Fig.8 zeigt ein loses Seilende 810, welches bei dem Vergleich des Suchbereichs 802 des Prüfbildes 800 mit dem entsprechenden Suchbereich in dem zugehörigen Referenzbild, in dem das lose Seilende nicht vorhanden ist, erkannt wird. Auf diese Weise kann ein zusätzliches Objekt, beispielsweise ein Fremdkörper, welches im Prüfbild abgebildet, nicht aber im Referenzbild abgebildet ist, auf einfache Weise erkannt werden.
Die Festlegung einer Suchmaske erfolgt nach folgender Vorgehensweise (Fig.9):
Zuerst wird ein ausgewähltes Referenzbild 900, welches ver- schiedene Objekte 901, 902, 903 aufweist und dessen Bildpunkte unterschiedliche Grauwerte 904, 805 aufweisen, binärisiert 810.
In dem binärisierten Referenzbild 911 erscheinen die Objekte 901, 902, 903 weiß. Die übrigen Bereiche erscheinen schwarz.
In einem weiteren Schritt 920 werden die weiß dargestellten Bereiche verbreitert (Bild 921) .
Die Suchbereiche 932, 933, 934 werden festgelegt derart, dass jeder zusammengehörige schwarze Bereich durch eine Suchmaske umrandet wird. Die verschiedenen Teile der Suchmaske werden in einem einzigen binären Suchmaskenbild zusammengefasst und gespeichert .
Im folgenden wird eine Alternative zu dem Ausführungsbeispiel angegeben:
Diese Alternative beschreibt ein Verfahren zur Ortscodierung zur Zuordnung Referenzbild - Prüfbild:
Damit zu einem Prüfbild das entsprechende, ortsgleiche Referenzbild zugeordnet werden kann, werden zu den Bildern, zu den Referenzbildern wie auch zu den Prüfbildern, bei der je- weiligen Aufnahmefahrt fortlaufend Ortsangaben aus einem Weg- mess-System mit aufgezeichnet. Außerdem wird mit einem besonderen System zur Erkennung eines Hauptobjekts (z.B. der Quer- trageinrichtung elektrischer Bahnen) das Vorhandensein einer Quertrageinrichtung und damit eines Tragmastens mit der zugehörigen Ortsangabe mit aufgezeichnet.
Dadurch können die Quertrageinrichtungen und damit ihre Tragmasten entlang der Fahrstrecke gezählt und nummeriert werden. Diese Nummern dienen bei der Inspektion zur Zuordnung der richtigen Referenzbilder zu den entsprechenden Prüfbildern.
In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, MPEG-4 Video Verification Model Version 5.0 Doc. N1469, Nov. 1996, S. 55-59;
[2] J. M. Van Gigch, C. Smorenburg, A. W. Benshop, "System zur Messung der Fahrdrahtdicke (ATON) -der Niederländischen Bahnen", Schienen der Welt, April 1991, S. 20-31
[3] B. Sarnes, "Qualitätssicherung an Stromabnehmer und 0- berleitung", ETR, 48 (1999) 3, S. 117-123
[4] H. Höfler, N. Dimopoulos, B. Metzger, "Fahrdrahtlagemessung auf Hochgeschwindigkeitsstrecken", eb, 96 (1998) 3 S. 61-64
[5] S. Ishizu, "Series 700 derivative will replace Doctor
Yellow", Railway Gazette Intern., April 1999, S. 218-220
[6] P. Pohl „Der Hagener Video-Messtriebwagen* ,
DerEisenbahningenieur, Juni und Juli 1996, Hefte 6 und 7 1996, Seiten 24 bzw. 32
[7] R. Müller, H. Höfler, "Fahrwegüberwachung mit optischer Meßtechnik", Eisenbahn-Ingenieur Kalender '97, Darmstadt: Tetzlaff, 1996, S. 315-332
[8] DE 199 36 448 AI
[9] erhältlich am 01. September 2000 unter http: //www.it.kth. se/docs/iso-13818-2.read.html
[10] erhältlich am 01. September 2000 unter: http: //vyll .mit . fh-heilbronn.de/German/Theorie/Kantendet ektion.htm [11] erhältlich am 01. September 2000 unter: http: //www.ifi .unizh. ch/groups/mml/people/mbichsel/vorle sung .html
[12] B. Jahne, Digitale Bildverarbeitung, Springer Verl. 1997
[13] F. M. Wahl, Digitale Bildsignalverarbeitung, Kapitel 6.5, Detektionsfilter, Springer Verl. 1984.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobjekts, welches einem Fahrweg zugehörig ist und welches an einem vorgegebenen Ort in dem Fahrweg vorhanden ist, mit folgenden Schritten:
- an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs wird zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein Referenzbild aufgenommen,
- in dem mindestens einen Referenzbild wird ein Abbild des Referenzobjekts ermittelt,
- an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs wird zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein Prüfbild aufgenommen,
- in dem mindestens einen Prüfbild wird ein weiteres Abbild des Referenzobjekts ermittelt, - durch einen Vergleich des Abbildes des Referenzobjekts in dem mindestens einen Referenzbild mit dem weiteren Abbild des Referenzobjekts in dem mindestens einen Prüfbild wird die Veränderung des Referenzobjekts ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere Referenzbilder an dem vorgegebenen Ort aufgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Prüfbilder an dem vorgegebenen Ort aufgenommen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in dem Referenzbild ein erstes Teilbild ermittelt wird, welches das Abbild aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in dem Prüfbild ein zweites Teilbild ermittelt wird, welches das weitere Abbild enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei dem Vergleich das erste Teilbild und das zweite Teilbild miteinander verglichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem bei dem Vergleich unter Verwendung des ersten Teilbildes und des zweiten Teilbildes durch Subtraktion von Bildpunktwerten jeweils eines Bildpunktes des ersten Teilbildes und eines Bildpunktes des zweiten Teilbildes ein Differenzbild ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem in dem Differenzbild eine Abbildveränderung zwischen dem Abbild und dem weiteren Abbild ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem unter Verwendung der Abbildveränderung die Veränderung des Referenzobjekts ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in dem unter Verwendung des Abbildes des Referenzobjekts in dem Referenzbild eine erste Größe einer geometrischen Referenzeigenschaft des Referenzobjekts ermittelt wird und unter Verwendung des weiteren Abbildes des Referenzobjekts in dem Prüfbild eine zweite Größe derselben geometri- sehen Referenzeigenschaft des Referenzobjekts ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem als die geometrische Referenzeigenschaft ein Winkel, welchen das Referenzobjekt aufweist, oder eine Länge, welche das Referenzobjekt aufweist, oder eine Krümmung, welche das Referenzobjekt aufweist, oder ein Abstand, welchen das Referenzobjekt aufweist, oder eine Form, welche das Referenzobjekt aufweist, ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem bei dem Vergleich die erste Größe mit der zweiten Größe verglichen wird.
13. Verfahren nach /Anspruch 12, bei dem eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Größe gebildet wird und die Veränderung dann festgestellt wird, wenn die Differenz einen Schwellenwert überschreitet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Referenzbild und das Prüfbild unter Verwendung eines Ortscodes und/oder eines Zeitcodes einander zugeordnet werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem mehrere von den Orten vorgegeben werden und an jedem der vorgegebenen Orten das verfahren nach einem der vorherge- henden Ansprüche durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, eingesetzt zur Überwachung des Fahrwegs derart, dass die Veränderung ermittelt wird und eine Maßnahme zur Behebung der Veränderung durchgeführt wird.
17. Anordnung zur Ermittlung einer Veränderung eines Referenzobjekts, welches einem Fahrweg zugehörig ist und welches an einem vorgegebenen Ort in dem Fahrweg vorhanden ist, mit folgenden Komponenten:
- eine erste Aufnahmeeinheit, die derart eingerichtet ist, dass an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs zu einem ersten Zeitpunkt mindestens ein Referenzbild aufnehmbar ist,
- eine erste Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass in dem mindestens einen Referenzbild ein Abbild des
Referenzobjekts ermittelbar ist,
- eine zweite Aufnahmeeinheit, die derart eingerichtet ist, dass an dem vorgegebenen Ort des Fahrwegs zu einem zweiten Zeitpunkt mindestens ein Prüfbild aufneh bar ist, - eine zweite Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass in dem mindestens einen Prüfbild ein weiteres Abbild des Referenzobjekts ermittelbar ist, - eine dritte Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass durch einen Vergleich des Abbildes des Referenzobjekts in dem mindestens einen Referenzbild mit dem weiteren Abbild des Referenzobjekts in dem mindestens einen Prüfbild die Veränderung des Referenzobjekts ermittelbar ist.
18 . Anordnung nach Anspruch 17 , bei der das Referenzobjekt mehrere Referenzteilobjekte um- fasst.
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, bei der das Referenzobjekt ein funktionelles Zubehör des Fahrwegs ist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der das Referenzobjekt ein verkehrstechnisches Objekt ist.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der Fahrweg eine Verkehrsverbindung ist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei der die Verkehrsverbindung eine Eisenbahnstrecke ist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der das Referenzobjekt ein Element einer Fahrleitung ist.
24. Anordnung nach Anspruch 23, bei der die Fahrleitung eine Oberleitung ist.
25. Anordnung nach Anspruch 24, bei der das Referenzobjekt ein Element eines Längskettenwerks der Oberleitung oder einer Quertrageeinrichtung der Oberlei- tung ist.
26. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, bei der ein Referenzteilobjekt von den mehreren Referenzteilobjekten ein Grundelement einer Fahrleitung, insbesondere eine Stange oder ein Rohr oder ein Seil oder ein Draht, oder ein Verbindungselement der Fahrleitung, insbesondere eine Halterung oder eine Klemme oder ein Trageelement oder ein I- solator, ist.
27. /Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der das Referenzobjekt ein Element eines Schienenstrangs ist.
28. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, bei der die erste Aufnahmeeinheit und/oder die zweite Aufnahmeeinheit jeweils eine digitale Kamera ist.
29. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, eingesetzt zur Überwachung des Fahrwegs, wobei die Anordnung angebracht ist an einem Fahrzeug, welches auf dem Fahrweg fährt, die Veränderung ermittelbar ist und eine Maßnahme zur Behebung der Veränderung durchführbar ist.
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