Устройство для измерения износа контактного провода
Заявленное изобретение относится к устройству для измерения износа контактирующей с пантографом поверхности контактного провода. В заявленном изобретении датчик линии и лампа размещены в направлении линии сканирования, перпендикулярно направлению контактного провода, и установлены на вагоне технического обслуживания. Датчик фотографирует контактирующую с пантографом поверхность контактного провода при перемещении вагона технического обслуживания, а полученный сигнал изображения записывается в записывающем устройстве с помощью измерительного вычислительного устройства. Измерительное вычислительное устройство организует сигналы яркости сканируемых линий, полученные датчиком, во временные ряды и создает изображение от датчика линии. Измерительное вычислительное устройство производит двоичную обработку изображения от датчика линии. Измерительное вычислительное устройство, кроме того, удаляет части неба из этого изображения от датчика линии после двоичной обработки и выделяет края изношенной части контактного провода, а затем определяет ширину изношенной части контактного провода по его полной ширине и высоте относительно датчика линии контактного провода. Технический результат - обеспечение измерения износа всей длине контактного провода и упрощение измерения износа, а также выполнение измерения в дневное время без влияния смежных с контактным проводом конструкций. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для измерения износа контактирующей с пантографом поверхности контактного провода, и более конкретно, к устройству для измерения износа, которое определяет ширину контактной поверхности по фотографическому изображению контактного провода, и затем по этой ширине определяет толщину контактного провода.
Уровень техники
При движении вагона контактный провод контактной сети электрической железной дороги находится в контакте с токоприемником (пантографом). Из-за этого при работе вагона электрической железной дороги контактный провод постепенно изнашивается, и, если своевременно не произведена замена, в конце концов, происходит разрыв или потеря контакта, и возникает авария. Поэтому для контактного провода устанавливается предел износа. При использовании предела износа, как показателя необходимости замены контактного провода, контактный провод своевременно заменяют, и обеспечивается безопасность вагона электрической железной дороги.
Существуют два основных способа измерения износа контактного провода; в одном непосредственно измеряют толщину контактного провода, а в другом способе измеряют ширину изношенной части контактного провода, и эту ширину пересчитывают в толщину контактного провода.
Одним из способов непосредственного измерения толщины контактного провода является способ измерения толщины контактного провода с помощью средства измерения, например штангенциркуля, при этом измеряют толщину части контактного провода, которую оператору необходимо измерить вручную с помощью средства измерения. Этот способ позволяет точно измерить толщину контактного провода. Но с другой стороны, такое измерение требует участия человека и не может быть автоматизировано, что усложняет измерение толщины провода при его большой протяженности.
В другом способе непосредственного измерения толщины контактного провода используют оптический датчик, при этом к контактному проводу прижимается ролик вращения, и при помощи излучающего лазерного устройства и приемного устройства, которые установлены так, что контактный провод находится между ними на ролике, измеряют освещенность этой части контактного провода, которую затем пересчитывают в толщину контактного провода. Этот способ позволяет непрерывно измерять толщину контактного провода. Однако из-за контакта с проводом скорость работы такой установки мала.
Кроме того, так как используется измерительная конструкция, в которой контактный провод находится между излучателем и датчиком, работа в местах, где она может столкнуться, например, со стрелкой, подвеской и опорой, не возможна. Более того, в местах с такими конструкциями необходимо отодвигать устройства от точки измерения, чтобы избежать столкновения.
Существует способ измерения ширины изношенной части контактного провода с использованием излучения натриевой лампы или лазера (см. Патентный Документ 1). В этом способе используют следующее свойство: нижняя часть контактного провода имеет круглое поперечное сечение, и, когда контактный провод стирается в результате износа и становится более плоским, ширина стертой части контактного провода увеличивается. Затем ширину изношенной части пересчитывают в толщину стертой части контактного провода.
В способе измерения ширины изношенной части контактного провода положение источника излучения и датчика приемника излучения устанавливают точно, так что от изношенной части контактного провода излучение отражается зеркально при использовании натриевой лампы или лазера в качестве источника излучения, а изношенная часть контактного провода отмечается белым цветом при формировании изображения и фиксации зеркально отраженного интенсивного излучения, затем по ширине выбеленной части измеряют ширину изношенной части контактного провода.
Этот способ является неконтактным и поэтому обеспечивает высокую скорость работы. Однако этот способ чувствителен к помехам, таким как зажимы, фиксирующие контактный провод, и конструкции на заднем фоне. Кроме того, в случае получения ошибочного результата из-за помех, результат невозможно проверить. Для проверки величины износа контактного провода затем используют метод непосредственного измерения толщины контактного провода. Кроме того, необходимо получить точное зеркальное отражение путем установки направления излучения и фокуса источника излучения, а также направления принимающего излучение приемника.
Патентный Документ 1: Патентная заявка Японии № 10-194015.
Сущность изобретения
Как описано выше, существует несколько способов измерения величины износа контактного провода: способ непосредственного измерения толщины контактного провода с помощью средства измерения, например штангенциркуля, способ непосредственного измерения толщины контактного провода с помощью оптического датчика и способ измерения ширины изношенной части контактного провода с использованием излучения натриевой лампы или лазера с пересчетом ширины изношенной части контактного провода в толщину контактного провода. Однако каждый из этих способов имеет следующие недостатки.
(1) В способе непосредственного измерения толщины контактного провода с использованием средства измерения, например штангенциркуля, сложно быстро измерять толщину длинного провода, так как измерения выполняются вручную оператором, требуют участия человека и не могут быть автоматизированы.
(2) В способе непосредственного измерения толщины контактного провода с использованием оптического датчика из-за наличия контакта между роликом вращения и контактным проводом скорость работы мала. Кроме того, так как используется измерительная конструкция, в которой контактный провод находится между излучателем и датчиком, работа в местах, где она может столкнуться, например, со стрелкой, подвеской и опорой, невозможна. Более того, в местах с такими конструкциями необходимо отодвигать устройства от точки измерения, чтобы избежать столкновения.
(3) В способе измерения ширины изношенной части контактного провода с использованием излучения натриевой лампы или лазера с пересчетом ширины износа в толщину контактного провода, во-первых, необходим специальный источник излучения, например натриевая лампа и лазер. В частности, в случае использования лазерного излучения нужно учитывать его влияние на организм человека и соблюдать осторожность.
Кроме того, этот способ чувствителен к помехам, таким как зажимы, фиксирующие контактный провод, и конструкции на заднем фоне, и в случае получения ошибочного результата из-за помех, результат невозможно проверить. При проверке износа контактного провода нет возможности выяснить его причину. Таким образом, все равно для проверки участка износа нужно использовать способ непосредственного измерения толщины контактного провода. Более того, необходимо получить точное зеркальное отражение путем установки направления излучения и фокуса источника излучения, а также направления принимающего излучение приемника.
(4) Так как изношенная часть контактного провода измеряется с использованием отраженного излучения источника, измерение можно проводить только ночью, когда фон неба темный и изношенная часть контактного провода становится освещенной.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание устройства для измерения износа контактного провода, которое обеспечивает измерение износа по всей длине контактного провода и упрощает измерение износа и, кроме того, обеспечивает возможность измерения в дневное время, и не подвержено влиянию расположенных рядом с контактным проводом конструкций.
Для решения указанных выше проблем в настоящем изобретении в направлении линии сканирования, перпендикулярной направлению контактного провода, помещается датчик линии, который фотографирует контактную поверхность пантографа контактного провода при перемещении вдоль контактного провода. Сигналы освещенности линий сканирования, полученные датчиком линии, организуются во временные ряды, и создается изображение от датчика линии. Фоновые части изображения отдатчика линии или изображения от датчика линии после двоичной обработки удаляются, и выделяется изображение только изношенной части контактного провода, и производится его двоичная обработка. По изображению от датчика линии после двоичной обработки определяются края изношенной части контактного провода, и на основе данных о краях определяется полная ширина контактного провода, а затем определяется измеренное значение износа контактного провода. Настоящее изобретение содержит следующие элементы.
(1) Устройство измерения износа контактного провода содержит средство, которое обеспечивает изображение от датчика линии, в котором сигналы яркости сканируемых линий, полученные датчиком линии, организованы во временные ряды, причем датчик линии располагается в направлении сканируемой линии, перпендикулярном направлению контактного провода, износ которого измеряется, и производит снимок контактирующей с пантографом поверхности (изношенной части) контактного провода при перемещении вдоль контактного провода; средство двоичной обработки, которое выполняет двоичную обработку изображения от датчика линии и обеспечивает обработанное изображение от датчика линии; средство удаления, которое удаляет фоновую часть из изображения от датчика линии после двоичной обработки; средство двоичной обработки изображения без фоновой части, которое обеспечивает обработанное изображение с выделенной изношенной частью контактного провода посредством двоичной обработки изображения без фоновой части; средство выделения краев, которое выделяет края обеих сторон изношенной части на обработанном изображении без фоновой части, полученном при двоичной обработке изображения без фоновой части; и средство расчета ширины изношенной части, которое рассчитывает полную ширину изношенной части контактного провода на изображении после двоичной обработки как расстояние между краями обеих сторон и определяет ширину изношенной части контактного провода по этой полной ширине.
(2) Устройство измерения износа контактного провода содержит средство, которое обеспечивает изображение от датчика линии, в котором сигналы яркости сканируемых линий, полученные датчиком линии, организованы во временные ряды, причем датчик линии располагается в направлении сканируемой линии, перпендикулярном направлению контактного провода, износ которого измеряется, и производит снимок контактирующей с пантографом поверхности (изношенной части) контактного провода при перемещении вдоль контактного провода; средство, которое извлекает обе боковые поверхности контактного провода из изображения от датчика линии; средство двоичной обработки внутренней области, которое обеспечивает обработанное изображение, в котором изношенная часть контактного провода выделяется при двоичной обработке области между обеими боковыми поверхностями на изображении от датчика линии; средство выделения краев, которое выделяет края с обеих сторон изношенной части на обработанном изображении после двоичной обработки внутренней области; и средство расчета ширины изношенной части, которое рассчитывает расстояние от точки до точки с обоих краев, как полную ширину изношенной части контактного провода на изображении после двоичной обработки и определяет ширину изношенной части контактного провода по этой полной ширине.
(3) Устройство измерения износа контактного провода содержит средство, которое обеспечивает два изображения от датчиков линии, в которых сигналы яркости сканируемых линий, полученные двумя датчиками линии, организованы во временные ряды, причем два датчика линии располагаются в направлении сканируемой линии, перпендикулярном направлению контактного провода, износ которого измеряется, и один датчик производит снимок контактирующей с пантографом поверхности (изношенной части) освещенного контактного провода, а другой датчик производит снимок контактирующей с пантографом поверхности (изношенной части) неосвещенного контактного провода при перемещении вдоль контактного провода; средство разностной обработки, которое обеспечивает изображение от датчика линии, в котором освещенная изношенная часть контактного провода выделяется путем получения разности освещенности изображений от двух датчиков линий; средство двоичной обработки, которое обеспечивает обработанное изображение, в котором изношенная часть контактного провода выделяется при двоичной и разностной обработке изображения от датчика линии; средство выделения краев, которое выделяет края обеих сторон изношенной части на изображении после двоичной обработки; и средство расчета ширины изношенной части, которое рассчитывает полную ширину изношенной части контактного провода на изображении после двоичной обработки как расстояние между краями обеих сторон и определяет ширину изношенной части контактного провода по этой полной ширине.
(4) Средство расчета ширины изношенной части содержит средство определения высоты, которое определяет высоту контактного провода относительно датчика линии по полной ширине и параметру камеры датчика линии, и средство расчета фактической ширины изношенной части, которое определяет фактическую ширину изношенной части контактного провода по полной ширине и высоте контактного провода.
(5) Устройство измерения износа контактного провода дополнительно содержит средство, которое извлекает часть изображения края контактного провода на изображении от датчика линии после двоичной обработки с выделенными краями изношенной части контактного провода, и средство, которое извлекает часть, которая проходит от верхней части до нижней части на изображении части контактного провода, и удаляет помехи.
(6) Средство выделения краев содержит средство, которое вычисляет ширину изношенной части как разность положений левого и правого бокового края для каждой линии на изображении после двоичной обработки, причем вычисление производится для всех линий на изображении после двоичной обработки; средство, которое вычисляет разность между максимальной и минимальной шириной для каждого края всех линий на изображении, и средство, которое оценивает износ для рассматриваемой изношенной части, когда разность между максимальной и минимальной шириной велика.
(7) Средство двоичной обработки содержит средство, которое рисует гистограмму яркости для всего изображения и определяет наличие насыщения при превышении яркости пикселей порогового значения, которое определяется в области нормального отражения от контактного провода.
(8) Средство вычисления ширины изношенной части содержит средство, которое оценивает наличие насыщения в изображении в случае, когда ширина изношенной части контактного провода больше ширины основной линии контактного провода.
(9) Средство двоичной обработки содержит средство, которое, если ширина контактного провода превышает определенное экспериментально пороговое значение, выполняет двоичную обработку этой части как фона и удаляет ее из изображения контактного провода.
(10) Устройство измерения износа контактного провода дополнительно содержит средство, которое обеспечивает наложенное изображение на дисплее, в котором изображение краев, выделенное средством выделения краев, наложено на изображение отдатчика линии.
(11) Устройство измерения износа контактного провода дополнительно содержит средство, которое удаляет помехи на изображении после двоичной обработки, полученном средством двоичной обработки.
(12) Средство двоичной обработки автоматически устанавливает пороговое значение двоичной обработки с использованием метода дискриминационного анализа двоичной обработки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой изображение устройства для измерения износа контактного провода в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.
Фиг.2 представляет собой блок-схему измерения ширины изношенной части контактного провода в соответствии с первым вариантом выполнения.
Фиг.3 представляет собой функциональную схему устройства для измерения износа контактного провода в соответствии с первым вариантом выполнения.
Фиг.4А-4Е представляют собой примеры удаления частей фона и выделения края на двоичном изображении отдатчика линии.
Фиг.5А-5В представляют примеры выделения стороны контактного провода.
Фиг.6 представляет собой блок-схему измерения ширины изношенной части контактного провода в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения.
Фиг.7 представляет собой функциональную схему устройства для измерения износа контактного провода в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения.
Фиг.8 представляет собой схематичное изображение устройства для измерения износа контактного провода в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.
Фиг.9А-9С представляют собой примеры изображений освещенного контактного провода, неосвещенного контактного провода и разности между ними.
Фиг.10 представляет собой блок-схему измерения ширины изношенной части контактного провода в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.
Фиг.11 представляет собой функциональную схему устройства для измерения износа контактного провода в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.
Фиг.12 представляет собой пример гистограммы нормального изображения изношенной части контактного провода.
Фиг.13 представляет собой пример гистограммы изображения изношенной части с эффектом насыщения.
Фиг.14 представляет собой пример изображения с эффектом насыщения.
Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
На фиг.1 показана схема устройства для измерения износа контактного провода в дневное время в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.
Вагон 1 технического обслуживания подключен к контактному проводу 3 через пантограф 2, установленный на крыше вагона, и выполнен с возможностью перемещения по рельсам вдоль контактного провода 3 при помощи привода колес, так же как пассажирский вагон. Вагон 1 имеет на крыше датчик 5 линии и лампу 6 в качестве средства получения фотографического изображения контактного провода 3. В вагоне установлено измерительное вычислительное устройство 7 и записывающее устройство 8.
Датчик 5 линии расположен в направлении сканируемой линии, перпендикулярном направлению контактного провода, износ которого измеряется, и производит снимок контактирующей с пантографом поверхности (изношенной части) контактного провода при перемещении вдоль контактного провода. Поэтому датчик 5 линии установлен на крыше вагона 1 технического обслуживания вертикально, чтобы быть направленным вверх. Кроме того, датчик 5 линии установлен так, что линия сканирования перпендикулярна направлению движения вагона 1 (т.е. направлению прокладки контактного провода) и пересекает контактный провод 3. Что касается лампы 6, то вариант ее выполнения не ограничивается при условии, что область съемки контактного провода 3 и прилегающая область с центром в области съемки может быть освещена через датчик 5 линии, поэтому используется обычная лампа.
На вход измерительного вычислительного устройства 7 поступают сигналы яркости сканируемой линии, полученные датчиком 5 линии при перемещении вагона 1. Кроме того, измерительное вычислительное устройство 7 организует эти сигналы яркости во временные ряды и создает изображение от датчика линии (плоское изображение), затем последовательно сохраняет его как фотографическое изображение контактного провода 3 в записывающем устройстве 8, например, на жестком диске. Измерительное вычислительное устройство 7 или другие вычислительные устройства определяют ширину изношенной части контактного провода 3 путем обработки изображения от датчика линии, хранящегося в записывающем устройстве 8, и по этой ширине изношенной части определяют толщину контактного провода 3.
Блок-схема определения ширины изношенной части контактного провода показана на фиг.2. Вычислительные операции, необходимые для определения этой ширины, и функциональная схема работы программного обеспечения показаны на фиг.3. Обработка изображения подробно описана ниже со ссылкой на эти чертежи и фиг.4А-4Е.
(S1) Получение изображения отдатчика линии.
Как описано выше, изображение от датчика линии хранится в записывающем устройстве 8 после прохождения через измерительное вычислительное устройство 7. Как показано на фиг.3, изображение от датчика линии создается из сигнала изображения, полученного датчиком 5 линии, в блоке 7А создания изображения измерительного вычислительного устройства 7, и затем записывается в заданную область 8А памяти записывающего устройства 8. При этом изображение от датчика линии, сохраненное в области 8А памяти записывающего устройства, передается в запоминающее устройство 11, например оперативное запоминающее устройство.
(S2) Двоичная обработка.
Если описанное выше изображение от датчика линии получено в дневное время, контактный провод на изображении черный, а окружающий его фон (части неба) - белый. Однако, так как изношенная часть контактного провода истирается пантографом, она сильно отполирована по сравнению с неизношенной частью. Поэтому изношенная часть контактного провода выглядит как полоса с разным уровнем яркости по сравнению с фоном даже на изображении от датчика линии (см. фиг.4А).
Таким образом, блок 12 двоичной обработки на фиг.3 устанавливает пороговое значение для отделения изображения полосы изношенной части контактного провода (поверхность контакта с пантографом) от других частей фона (например, частей неба и других конструкций), выполняет двоичную обработку изображения от датчика линии с использованием порогового значения, а затем выделяет изношенную часть контактного провода (далее - изображение от датчика линии после двоичной обработки). После двоичной обработки изображения от датчика линии изображение поверхности контактного провода становится черным, а фон - белым (см. фиг.4В).
При необходимости пороговое значение для двоичной обработки можно задать вручную, но для компенсации сдвига контактного провода или изменения силы отраженного от контактного провода света пороговое значение можно задавать с использованием метода дискриминационного анализа двоичной обработки. Метод дискриминационного анализа двоичной обработки является методом автоматического определения порогового значения для изображения при обработке с использованием вычислительного устройства. Более конкретно, существует группа пикселей (далее - класс) с уровнем яркости в определенном диапазоне, который отображается на гистограмме каждого изображения, а пороговое значение определяется так, чтобы отношение дисперсии внутри класса к дисперсии между классами с учетом фона и размера изображения было максимальным при двоичной обработке. Такой метод позволяет определить относительно оптимальное пороговое значение для любого изображения и выделить изношенную часть. В описанных ниже вариантах выполнения пороговое значение при двоичной обработке может также быть задано автоматически с использованием способа дискриминационного анализа двоичной обработки.
(S3) Удаление белого цвета (частей неба) из изображения после двоичной обработки.
При получении изображения контактного провода в дневное время фоном на изображении является небо (фиг.4А). Кроме того, яркость фона выше, чем яркость изображения изношенной части контактного провода. Поэтому при двоичной обработке изображение контактного провода становится черным (фиг.4В); То есть при двоичной обработке всего изображения от датчика линии небо становится белым, а контактный провод становится черным.
Поэтому блок 13 удаления фона на фиг.3 выполняет фильтрацию так, что белые части исходного изображения после двоичной обработки удаляются. После этого удаляются части неба, и остается только изображение контактного провода (фиг.4С).
(S4) Двоичная обработки оставшегося изображения.
Блок 14 двоичной обработки на фиг.3 еще раз выполняет двоичную обработку указанного выше изображения (оставшегося изображения), в котором части неба удалены. На изображении остается поверхность изношенной части контактного провода, и получается изображение от датчика линии после двоичной обработки, в котором изношенная часть контактного провода белая, а остальной фон - черный (фиг.4D).
(S5) Удаление помех на изображении от датчика линии после двоичной обработки.
В некоторых случаях изображение от датчика линии после двоичной обработки в отдельных точках покрыто небольшими "помехами" из-за царапин изношенной части контактного провода или состояния фона. Поэтому блок 15 удаления помех на фиг.3 удаляет такие помехи, используя метод удаления помех изображения, основанный на двоичной обработке, сжатии при обработке и усредняющей или сглаживающей фильтрации.
(S6) Выделение края изношенной части контактного провода.
Края белого цвета с обеих сторон изношенной части контактного провода выделяются на изображении от датчика линии после двоичной обработки и удаления помех и других конструкций (фиг.4Е).
Края могут быть выделены следующим образом. Если поиск выполняется, начиная с левой стороны некоторой линии, точка, цвет которой изменяется с черного цвета фона на белый цвет изношенной части, считается крайней левой точкой изношенной части, а точка, цвет которой изменяется с белого цвета изношенной части на черный цвет фона, считается крайней правой точкой изношенной части. Блок 16 выделения края изношенной части контактного провода на фиг.3 выполняет эту операцию сверху вниз для изображения каждой линии и выделяет края изношенной части контактного провода на изображении от датчика линии после двоичной обработки.
(S7) Расчет ширины изношенной части контактного провода.
Блок 17 расчета ширины изношенной части контактного провода на фиг.3 вычисляет расстояние от края до края обеих боковых сторон на одной линии сканирования датчика линии как ширину на изображении изношенной части контактного провода, используя данные о краях обеих сторон изношенной части контактного провода, выделенных из изображения от датчика линии после двоичной обработки. Фактическая ширина изношенной части определяется путем вычисления полной ширины контактного провода и расчета высоты контактного провода.
При этом предварительно устанавливается толщина контактного провода и рассчитывается полная ширина контактного провода с помощью обработки изображения от датчика линии, после чего выполняется преобразование этой полной ширины и разрешения изображения (в мм/пиксель), т.е. величины фактического размера (в мм) с учетом параметра датчика линии (фокусное расстояние объектива, ширина датчика, количество пикселей датчика и один пиксель); и рассчитывается высота контактного провода относительно датчика линии.
Таким образом, настоящий вариант выполнения изобретения с удалением частей неба из изображения от датчика линии позволяет измерять износ контактного провода в дневное время при солнечном свете.
Второй вариант выполнения
Обычно боковая поверхность контактного провода на изображении - черная из-за ржавчины или нагара. Изношенная часть контактного провода - белая по сравнению с боковой поверхностью из-за использования яркого света (фиг.5А).
Таким образом, в настоящем варианте выполнения, так как изношенная часть контактного провода находится между черными линиями боковых поверхностей контактного провода при удалении частей неба из изображения от датчика линии после двоичной обработки в первом варианте выполнения сначала выделяется боковая поверхность контактного провода, а затем выделяется белая часть, расположенная между боковыми поверхностями (фиг.5В).
Блок-схема этого процесса показана на фиг.6. Боковая поверхность контактного провода выделяется на полученном от датчика линии изображении (S8), и производится двоичная обработка области между боковыми поверхностями (S9), в отличие от блок-схемы на фиг.2. Функциональная схема такого устройства показана на фиг.7. Блок 12 двоичной обработки и блок 13 удаления частей неба заменены блоком 18 извлечения боковой поверхности контактного провода.
При этом количество операций уменьшается, а процесс измерения становится быстрее. Кроме того, это обеспечивает увеличение достоверности результатов измерения.
Третий вариант выполнения
В настоящем варианте выполнения для удаления частей неба из изображения от датчика линии после двоичной обработки используется способ, который отличается от способа в первом варианте выполнения и в котором, как показано на схеме на фиг.8, установлены два датчика линии, при этом один датчик 5А линии получает изображение участка контактного провода 3, освещенного лампой 6 (фиг.9В), а другой датчик 5В линии получает изображение неосвещенного контактного провода 3 (фиг.9А). При вычислении разности изображений от двух датчиков получается освещенная изношенная область (фиг.9С).
Блок-схема этого варианта выполнения показана на фиг.10. Получают изображение от датчика 5А линии (S10) и изображение от датчика 5В линии (S11), затем вычисляют разность этих изображений и получают изображение от датчика линии (S12), в котором выделена освещенная изношенная область, что отличается от варианта выполнения на фиг.2. Функциональная схема такого устройства показана на фиг.11. На схеме имеется датчик 5А линии, датчик 5В линии и блок 19 вычисления разности, который вычисляет разность изображений от датчиков линии.
При этом количество операций уменьшается, а процесс измерения становится быстрее. Кроме того, это обеспечивает увеличение достоверности результатов измерения.
Четвертый вариант выполнения
Одним из типов износа контактного провода является износ, который имеет волнистую изношенную часть (далее - волнистый износ). При волнистом износе разбросанные островки изношенных частей проявляются даже на изображении после двоичной обработки, и точное измерение ширины изношенной части может быть невозможным, а измеренная ширина изношенной части оказывается заниженной.
В настоящем варианте выполнения при обработке изображений в вариантах выполнения с первого по третий волнистый износ выделяют, и определяют различные характеристики, такие как частота и положение волнистого износа на контактном проводе. При этом ширина изношенной части определяется расчетом ширины изношенной части контактного провода, как в первом и других вариантах выполнения. Затем путем определения превышения разности между частью с наибольшей шириной изношенной части и частью с наименьшей шириной изношенной части порогового значения для определения края изображения изношенной части контактного провода, что является признаком наличия волнистого износа, определяется наличие волнистого износа контактного провода.
Для этого после этапа выделения краев (S6) в блок-схемах на фиг.2, 6 и 10 добавляется этап обнаружения волнистого износа. Кроме того, в функциональных схемах устройств на фиг.3, 7 и 11 блок 16 определения краев изношенной части имеет функцию обнаружения волнистого износа.
Это позволяет обнаруживать ошибки измерения и выделять волнистый износ, а также определять различные характеристики, такие как частота и положение волнистого износа.
Пятый вариант выполнения
При наличии на изображении других конструкций в вариантах выполнения с первого по третий ширина износа контактного провода на таком изображении может быть сильно завышена из-за наличия конструкции. То есть так как контактный провод представляет собой одну прямую линию, его изображение непрерывно от верхней до нижней части экрана, а изображения других конструкций проявляются локально.
Поэтому в настоящем варианте выполнения перед расчетом ширины изношенной части контактного провода, как в первом и других вариантах выполнения, разделяется белая часть (соответствующая контактному проводу) изображения края, и выделяется изображение края, как группа изображения от датчика линии после двоичной обработки, в котором выделяется край изношенной части контактного провода. Группа точек, которая продолжается от верхней к нижней части экрана, считается относящейся к контактному проводу, и только затем выделяется контактный провод путем удаления других конструкций, таких как зажимы и изоляторы, которые присутствуют локально.
Для этого после этапа выделения краев (S6) в блок-схемах на фиг.2, 6 и 10 добавляется этап извлечения контактного провода. В функциональных схемах устройств на фиг.3, 7 и 11 блок 16 выделения краев изношенной части контактного провода имеет функцию выделения контактного провода.
При этом помехи от других конструкций и прочие удаляются, и благодаря выделению только контактного провода уменьшается ошибка измерения, и повышается точность измерения ширины износа контактного провода.
Шестой вариант выполнения
При обработке изображения в вариантах выполнения с первого по третий может иметь место эффект «насыщения», когда яркий свет от лампы 6 зеркально отражается от изношенной поверхности и попадает в объектив камеры датчика линии. В этом случае ширина изношенной части контактного провода могла бы оказаться сильно завышенной.
В настоящем варианте выполнения при выделении изношенной части контактного провода с помощью двоичной обработки, как в первом варианте выполнения, выполняется распознавание насыщения для классификации изображения с эффектом "насыщения" как изображения с ошибкой.
На гистограмме всего изображения от датчика линии, по оси абсцисс которой откладывается яркость, а по оси ординат - пиксели, в целом нет значительных выбросов, как показано на фиг.12. Однако в случае эффекта «насыщения» из-за яркого света, отражающегося в объектив, яркость изменяется в широких пределах, и имеется выброс (см. фиг.13).
В целом такого изменения яркости не проявляется. Таким образом, при использовании такого подхода в настоящем варианте выполнения, в случае превышения яркости пикселей порогового значения, определенного из гистограммы яркости нормальной области отражения от контактного провода, изображение классифицируется как изображение с эффектом насыщения, то есть изображение с ошибкой.
Для этого к этапам двоичной обработки (S4, S9 и S2) добавляется этап выделения пикселей с высокой яркостью в блок-схемах на фиг.2, 6 и 10. При обнаружении пикселей с высокой яркостью полученное значение классифицируется как ошибочное. На функциональных схемах устройств на фиг.3, 7 и 11 блок 15 удаления помех имеет функцию выявления ошибки насыщения.
Это позволяет выявлять эффект насыщения и уменьшить ошибку измерения износа.
Седьмой вариант выполнения
Как описано выше, при зеркальном отражении яркого света от изношенной поверхности в объектив имеет место эффект "насыщения". Из-за этого эффекта при расчете ширины изношенной части контактного провода в вариантах выполнения с первого по третий изношенная часть на изображении, полученном при ярком отраженном свете, может быть больше, чем основная линия контактного провода, и может иметь зазубренный край (см. фиг.14).
Поэтому при расчете ширины изношенной части контактного провода в блок-схемах на фиг.2, 6 и 10 добавляется этап выявления ширины контактного провода. И в случае, если изношенная часть больше, чем основная линия контактного провода, такое изображение классифицируется как изображение с ошибкой. В функциональных схемах устройств на фиг.3, 7 и 11 блок 17 расчета ширины изношенной части контактного провода имеет функцию определения ошибки насыщения.
Это позволяет в настоящем варианте выполнения при оценке насыщения и превышения изношенной частью ширины основной линии контактного провода выявить насыщение и уменьшить ошибку измерения износа.
Восьмой вариант выполнения
В случае отсутствия контактного провода на изображении от датчика линии после двоичной обработки при выполнении двоичной обработки в вариантах выполнения с первого по третий даже фон с низкой яркостью становится белым при использовании дискриминационного анализа двоичной обработки, и появляются сильные помехи.
При этом, так как размер контактного провода практически постоянный, белая часть превышает экспериментально определенное пороговое значение. При этом в настоящем варианте выполнения белая часть классифицируется как фон после двоичной обработки, вся область белого цвета превращается в черную область и затем удаляется из изображения контактного провода.
Для этого при выполнении двоичной обработки добавляется этап выявления наличия контактного провода в блок-схемах на фиг.2, 6 и 10. И в случае, если область превышает пороговое значение, изображение классифицируется как изображение с ошибкой. В функциональных схемах устройств на фиг.3, 7 и 11 блоки 12 и 14 двоичной обработки имеют функцию выявления наличия контактного провода.
Это позволяет, даже при отсутствии контактного провода на изображении, устранить ошибку выделения и уменьшить ошибку измерения.
Девятый вариант выполнения
При обработке изображения в вариантах выполнения с первого по третий изображение изношенной части контактного провода можно проверить невооруженным глазом. При проверке изображения, если изображение кромки наложить на исходное изображение (изображение от датчика линии) или если увеличить соотношение сторон поперечно увеличенного изображения, можно легко увидеть изношенную часть контактного провода.
При этом путем наложения изображения края на исходное изображение может быть получено наложенное изображение на дисплее, и это позволит оператору понять с первого взгляда, что является изношенной частью.
В данном устройстве блок наложения изображения добавлен как функция управления изображением монитора.
Как описано выше, предложенное устройство для измерения износа обеспечивает измерение износа, по всей длине контактного провода и облегчает измерение износа и, кроме того, обеспечивает возможность измерения в дневное время, при этом смежные с контактным проводом конструкции не оказывают влияния на измерения. Изобретение обеспечивает следующий технический результат.
(1) Благодаря отсутствую контакта возможна высокая скорость работы и быстрое измерение толщины на участке большой протяженности.
(2) Так как датчик линии установлен на расстоянии от других конструкций, таких как стрелка, воздушная подвеска и опора контактного провода, в отличие от способа непосредственного измерения толщины контактного провода с использованием ролика вращения и оптического датчика, нет необходимости учитывать возможность столкновения, и возможно непрерывное измерение толщины контактного провода даже в местах с другими конструкциями.
(3) Ширина износа контактного провода может быть измерена без введения значения высоты контактного провода извне.
(4) Можно получать изображение от датчика линии по всей длине контактного провода и производить измерение износа по всей длине контактного провода.
(5) Не требуется специальный источник света.
(6) По сравнению со способом, использующим лазерное излучение, нет необходимости учитывать его влияние на организм человека, и работа упрощается.
(7) Так как нет необходимости в зеркальном отражении света от изношенной части контактного провода, нет необходимости точной регулировки положений источника света и приемного устройства.
(8) Так как изображение от датчика линии измеряемого участка сохраняется, точность измерения участка износа контактного кабеля можно проверить путем проверки изображения этого участка.
(9) Можно выявлять волнистый износ контактирующей с пантографом поверхности контактного провода. Кроме того, можно определять разнообразные характеристики, такие как частота и положение волнистого износа, что может быть использовано для ремонта и замены.
(10) Помехи от других конструкций и прочие могут быть удалены, и можно выделить только контактный провод. Это уменьшает ошибку обнаружения и повышает точность измерения ширины износа контактного провода.
(11) Количество операций уменьшается, и процесс измерения становится быстрее, и, кроме того, увеличивается достоверность результатов измерения.
(12) При использовании метода дискриминационного анализа двоичной обработки можно определить оптимальное пороговое значение независимо от изменения яркости при получении изображения из-за сдвига и т.д. контактного провода, что увеличивает точность измерения износа.
1. Устройство для измерения износа контактного провода, содержащее:
средство (7), которое обеспечивает два изображения от датчиков линии, в которых сигналы яркости сканируемых линий, полученные двумя датчиками (5А, 5В) линии, организованы во временные ряды, причем один (5А) из указанных датчиков (5А, 5В) производит снимок контактирующей с пантографом поверхности освещенного контактного провода (3), а другой (5В) из указанных датчиков (5А, 5В) производит снимок контактирующей с пантографом поверхности неосвещенного контактного провода,
средство (19) разностной обработки, которое обеспечивает изображение от датчика линии, в котором освещенная изношенная часть контактного провода выделена при вычитании изображений от двух датчиков линий,
средство (12) двоичной обработки, которое обеспечивает обработанное изображение, в котором изношенная часть контактного провода выделена при двоичной и разностной обработке изображения от датчика линии,
средство (14) выделения краев, которое выделяет края обеих сторон изношенной части на изображении после двоичной обработки, и
средство (15) расчета ширины изношенной части, которое рассчитывает расстояние от точки до точки с обоих краев, как полную ширину изношенной части контактного провода на изображении после двоичной обработки и определяет ширину изношенной части контактного провода по этой полной ширине.
2. Устройство по п.1, в котором средство (17, 15) расчета ширины изношенной части имеет
средство определения высоты, которое определяет высоту контактного провода (3) относительно датчика (5) линии по полной ширине и параметру камеры датчика линии, и
средство расчета фактической ширины изношенной части, которое определяет фактическую ширину изношенной части контактного провода по полной ширине и высоте контактного провода (3).
3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
средство, которое извлекает часть изображения края контактного провода в виде группы на изображении от датчика линии после двоичной обработки с выделенными краями изношенной части контактного провода, и
средство, которое извлекает часть, которая проходит от верхней части до нижней части на изображении, в виде изображения контактного провода для каждой группы, и удаляет другие группы, которые присутствуют местами в виде помех.
4. Устройство по п.1, в котором средство (16, 14) выделения краев имеет
средство, которое вычисляет ширину изношенной части как разность положений левого и правого бокового края для каждой линии на изображении после двоичной обработки, причем вычисление производится для всех линий на изображении после двоичной обработки,
средство, которое вычисляет разность между максимальной и минимальной шириной для каждого края всех линий на изображении, и
средство, которое оценивает износ для рассматриваемой изношенной части как волнистый износ, когда разность между максимальной и минимальной шириной превышает заданное пороговое значение.
5. Устройство по п.1, в котором средство (14, 12) двоичной обработки имеет средство, которое рисует гистограмму яркости для всего изображения и определяет наличие насыщения при превышении яркости пикселей порогового значения, которое определяется в области нормального отражения от контактного провода.
6. Устройство по п.1, в котором средство (17, 15) расчета ширины изношенной части имеет средство, которое оценивает наличие насыщения в изображении в случае, когда ширина изношенной части контактного провода больше ширины основной линии контактного провода.
7. Устройство по п.1, в котором средство (12, 14) двоичной обработки имеет средство, которое, если ширина контактного провода превышает определенное экспериментально пороговое значение, выполняет двоичную обработку этой части как фона и удаляет ее из изображения контактного провода.
8. Устройство по п.1, дополнительно содержащее средство, которое обеспечивает наложенное изображение на дисплее, в котором изображение краев, выделенное средством (16, 14) выделения краев, наложено на изображение от датчика линии.
9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее средство, которое удаляет помехи на изображении после двоичной обработки, полученном средством (14, 12) двоичной обработки.
10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором средство (12, 14) двоичной обработки автоматически устанавливает пороговое значение двоичной обработки с использованием метода дискриминационного анализа двоичной обработки.
