УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА КОНТАКТНОГО ПРОВОДА ПУТЕМ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ
DEVICE TO MEASURE CONTACT AERIAL WEAR BY IMAGE PROCESSING

Область техники
Настоящее изобретение относится к оборудованию или устройству для измерения износа контактного провода путем обработки изображения. В частности, настоящее изобретение относится к измерительному устройству для измерения ширины изношенной части контактного провода.
Уровень техники
Контактный провод, который питает электроэнергией железнодорожные транспортные средства, постоянно вступает в скользящий контакт с токосъемником указанных транспортных средств, поэтому со временем движение транспортных средств приводит к постепенному износу контактных проводов. Таким образом, при невыполнении своевременной и надлежащей замены контактный провод может оборваться, что может привести к аварии на железной дороге.
Ввиду вышеизложенного контактный провод имеет метку допустимого износа, по результатам проверки которой осуществляют замену контактного провода для обеспечения безопасности железнодорожных транспортных средств.
Для измерения износа контактного провода существуют два способа. Согласно одному из них измеряют непосредственно толщину контактного провода, согласно другому вычисляют или измеряют ширину изношенной части контактного провода, а затем по рассчитанной величине изношенной части определяют толщину контактного провода.
При непосредственном измерении толщины контактного провода используют ручной инструмент, например штангенциркуль. Согласно указанному способу оператор измеряет толщину заданной части контактного провода вручную с использованием указанного измерительного инструмента. Таким образом определяют точную толщину контактного провода. Однако указанное ручное измерение представляет собой трудоемкий и неудобный процесс, который трудно автоматизировать, поэтому указанный способ не подходит для осуществления множественных замеров.
Наряду с механическим измерением толщины контактного провода существует способ, согласно которому используют оптический датчик. Согласно указанному способу используют измерительное устройство, которое включает ролик, размещенный на основании с возможностью вращения, лазерный излучатель, установленный на одном конце указанного основания, и приемник лазерных лучей, установленный на другом конце указанного основания. При измерении ролик прижимают к контактному проводу, участок которого зажат между лазерным излучателем и приемником лазерных лучей, и определяют порцию лазерного излучения, полученную участком контактного провода, затем по указанной порции лазерного излучения определяют толщину контактного провода. Несмотря на то что этот способ обеспечивает непрерывное измерение, он не позволяет осуществлять непрерывное измерение с высокой скоростью ввиду природы контакта измерительного прибора с контактным проводом. Кроме того, поскольку контактный провод расположен между лазерным излучателем и приемником лазерных лучей, практически указанный способ может применяться только на участке контактного провода, на котором отсутствуют выступы, образуемые, например, стержнями, анкерами и т.п. Если при осуществлении непрерывного измерения выявляются такие выступы, измерительный прибор на время отводят от контактного провода.
Другой способ измерения ширины изношенной части контактного провода описан в опубликованной японской заявке на изобретение (Tokkaihei) 10-194015. Согласно этому способу осуществляют измерение изношенной части контактного провода путем освещения изношенной части светом натриевой лампы или лазером. Такой способ создан с учетом специфической конструктивной особенности тыквообразной нижней части контактного провода, согласно которой при абразивном износе контактного провода образуется плоскость и ширина изношенной части увеличивается. По ширине изношенной части определяют толщину части контактного провода.
В качестве способа измерения изношенной части контактного провода используют способ, согласно которому на изношенную часть контактного провода направляют излучение лазера или источника света, такого как натриевая лампа, при этом взаимное расположение изношенной части и линейного датчика, установленного на приемной стороне для приема света, подобрано с обеспечением возможности приема указанным линейным датчиком света, отражаемого изношенной частью, так что указанный отражаемый свет формирует изображение изношенной части контактного провода, которое имеет белый цвет, после чего определяют ширину указанной изношенной части контактного провода по ширине белого участка. Поскольку указанный способ бесконтактный, он позволяет осуществлять измерение на высокой скорости.
Однако реализация этого способа может быть затруднена при наличии помех, вызываемых такими деталями, как зажим, зажимающий контактный провод, фоновыми деталями и т.п., при этом в случае получения ошибочных результатов возможность выявить ошибку отсутствует. В результате изношенную часть контактного провода необходимо измерять путем использования вышеупомянутого способа, согласно которому механически измеряют толщину контактного провода. Кроме того, в указанном способе для приема периодически отражаемого света необходимо точно отрегулировать взаимное расположение источника света и приемного устройства для приема света.
Известен способ, согласно которому измеряют ширину изношенной части путем обработки изображения, созданного линейным датчиком, после чего по ширине изношенной части определяют ширину контактного провода (японская заявка на изобретение 2006-273523: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА ПУТЕМ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ). Указанный известный способ обеспечивает возможность многократно и бесконтактно осуществлять замеры, обеспечивая экономию времени.
Как показано на фиг.13, в основе обработки изображения, используемой в вышеописанном способе, лежит использование линейного датчика 10 в качестве средства ввода изображения, а также обычного облучателя, а не натриевой лампы или лазера.
Таким образом, в известном способе линейный датчик 10 установлен на крыше исследующего транспортного средства 3 и обращен вверх так, чтобы линия сканирования линейного датчика 10 образовывала прямой угол с направлением движения исследующего транспортного средства 3 и проходила через контактный провод 4. На крыше транспортного средства 3 устанавливают токосъемник 5, который соединяют с контактным проводом 4. Область контактного провода 4, которая изнашивается токосъемником 5, освещают осветительным устройством 2, при этом изображение контактного провода 4 воспринимается линейным датчиком 10.
Сигнал яркости (или сигнал изображения) контактного провода 4, отображаемый линейным датчиком 10, вводят в измеряющий компьютер 6, установленный в исследующем транспортном средстве 3. В компьютере 6 сигнал линии сканирования, отображенный линейным датчиком 10, упорядочивается во временной последовательности с получением изображения от линейного датчика (или плоского изображения), которое сохраняется в запоминающем устройстве 7 как входное изображение.
Например, как показано на фиг.17, измеряющий компьютер 6 может включать блок 20 отображения изображения от линейного датчика, блоки памяти 30 и 40, блок 50 распознавания двоичного кода, блок 60 подавления помех, блок 70 выявления краев изношенной части контактного провода и блок 80 расчета ширины изношенной части контактного провода.
В соответствии с шагами программы, показанными на блок-схеме, проиллюстрированной на фиг.16, компьютер 6 выполняет обработку введенного изображения от линейного датчика и определяет ширину изношенной части контактного провода.
[Получение изображения от линейного датчика]
Сначала сигнал изображения, полученный от линейного датчика 10, упорядочивают во временной последовательности в блоке 20 и сохраняют в блоке 30 памяти в качестве изображения от линейного датчика (шаг S1).
[Выявление изношенной части контактного провода путем распознавания двоичного кода]
Затем изображение от линейного датчика через блок 40 памяти вместе с параметрами переносят в блок 50 распознавания двоичного кода, где осуществляют процесс распознавания двоичного кода (шаг S2). Изношенной частью контактного провода считают часть контактного провода, стертую токосъемником, поэтому изношенная часть блестит сильнее, чем неизношенная часть. Таким образом, на изображении от линейного датчика изношенная часть контактного провода отображается в виде полоски с определенной яркостью, отличающейся от яркости фоновой части.
В блоке 50 распознавания двоичного кода установлена пороговая величина разницы между изношенной частью контактного провода (часть, входящая в контакт с токосъемником) и фоновой частью (существующие конструктивные элементы). Путем использования такого порогового значения изображение от линейного датчика подвергают процессу распознавания двоичного кода с целью получения двоично-кодированного изображения от линейного датчика с выделенной изношенной частью.
Как видно из фиг.14, двоично-кодированное изображение от линейного датчика включает белую область, которая представляет изношенную часть контактного провода, и черную область, которая является фоном.
Кроме того, в блоке 50 распознавания двоичного кода процесс распознавания двоичного кода используется для учета смещения контактного провода и различия в интенсивности отражения света.
"Распознавание двоичного кода" представляет собой процесс определения порогового значения по изображению. В гистограмме каждого изображения имеются блоки (которые далее будут называться "классами") пикселов, распределенных по яркости в определенной последовательности. После распознавания двоичного кода дисперсионное соотношение между расхождением внутри классов и разбросом между классами показывает максимальную величину порогового значения, в дальнейшем используемого в каждом изображении.
Таким образом, нежелательная ситуация, когда после получения изображения при постоянном пороговом значении не осуществляется выявление и замер неизношенных частей контактного провода и/или не осуществляется замер изношенной части контактного провода в зависимости от обстоятельств, не допускается.
[Удаление помех из двоично-кодированного изображения от линейного датчика]
Когда из изображения от линейного датчика путем двоичного кодирования получают двоично-кодированное изображение от линейного датчика, то ввиду наличия дефектов поверхности изношенной части контактного провода, а также ввиду состояния фоновой части такие изображения имеют множество рассеянных помех.
Поэтому, когда двоично-кодированное изображение от линейного датчика через блок 40 памяти подают в блок 60 подавления помех, в указанном блоке 60 с целью удаления помех осуществляют процесс расширения/сокращения (шаг S4).
[Выявление краев изношенной части контактного провода]
Когда двоично-кодированное изображение от линейного датчика с удаленными помехами через блок 40 памяти подают в блок 70 выявления краев изношенной части контактного провода вместе с параметрами, в блоке 70 выявляют противоположные края изношенной части контактного провода, которые показаны в белой области на двоично-кодированном изображении от линейного датчика (шаг S5).
Для выявления противоположных краев применяют следующий метод. При проведении поиска по заданной линии слева точку изменения черной области фоновой части на белую область изношенной части принимают за левый край изношенной части, а другую точку, где белая область изношенной части изменяется на черную область фоновой части, принимают за правый край изношенной части.
Путем выполнения вышеуказанного поиска для каждой линии на изображении от вершины до основания могут быть определены края изношенной части контактного провода, как показано на двоично-кодированном изображении от линейного датчика, приведенном на фиг.15.
[Расчет ширины изношенной части контактного провода]
Данные о противоположных краях изношенной части контактного провода, определенные по двоично-кодированному изображению от линейного датчика, вместе с параметрами и данными о высоте контактного провода через блок 40 памяти подают в блок 80 расчета ширины изношенной части контактного провода, где осуществляют расчет расстояния между противоположными краями вдоль одной линии сканирования линейного датчика 10 как отображаемую ширину изношенной части контактного провода (шаг S6).
По расстоянию (или высоте) от линейного датчика 10 до контактного провода 4, фокусному расстоянию линзы, ширине линейного датчика и числу пикселов линейного датчика можно вычислить разрешение изображения (мм/пиксел), которое представляет собой отношение фактического размера (мм) к одному пикселу, а умножением отображаемой ширины изношенной части контактного провода на разрешение изображения может быть получена фактическая ширина изношенной части контактного провода.
Расстояние (или высота) от линейного датчика 10 до контактного провода 4, которое используется для вычисления, определяется из данных, которые получены устройствами, предложенными заявителем ранее.
Данные о положении краев, изношенной части контактного провода, изображении от линейного датчика, используемого для вычисления, и соответствующие номера строк сохраняют.
Поскольку, как описано выше, используют ранее предложенное устройство для измерения износа контактного провода путем обработки изображения бесконтактным способом, можно осуществлять непрерывное измерение с высокой скоростью, что позволяет производить многократные измерения за короткое время.
Кроме того, ввиду особенности конструкции устройства датчик установлен в месте, которое удалено от имеющихся конструкций, таких как стержни, анкера или детали передатчика, и, таким образом, по сравнению со способом измерения, в котором непосредственно измеряют толщину контактного провода с использованием ролика и оптического датчика, отсутствует необходимость отслеживать возможность столкновения с имеющимися конструкциями, поэтому получение изображения от линейного датчика возможно по существу на всех участках контактного провода, так что могут быть получены изображения контактного провода и имеющихся конструкций, расположенных около контактного провода в зоне измерения.
Кроме того, отсутствует необходимость в использовании специальных осветительных устройств, а управление устройством согласно настоящему изобретению упрощено по сравнению с измерительным устройством, включающим лазер, который может нанести вред человеческому организму. Кроме того, отсутствует необходимость точного расположения источника света относительно приемника света.
Кроме того, при любом варианте отображения автоматически вычисляется величина порогового значения, и нежелательная ситуация, когда из-за низкой яркости не может быть получено изображение контактного провода, которая могла бы иметь место при фиксированном пороговом значении, исключена. Кроме того, поскольку изображение от линейного датчика сохраняется в виде данных, по изображению изношенной части возможна проверка причин возникновения проблем при измерении изношенной части контактного провода.
Сущность изобретения
Для измерения изношенной части контактного провода существуют различные способы, к которым относится, например, способ, согласно которому толщину контактного провода измеряют непосредственно штангенциркулем, способ, согласно которому толщину контактного провода измеряют непосредственно оптическим датчиком, способ, согласно которому ширину изношенной части контактного провода измеряют путем проецирования света натриевой лампы или лазера, а толщину контактного провода вычисляют по измеренной методом преобразования ширине изношенной части, и способ, согласно которому изношенную часть контактного провода измеряют путем обработки изображения, который ранее был предложен заявителями данной заявки. Недостатки, присущие известному способу измерения изношенной части путем обработки изображения, описаны ниже.
(1) Известный способ обработки изображения имеет тот недостаток, что помехи (фоновые детали) могут ошибочно распознаваться как контактный провод. Для подвешивания контактного провода к держателю контактного провода существует несколько способов. Самый типичный способ - цепная система, при которой контактный провод, с которым вступает в контакт токосъемник, подвешен к висящему проводу через металлические стержни, называемые подвесками. Другой способ - использование системы подвески с применением жесткого тела, которая главным образом используется в метро. Согласно этому способу, как показано на фиг.18, контактный провод 4 непосредственно прикреплен к жесткому телу (жесткой подвеске) 9, которое присоединено к стеновой поверхности 8 туннеля. Жесткое тело 9 для подвески контактного провода получено соединением несущего основания 9а жесткого тела, установленной на стеновой поверхности 8 туннеля, с опорной частью жесткого тела (которая в дальнейшем будет называться держателем контактного провода) 9b, которая поддерживает контактный провод 4.
Когда изображение контактного провода в цепной системе подвески подвергается процессу распознавания двоичного кода при реализации способа измерения изношенной части контактного провода путем обработки изображения, который предложен заявителями, изношенная часть контактного провода изображается белой областью, как видно из фиг.14, а фоновая область (т.е. часть контактного провода, которая не изношена) изображается черной областью.
Однако при системе подвески с применением жесткого тела несущее основание 9а жесткого тела и его опорная часть 9b проходят параллельно контактному проводу 4, и при выполнении указанных деталей из металлов, которые отражают свет, изношенная часть контактного провода изображается белой областью «A», как показано на фиг.19, светоотражающие части несущего основания 9а жесткого тела и опорной части жесткого тела 9b изображаются белыми областями «B» и «C», а фоновая часть (которая включает неизношенную часть контактного провода) изображается черной областью. Таким образом, при замере изношенной части контактного провода 4 ее невозможно отличить от светоотражающей части жесткого тела.
(2) Если при использовании обработки изображения для измерения износа контактного провода, предложенной заявителями, изображение получено в вечернее время, то в результате применения процесса распознавания двоичного кода фоновая область изображается черной областью. Однако когда отображение взято в дневное время, только неизношенная часть контактного провода 4 изображается черной областью, а фоновая часть и изношенная часть изображаются белыми областями, как показано на фиг.20. Для замера изношенной части контактного провода 4 необходимо, чтобы только изношенная часть контактного провода 4 была изображена белой областью, а фоновая часть была показана черной областью.
Для решения вышеупомянутой задачи используют измерительное устройство для измерения износа контактного провода, описанное в пункте 1 формулы настоящего изобретения, которое включает средство для создания изображения от линейного датчика с использованием линейного датчика и хранения созданного изображения от линейного датчика в виде входного изображения, средство распознавания двоичного кода изображения от линейного датчика с последующим получением двоично-кодированного изображения от линейного датчика, которое отображает изношенную часть контактного провода, средство удаления помех из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, средство определения краев изношенной части контактного провода по двоично-кодированному изображению от линейного датчика, из которого удалены помехи. И средство вычисления расстояния между краями изношенной части контактного провода и определения расчетного расстояния как ширины изношенной части контактного провода. Устройство отличается тем, что включает средства, которые при предварительном задании типа контактного провода осуществляют вычисление разрешения изображения (мм/пиксел), которое представляет собой отношение фактического размера (мм) к одному пикселу для каждого блока линий анализируемого изображения, по максимальной ширине контактного провода, расстоянию от линейного датчика до контактного провода, фокусному расстоянию линзы, ширине линейного датчика и числу пикселов линейного датчика и преобразования белой области изображения от линейного датчика, имеющей большие пикселы, чем пикселы, соответствующие максимальной ширине контактного провода, в черную область.
Кроме того, для решения вышеупомянутой задачи используют измерительное устройство, описанное в пункте 2 формулы изобретения, отличающееся от устройства по пункту 1 тем, что оно включает средства, посредством которых структура, образованная изношенной частью контактного провода и частью жесткого тела, изображенной белой областью на двоично-кодированном изображении от линейного датчика, предварительно регистрируется как один блок и изношенная часть контактного провода определяется по положению изношенной части контактного провода, которое было зарегистрировано для каждого блока.
Кроме того, для решения вышеупомянутой задачи используют измерительное устройство, описанное в пункте 3 формулы изобретения, отличающееся от устройства по пункту 2 тем, что оно включает средства, которые в случае, если количество белых областей, выбранных из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, не кратно числу ранее зарегистрированных блоков, ступенчато переустанавливают пороговое значение, используемое при распознавании двоичного кода.
Кроме того, для решения вышеупомянутой задачи используют измерительное устройство, описанное в пункте 4 формулы изобретения, отличающееся от устройства по пунктам 1, 2 и 3 тем, что оно включает средства, посредством которых белые области, распознанные из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, полностью преобразуются в ширину изношенной части, полученная ширина изношенной части сравнивается с ранее зарегистрированной шириной части жесткого тела и на основании результатов сравнения белые области, условно соответствующие изношенной части, которая близка по величине к ширине жесткого тела, считаются частью жесткого тела, а ширина изношенной части, соответствующая белым областям, отличным от признанных частью жесткого тела, считаются шириной изношенной части контактного провода.
Преимущества настоящего изобретения описаны ниже.
(1) Измерительное устройство для измерения износа контактного провода, описанное в пункте 1 формулы настоящего изобретения, имеет следующие преимущества.
(a) В измерительном устройстве для измерения износа контактного провода обработкой изображения, в данных, полученных при распознавании двоичного кода изображения, полученного днем, область, показывающая фоновую часть, может быть преобразована из белой области в черную область с получением структуры изображения (фоновая часть=черная область, изношенная часть=белая область) такой же, как из данных, полученных при распознавании двоичного кода изображения, полученного ночью. Таким образом, даже в изображении, взятом в дневное время, ширина изношенной части контактного провода может быть измерена измерительным устройством для измерения износа контактного провода обработкой изображения.
(b) В измерительном устройстве для измерения износа контактного провода обработкой изображения, в данных, полученных при распознавании двоичного кода изображения контактного провода в системе подвески с применением жесткого тела, область, показывающая часть жесткого тела, может быть преобразована из белой области в черную область с получением структуры изображения (фоновая часть=черная область, изношенная часть=белая область) такой же, как при распознавании двоичного кода изображения контактного провода в цепной системе подвески. Таким образом, даже по данным изображения контактного провода в системе подвески с применением жесткого тела ширина изношенной части контактного провода может быть измерена предложенным измерительным устройством.
(2) В измерительном устройстве для измерения износа контактного провода, описанном в пункте 2 формулы изобретения, после реализации обработки, описанной в пункте 1, согласно которой получают изображение изношенной части контактного провода и части жесткого тела, регистрируются блочная структура из части жесткого тела и контактного провода и положение изношенной части контактного провода, а из изношенной части контактного провода и части жесткого тела, выбранной из данных изображения, подвергнутых распознаванию двоичного кода, выбирается только изношенная часть контактного провода, что предотвращает ошибку обнаружения и позволяет измерить ширину изношенной части контактного провода с помощью предложенного измерительного устройства.
(3) Измерительное устройство для измерения износа контактного провода, описанное в пункте 3 формулы изобретения, в дополнение к преимуществам устройства, описанного в пункте 2, обеспечивает следующие преимущества. Даже в случае загрязнения или коррозии части жесткого тела, когда эта часть не может быть обнаружена и поэтому часть жесткого тела и контактный провод не могут образовать регистрируемую блочную структуру, пороговое значение может ступенчато переустанавливаться так, что часть жесткого тела, которая была бы показана черной областью на изображении, подвергнутом распознаванию двоичного кода, показывается белой областью, и, таким образом, ранее зарегистрированная блочная структура может включать часть жесткого тела и контактный провод. При этом выделяют только изношенную часть контактного провода, а благодаря регулированию порогового значения ширина белой области изношенной части контактного провода, которая становится больше, чем первоначальная ширина, корректируется, увеличивая ширину изношенной части до ее первоначальной ширины. Таким образом ширина изношенной части контактного провода может быть измерена предложенным измерительным устройством.
(4) В измерительном устройстве для измерения износа контактного провода, описанном в пункте 4 формулы изобретения, которое в случае загрязнения или коррозии части жесткого тела, когда часть жесткого тела не может быть обнаружена даже при использовании устройства по пункту 3 и часть жесткого тела и контактный провод не могут образовать предварительно зарегистрированную блочную структуру, учитывается то, что жесткое тело не является изнашиваемым элементом и поэтому ширина его остается неизменной. Поэтому указанное устройство полностью преобразует непрерывные белые области, которые условно соответствуют изношенным частям (и в которых непрерывные белые области части жесткого тела включены в ширину изношенной части), и сравнивает преобразованную ширину изношенной части с ранее зарегистрированной шириной части жесткого тела для каждой идентичной линии непрерывных белых областей. По результатам сравнения непрерывная белая область, условно соответствующая ширине изношенной части, которая примерно равна ширине части жесткого тела, считается частью жесткого тела, а ширина изношенной части, соответствующая другой непрерывной белой области, которая не считается частью жесткого тела, определяется как ширина изношенной части контактного провода. Таким образом ширина изношенной части контактного провода может быть измерена предложенным измерительным устройством.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает блок-схему, иллюстрирующую операции, выполняемые измерительным устройством для измерения износа контактного провода обработкой изображения согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает структурную схему измерительного устройства для измерения износа контактного провода согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.3 иллюстрирует пример результата после использования процесса удаления помех в отношении неизношенной части.
Фиг.4 показывает блок-схему, иллюстрирующую операции, выполняемые измерительным устройством согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает структурную схему измерительного устройства согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.6 иллюстрирует пример, в котором держатель контактного провода, который имеет меньшую толщину, чем максимальная ширина контактного провода, показан белой областью и не преобразован в черную область.
Фиг.7 показывает изображение коммутационной части контактного провода.
Фиг.8 показывает блок-схему, иллюстрирующую операции, выполняемые измерительным устройством согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.9 показывает структурную схему измерительного устройства согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.10 иллюстрирует пример, в котором часть жесткого тела не показана белой областью из-за загрязнения жесткого тела.
Фиг.11 показывает блок-схему, иллюстрирующую операции, выполняемые измерительным устройством согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.12 показывает структурную схему измерительного устройства согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.13 показывает схематический вид, на котором проиллюстрировано расположение линейного датчика измерительного устройства для измерения износа контактного провода.
Фиг.14 иллюстрирует пример двоично-кодированного изображения от линейного датчика изношенной части контактного провода.
Фиг.15 иллюстрирует пример, в котором выявлены края изношенной части контактного провода.
Фиг.16 показывает блок-схему, иллюстрирующую операции, выполняемые известным измерительным устройством для измерения износа контактного провода.
Фиг.17 показывает структурную схему известного измерительного устройства для измерения износа контактного провода.
Фиг.18 схематично иллюстрирует систему подвески с применением жесткого тела.
Фиг.19 иллюстрирует пример, в котором обнаружена изношенная часть контактного провода, используемого в системе подвески с применением жесткого тела.
Фиг.20 иллюстрирует пример, в котором выявлена изношенная часть контактного провода, которая внесена в данные изображения, полученные в дневное время.
Предпочтительные варианты реализации изобретения
Ниже будут описаны варианты реализации настоящего изобретения. В каждом варианте реализации измерительного устройства для измерения износа контактного провода обработкой изображения с целью увеличения точности обнаружения изношенной части контактного провода используются улучшенные средства удаления помех.
Первый вариант реализации
Измерительное устройство для измерения износа контактного провода обработкой изображения согласно первому варианту реализации настоящего изобретения иллюстрируется фиг.1 и 2. На фиг.1 показана блок-схема алгоритма работы устройства, а на фиг.2 показана структурная схема устройства.
В варианте реализации, показанном на фиг.2, вместо блоков 60 подавления помех, используемых в вышеописанном известном измерительном устройстве для измерения износа контактного провода, используется блок 61 обработки помех, в котором, в дополнение к подавлению помех, вызываемых изношенной частью, осуществляется подавление помех, вызываемых другими частями.
Таким образом, как показано на фиг.2, когда двоично-кодированное изображение от линейного датчика через блок 40 памяти переносят в блок 61 обработки помех, блок 61, как показано на фиг.1, до шага S4 подавления помех осуществляет процесс подавления помех от части, отличной от изношенной части (шаг S3).
"Процесс подавления помех от части, отличной от изношенной части" является процессом, в котором белая область, имеющая больше пикселов, чем число пикселов, соответствующее максимальной ширине контактного провода, преобразуется в черную область.
Например, перед процессом анализа изображения устанавливают тип контактного провода и затем для каждой линии, к которой применяют анализ изображения, по максимальной ширине контактного провода, расстоянию (высоте) от линейного датчика до контактного провода, фокусному расстоянию линзы, ширине линейного датчика и числу пикселов линейного датчика вычисляют разрешение изображения (мм/пиксел), которое представляет собой отношение фактического размера (мм) к одному пикселу, и преобразуют белую область, пикселы которой больше, чем пикселы, соответствующие максимальной ширине контактного провода, в черную область.
Соответственно, при отображении контактного провода в системе подвески с применением жесткого тела часть жесткого тела в двоично-кодированном изображении от линейного датчика преобразуется из белой области в черную область, как показано на фиг.3, где изображение имеет такую же структуру (т.е. фоновая часть=черная область, изношенная часть=белая область), что и цепная система подвески.
Таким образом, путем осуществления обработки изображения, полученного при отображении контактного провода системы подвески с использованием жесткого тела, может быть измерена изношенная часть контактного провода.
Кроме того, даже если изображение контактного провода взято в дневное время, фоновая часть на двоично-кодированном изображении от линейного датчика преобразуется из белой области в черную область, как показано на фиг.3, причем такое изображение имеет такую же структуру (т.е. фоновая часть=черная область, изношенная часть=белая область), как и изображение контактного провода, взятое в вечернее время.
Таким образом, даже когда данные основаны на изображении, взятом в дневное время, ширина изношенной части контактного провода может быть измерена измерительным устройством согласно настоящему изобретению.
Как описано выше, применительно к приведенному варианту реализации, в блоке 60 подавления помех выполняют обработку помех, которая включает процесс подавления помех части, отличной от изношенной части. Соответственно, помехи на фоновой части изображения, взятого в дневное время, и помехи части жесткого тела могут быть удалены.
Следует отметить, что в предложенном устройстве используются также конструкции и методы обработки, отличные от описанных выше и аналогичные проиллюстрированным на фиг.16 и 17. Максимальная ширина контактного провода задается типом контактного провода согласно стандарту JIS (Японский промышленный стандарт).
Второй вариант реализации
Измерительное устройство для измерения износа контактного провода обработкой изображения согласно второму варианту реализации настоящего изобретения иллюстрируется фиг.4 и 5. На фиг.4 показана блок-схема алгоритма работы устройства, а на фиг.5 показана структурная схема устройства.
Во втором варианте реализации, показанном на фиг.5, вместо блока 80 расчета ширины изношенной части контактного провода, используемой в первом варианте реализации, используется блок 81 расчета ширины изношенной части контактного провода, который, дополнительно к функциям в блоке 80, осуществляет процесс распознавания изображения жесткого тела.
Как показано на фиг.5, когда данные об обоих краях изношенной части контактного провода, полученные из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, вместе с параметрами и данными о высоте контактного провода через блок 40 памяти переносят в блок 80 расчета ширины изношенной части контактного провода, блок 80 расчета ширины изношенной части контактного провода осуществляет, как показано на фиг.7, процесс распознавания структуры части жесткого тела (шаг S7) до вычисления ширины изношенной части контактного провода на шаге S6.
Процесс распознавания структуры части жесткого тела представляет собой процесс, согласно которому структура в двоично-кодированном изображении от линейного датчика, которая образована изношенной частью контактного провода и частью жесткого тела, предварительно регистрируется как один блок, а изношенная часть контактного провода определяется по положению изношенной части контактного провода, зарегистрированному для каждого блока.
Таким образом, при осуществлении процесса распознавания структуры части жесткого тела структуру, образованную изношенной частью контактного провода и частью жесткого тела, первоначально регистрируют с учетом того факта, что в случае системы подвески с использованием жесткого тела как изношенная часть контактного провода, так и часть жесткого тела обнаруживается как широкая белая область на двоично-кодированном изображении от линейного датчика.
Например, если отображение выполнено подобным образом в двоично-кодированном изображении от линейного датчика, часть жесткого тела, изношенная часть контактного провода и часть жесткого тела показываются слева, эти части регистрируются как структура, которая имеет три непрерывные белые области для каждого блока. В этом случае вторая непрерывная белая область слева регистрируется как изношенная часть.
Упрощенно непрерывная область, полученная в результате обработки изображения, применяемой в системе подвески с использованием жесткого тела, включает часть жесткого тела, изношенную часть контактного провода и часть жесткого тела, находящуюся с левой стороны. Однако в зависимости от конструкции жесткого основания, используемой в системе подвески с применением жесткого тела, положение изношенной части контактного провода и число частей жесткого тела могут изменяться.
После осуществления процесса распознавания структуры жесткого тела в блоке 81 измерения ширины изношенной части контактного провода осуществляется вычисление ширины изношенной части в соответствии с зарегистрированной структурой, в которой, как и в вышеупомянутом примере, только вторая непрерывная белая область является изношенной частью (шаг S6).
С использованием вышеупомянутой обработки путем выделения только изношенной части контактного провода на двоично-кодированном изображении от линейного датчика может быть вычислена ширина изношенной части.
Устройство согласно настоящему варианту реализации эффективно в случае, если деталь, как, например, держатель контактного провода, мала по сравнению с максимальной шириной контактного провода и показан весь диапазон части жесткого тела.
Например, когда ширина несущего основания жесткого тела, проходящего параллельно контактному проводу, больше, чем максимальная ширина контактного провода, в области основания жесткого тела происходит изменение или преобразование белой области в черную область, как показано на фиг.6. Однако когда ширина держателя контактного провода меньше, чем максимальная ширина контактного провода, такого изменения или преобразования не происходит. Таким образом, держатель контактного провода остается показанным белой областью "B".
В приведенном варианте реализации изношенная часть предварительно регистрируется как вторая непрерывная белая область "A" слева и, таким образом, ширина изношенной части может быть вычислена с учетом того, что только вторая непрерывная белая область "A" является изношенной частью.
Кроме того, в приведенном варианте реализации, как видно из фиг.7, при наличии данных изображения коммутационной части контактного провода представляется возможным измерить непрерывную белую область изношенной части каждой блочной конструкции множества контактных проводов.
В вышеупомянутом примере три непрерывные белые области зарегистрированы как один блок и, таким образом, вторая белая область слева (т.е. вторая белая область первого блока, который включает первую, вторую и третью непрерывные белые области) и пятая белая область слева (т.е. вторая белая область второго блока, который включает четвертую, пятую и шестую непрерывные белые области) составляют изношенную часть. Направление, в котором рассчитываются непрерывные белые области, зависит от направления, в котором при обработке изображения осуществляется поиск по линии.
Конструкции и методы обработки, отличные от вышеупомянутых, аналогичны тем, которые имеют место при выполнении первого варианта реализации.
Третий вариант реализации
Измерительное устройство для измерения износа контактного провода обработкой изображения согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения иллюстрируется фиг.8 и 9. На фиг.8 показана блок-схема алгоритма работы устройства, а на фиг.9 показана структурная схема устройства.
В третьем варианте реализации, показанном на фиг.9, вместо блока 80 расчета ширины изношенной части контактного провода, используемой в первом варианте реализации, используется блок 82 расчета ширины изношенной части контактного провода, который, дополнительно к функциям блока 80, осуществляет процесс распознавания структуры жесткого тела и процесс распознавания типа блочной структуры.
Как показано на фиг.9, когда данные об обоих краях изношенной части контактного провода, полученные из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, вместе с параметрами и данными о высоте контактного провода через блок 40 памяти переносят в блок 82 расчета ширины изношенной части контактного провода, блок 82 расчета ширины изношенной части контактного провода осуществляет, как показано на фиг.8, после осуществления процесса распознавания структуры части жесткого тела (шаг S7) обработку блочной структуры (шаг S8) до вычисления ширины изношенной части контактного провода на шаге S6.
Процесс распознавания блочной структуры представляет собой процесс, при котором, когда число непрерывных белых областей на двоично-кодированном изображении от линейного датчика не кратно количеству блочных структур, полученных в результате реализации процесса распознавания структуры части жесткого тела, пороговое значение при распознавании двоичного кода ступенчато переустанавливается для принудительной идентификации жесткого тела.
Металлические поверхности жесткого тела системы подвески с использованием жесткого тела, которая выполнена недавно, и жесткого тела системы подвески, которую установили несколько лет назад, имеют различные коэффициенты отражения. Кроме того, поскольку жесткое тело не изнашивается токосъемником, как контактный провод, оно постепенно загрязняется и наконец теряет отражающие свойства.
Таким образом, в настоящем варианте реализации, когда при осуществлении процесса распознавания структуры части жесткого тела количество непрерывных белых областей в двоично-кодированном изображении от линейного датчика не является кратным числу зарегистрированных блочных структур, результат распознавания блочной структуры оказывается отрицательным и пороговое значение при распознавании двоичного кода переустанавливается (шаг S9).
После изменения порогового значения на шаге S9 шаги распознавания двоичного кода (шаг S2) повторяются до того момента, когда число непрерывных белых областей на двоично-кодированном изображении от линейного датчика станет равно ранее зарегистрированному числу, кратному количеству блочных структур, т.е. когда результат распознавания блочной структуры будет положительным.
Регулирование порогового значения на шаге S9 представляет собой процесс, при котором подходящее пороговое значение, полученное путем распознавания двоичного кода, принудительно изменяют или исправляют и степень изменения постепенно увеличивается в зависимости от числа повторений.
В этом случае, ввиду использования принудительного процесса по отношению к жесткому телу ширина непрерывной белой области изношенной части (т.е. ширина изношенной части) становится больше соответствующего значения. Поэтому при необходимости, в зависимости от пошагового регулирования порогового значения, ширина белой области изношенной части контактного провода, которая была увеличена регулированием порогового значения, может быть откорректирована так, чтобы ширина соответствовала первоначальной ширине изношенной части.
Конструкции и методы обработки, отличные от вышеупомянутых, аналогичны тем, которые используются во втором варианте реализации.
Четвертый вариант реализации
Измерительное устройство для измерения износа контактного провода обработкой изображения согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения иллюстрируется фиг.11 и 12. На фиг.11 показана блок-схема алгоритма работы устройства, а на фиг.12 показана структурная схема устройства.
В четвертом варианте реализации, показанном на фиг.12, вместо вышеупомянутого блока 80 расчета ширины изношенной части контактного провода, используемой в первом варианте реализации, используется блок 82 расчета ширины изношенной части контактного провода, который, дополнительно к функциям блока 80, осуществляет определение (распознавание) контактного провода.
Как показано на фиг.12, когда данные об обоих краях изношенной части контактного провода, полученные из двоично-кодированного изображения от линейного датчика, вместе с параметрами и данными о высоте контактного провода через блок 40 памяти переносят в блок 83 расчета ширины изношенной части контактного провода, блок 83 расчета ширины изношенной части контактного провода осуществляет, как показано на фиг.11, после вычисления ширины изношенной части контактного провода на шаге S6 определение контактного провода (шаг S10).
Процесс определения (распознавания) контактного провода представляет собой процесс, в котором непрерывные белые области, условно соответствующие изношенным частям (которые включают также непрерывные белые области жесткого тела), полностью преобразуются в ширину изношенной части и полученная ширина изношенной части сравнивается с ранее зарегистрированной шириной части жесткого тела, полученной для каждой идентичной линии непрерывных белых областей. По результатам сравнения белая область, условно соответствующая ширине изношенной части, которая близка по величине к ширине части жесткого тела, признается частью жесткого тела, а ширина изношенной части, соответствующая другой непрерывной белой области, которая не признается частью жесткого тела, признается шириной изношенной части контактного провода.
Через несколько лет после установки системы подвески с использованием жесткого тела существует вероятность, что, как показано на фиг.10, правый или левый держатель контактного провода не будет распознан в отличие от случая, показанного на фиг.6, в котором распознаются оба держателя.
В таком случае часть контактного провода, определенная как изношенная, не будет соответствовать числу блочных структур, поэтому вычисляют ширину изношенной части всех выбранных непрерывных белых областей (то есть изношенной части и части жесткого тела) и, основываясь на результате вычисления, определяют непрерывную белую область, которую можно рассматривать как разумный выбор.
Как видно из фиг.7, при рассмотрении данных изображения коммутационной части контактного провода, когда белые области отделены друг от друга на расстояние, превышающее максимальную ширину (фактически число пикселов, соответствующих ширине) контактного провода на общей линии, можно сделать вывод, что белые области составлены различными блочными структурами.
Далее будет описан способ распознавания части жесткого тела и изношенной части контактного провода по выявленной непрерывной белой области, которая включает часть жесткого тела и изношенную часть контактного провода. Распознавание выполняется для каждой блочной структуры.
(a) Предварительно регистрируют определенную ширину части жесткого
тела.
(b) Учитывая, что держатели жесткого тела и основание жесткого тела не являются изнашиваемыми деталями и, таким образом, их ширина остается неизменной, определяют, какая из непрерывных белых областей имеет ширину, наиболее близкую к зарегистрированной ширине части жесткого тела на каждой линии. На основании полученных результатов часть, имеющую непрерывную белую область, ширина которой наиболее близка к указанной зарегистрированной ширине, признают частью жесткого тела, а другую часть, имеющую непрерывную белую область, которую не признают частью жесткого тела, признают изношенной частью контактного провода.
Конструкции и методы обработки, отличные от вышеупомянутых, аналогичны тем, которые используются в первом варианте реализации.