УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ВИДЕОКОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ

Область техники, к которой относится полезная модель
[0001] Предложенное техническое решение относится к области диагностики состояния проводной контактной сети (КС) электрифицированных железных дорог, более конкретно, к устройствам получения видеоинформации для устанавливаемых в вагоне-лаборатории комплексов видеоконтроля состояния конструктивных элементов контактной подвески (КЭКП), а также комплексов видеоконтроля состояния рельсового пути и других подобных комплексов видеонаблюдения.
Уровень техники
[0002] Известна автоматизированная система видеоконтроля, раскрытая в патенте России № 190129 на полезную модель, опубл. 21.06.2019, содержащая четыре устройства получения видео информации, канал связи и внешнее устройство. Каждое устройство получения видеоинформации содержит линейную (однострочную) телевизионную камеру, два лазерных генератора, блок импульсной светодиодной подсветки контактного провода, блоки управления и блок импульсной светодиодной подсветки контактного провода. Лазерные генераторы расположены симметрично по обе стороны от упомянутой камеры и выполнены с возможностью импульсной лазерной подсветки контактного провода. Блоки управления выполнены с возможностью синхронизации работы лазерных генераторов, блоков импульсной светодиодной подсветки и камеры. Известное техническое решение выполнено с возможностью передачи данных о состоянии контактного провода во внешнее устройство, представляющее собой информационно-вычислительный комплекс, посредством канала связи, реализованном в виде дуплексной волоконно-оптической линии связи. Известное техническое решение размещают на отдельном измерительном токоприёмнике на крыше вагона-лаборатории.
[0003] Известна система видеоконтроля положения воздушной и путевой стрелок «Стрелка-В», раскрытая в «Современная диагностика контактной сети». Воронин А. В., Сафин В. Г., Сиротинин В. И., Шевяков С. М. Транспортная газета «Евразия Вести», 2019 г., № 9, стр. 17, и содержащая устройство получения видеоинформации и внешнее устройство. Устройство получения видеоинформации содержит две линейные (однострочные) матричные телевизионные камеры 1 и два источника направленного светового излучения (осветителя) для подсветки полей зрения камер. Камеры 1 устанавливают на крыше вагона-лаборатории и располагают оппозитно относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной оси железнодорожного пути, причём поля зрения камер 1 расположены в этой же плоскости и сориентированы таким образом, чтобы наблюдаемый объект находился одномоментно в поле зрения обеих камер 1. Устройство получения видеоинформации выполнено с возможностью получение видеоинформации высокого разрешения о состоянии КЭКП, таких как струновых, питающих, соединительных, фиксаторных зажимов на контактном проводе и воздушных стрелок и контроля их текущего состояния. Кроме того, устройство получения видеоинформации выполнено с возможностью принятия управляющих сигналов от внешнего устройства. Внешнее устройство, представляющее собой информационно-вычислительный комплекс, содержит, по меньшей мере, блок обработки, хранения и визуализации полученной видеоинформации, блок синхронизации и блок управления работой телевизионной камеры.
[0004] На Фиг. 1 представлено строение одной из камер 1. Каждая камера 1 представляет собой матричную линейную (однострочную) камеру и содержит линейный сенсор Dragster 2k7, ПЛИС INTEL Cyclone III, два кодека ADV212, ПЛИС INTEL MAX II и сигнальный процессор ADSP BF533. Линейный Dragster 2k7 выполнен с возможностью фиксации однострочного изображения c максимально допустимой частотой линейного сканирования 80 кГц и размером пиксела 7 мкм. ПЛИС INTEL Cyclone III осуществляет захват изображения с сенсора, буферизацию и формирование кадров размером 128*1040 пикселей.
[0005] Согласно предъявляемым к системе требованиям, частота линейного сканирования должна соответствовать 1 мм пути при скорости движения до 160 км/ч, при этом частота кадров по 128 строк составляет ~350 кадров/сек. Для передачи такого потока данных необходим канал связи с пропускной способностью 728 Мбит/сек. Однако пропускная способность канала связи устройства получения видеоинформации обычно составляет 100 Мбит/сек. Поэтому, для использования имеющегося канала связи необходимо осуществлять сжатие исходного изображения не менее чем в 8 раз. Для сжатия кадров изображения камера содержит два однокристальных кодека стандарта JPEG2000 (ADV212), которые работают поочерёдно. Сформированные в ПЛИС INTEL Cyclone III кадры изображения поочерёдно поступают на один из двух кодеков ADV212 в требуемом формате. Каждый из кодеков получает кадры размером 128*1040 пикселей и осуществляет сжатие исходного изображения в 8 раз, обеспечивая возможность передачи сигнала изображения по существующему каналу связи. ПЛИС MAX II, на вход которой с выходов кодеков поступают сжатые сигналы изображения, осуществляет согласование интерфейсов кодеков ADV212 и интерфейсов портов сигнального процессора ADSP BF533, управление режимами работы камеры 1 и принимает участие в загрузке сигнального процессора ADSP BF533. Сигнальный процессор ADSP BF533 осуществляет обработку всех полученных команд от внешнего устройства, буферизацию полученных сжатых кадров, коррекцию уровня чёрного. Устройство получения видеоинформации выполнено с возможностью работы во время движения вагона-лаборатории.
[0006] Каждая камера 1 оборудована устройством механической юстировки для обеспечения сопряжения их полей зрения.
[0007] Таким образом, устройство получения видеоинформации в известной системе содержит две камеры 1 и два источника направленного света для подсветки полей зрения камер 1 и выполнено с возможностью регистрации последовательности однострочных изображений по меньшей мере одного наблюдаемого объекта (КЭКП) в поле зрения камер 1, формирование полнокадрового изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, сжатие сигнала полнокадрового изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, передачу во внешнее устройство сжатых сигналов изображений по меньшей мере одного наблюдаемого объекта и принятия управляющих сигналов от внешнего устройства.
[0008] Отличительной чертой всех известных систем наблюдения и контроля состояния контактной сети, рельсового пути и других элементов электрифицированных железных дорог, является использование линейных (однострочных) телевизионных камер.
[0009] Существенным недостатком такого метода исследования наблюдаемого объекта является необходимость высокоточной юстировки обеих камер ввиду малой ширины поля зрения линейной камеры в плоскости нахождения наблюдаемого объекта (плоскости, перпендикулярной продольной оси вагона).
[0010] Поскольку при движении вагон-лаборатория подвержен вибрации, покачиванию и толчкам, что приводит к нарушению первоначальной юстировки камер и, следовательно, к рассогласованию полей зрения телевизионных камер. Как следствие, камеры в один и тот же момент времени получают однострочные изображение разных участков наблюдаемого объекта, что приводит к нарушению функционирования системы и требует проведения сложной, трудоёмкой и дорогостоящей операции по юстировке камер видеонаблюдения в стационарных условиях.
О
[0011] Кроме того, к недостаткам описанной телевизионной камеры относятся малый диапазон рабочих температур линейного сенсора Dragster 2k7, составляющий от 0 до 80 C. Это не позволяет эксплуатировать описанную систему «Стрелка В» при отрицательных температурах, а также его высокая стоимость (в настоящее время ~ 900 $).
[0012] Сигнал, передаваемый известным устройством получения видеоинформации, обладает избыточным объёмом информации по сравнению с необходимым объёмом информации, обеспечивающим решения задачи видеонаблюдения с заданными точностными характеристиками. Это привело к значительном усложнило конструкцию и себестоимость известного решения.
[0013] Техническая проблема заключается в создании устройства получения видеоинформации для автоматизированной системы видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески, которое позволяет устранить недостатки известных из уровня техники устройств получения видеоинформации. В частности, использование нового предложенного технического решения должно обеспечивать надёжность одновременного получения обеими камерам изображения наблюдаемого объекта (изображение одного и того же конструктивного элемента контактной подвески), и, следовательно, уменьшить вероятность проведения периодической приостановки эксплуатации вагона-лаборатории для проведения коррекции юстировки камер.
Раскрытие полезной модели
[0014] Технический результат заключается в обеспечении возможности автоматической юстировки камер устройств получения видеоинформации для автоматизированных систем видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески. В частности, использование предложенного технического решения позволяет в автоматическом режиме поддерживать сопряжение полей зрения телевизионных камер и обеспечивать непрерывное получение обеими камерами изображение одного и того же участка наблюдаемого объекта (КЭКП) и, следовательно, уменьшить вероятность проведения периодической приостановки эксплуатации, например, вагона-лаборатории, для проведения коррекции юстировки камер.
[0015] Технический результат достигается за счёт того, что устройство получения видеоинформации для автоматизированных систем видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески выполнено с возможностью обмена данными с внешним устройством и содержит два источника направленного излучения и две камеры, при этом каждая камера представляет собой цифровую матричную телевизионную камеру, выполненную с возможностью работы в режиме однострочной камеры.
[0016] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что одна из камер выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения.
[0017] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вторая камера выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения.
[0018] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что одна из камер выполнена с возможностью ручной юстировки.
[0019] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вторая камера выполнена с возможностью ручной юстировки.
[0020] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что камеры выполнены одинаковыми.
[0021] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что камеры расположены симметрично.
[0022] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью передачи сжатого сигнала изображения наблюдаемого объекта во внешнее устройство.
[0023] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью коррекции уровня чёрного сигнала изображения наблюдаемого объекта.
[0024] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно выполнено с возможностью усиления сигнала изображения наблюдаемого объекта.
[0025] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что одна из камер выполнена с возможностью программной юстировки.
[0026] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вторая камера выполнена с возможностью программной юстировки.
[0027] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что одна из камер выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения на основе информации о заданной строке матрицы, принятой из внешнего устройства, и регистрации изображения наблюдаемого объекта с упомянутой заданной строки.
[0028] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вторая камера выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения на основе информации о заданной строке матрицы, принятой из внешнего устройства, и регистрации изображения наблюдаемого объекта с упомянутой заданной строки.
Краткое описание чертежей
[0029] На Фиг. 1 представлено строение известной из уровня техники камеры 1.
[0030] На Фиг. 2 представлено схематическое строение предпочтительного варианта выполнения предложенного технического решения.
[0031] На Фиг. 3 представлена блок-схема одной из камер.
[0032] На Фиг. 4 представлена блок-схема предпочтительного варианта выполнения одной из камер.
[0033] На Фиг. 5, 6 представлена система видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески, в которой использован предпочтительный вариант выполнения предложенного технического решения.
[0034] На Фиг. 7 представлен принцип автоматической корректировки поля зрения камеры.
Осуществление полезной модели
[0035] На Фиг. 2 представлено устройство 2 получения видеоинформации для автоматизированных систем видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески (далее – Устройство 2) содержит корпус 3, две камеры 4, 5: первую камеру 4 и вторую камеру 5, – и два источника 6, 7 направленного светового излучения (или «осветителя» 6, 7): первый источник 6 направленного светового излучения и второй источник 7 направленного светового излучения. Устройство 2 выполнено с возможностью передачи данных во внешнее устройство.
[0036] Корпус 3 представляет собой сборную конструкцию и содержит основание 8 и съёмный кожух 9.
[0037] Основание 8 корпуса 3 выполнено предпочтительно единым и содержит средство крепления к опоре, например, к крыше вагона-лаборатории, средство крепления камер 4, 5 и средство крепления двух источников 6, 7 направленного излучения. Основание 8 корпуса 3 может быть выполнено из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала, например, металлическим или из композитного материала. Основание 8 корпуса 3 должно обеспечивать заданную жёсткость конструкции в целом и обладать заданной прочностью к внешним воздействиям, например, физическим, химическим, в частности, природным (к пыли, грязи, влаге, низким температурам и т.п.).
[0038] Кожух 9 выполнен съёмным, содержит средство крепления к основанию 8 и предназначен для защиты аппаратной части Устройства 2 от внешних воздействий, например, физических, химических, в частности, природных (от пыли, грязи, влаги, низких температур и т.п.). Кожух 9 содержит окна для полей зрения камер 4, 5 и окна для направленных световых потоков от источников 6, 7 направленного светового излучения. Упомянутые окна предпочтительно оборудованы защитными стёклами и средством очистки стёкол, представляющих собой по меньшей мере одно устройство для очистки стёкол.
[0039] Камеры 4, 5 выполнены предпочтительно одинаковыми (идентичными), расположены оппозитно, жёстко закреплены на противоположных концах основания 8 и симметрично относительно его центра. Поля зрения камер 4, 5 направлены под углом к горизонтали, вверх навстречу друг другу и находятся в одной плоскости. Выполнение камер 4, 5 идентичными позволяет формировать сигналы изображений с идентичными характеристиками, что позволяет использовать единый алгоритм обработки получаемых изображений и сжатия сигналов изображения. Расположение камер 4, 5 симметрично относительно основания 8 позволяет ориентировать поля зрения камер 4, 5 на один и тот же участок наблюдаемого объекта и получать максимально идентичные кадровые изображения упомянутого участка наблюдаемого объекта, при этом упомянутый участок максимально равноудалён от камер 4, 5.
[0040] На Фиг. 3 представлена блок-схема одной из камер 4, 5. Камера 4, 5 содержит матричный сенсор 10 и блок 11 обработки сигналов.
[0041] Матричный сенсор 10 выполнен на базе прямоугольной матрицы с возможностью регистрации изображения наблюдаемого объекта одной строкой матрицы, заданной в соответствии с информацией, полученной от внешнего устройства, и передачи однострочного сигнала фиксируемого изображения в блок 11 обработки сигналов.
[0042] Блок 11 обработки сигналов включает в себя блок 12 обработки сигналов изображений и блок 13 связи.
[0043] Блок 12 обработки сигналов изображений выполнен с возможностью формирования кадров изображения наблюдаемого объекта из получаемых от матричного сенсора 10 последовательных во времени сигналов однострочных изображений в количестве, равном заданному числу строк формируемого кадра изображения, сжатия сигнала сформированного кадра изображения с заданным числом строк и передачи сжатого сигнала сформированного кадра изображения в блок 13 связи.
[0044] Блок 13 связи, также исполняющий функции согласующего устройства, выполнен с возможностью передачи сжатого сигнала изображения по каналу связи во внешнее устройство обработки принимаемой информации и хранения её результатов. Кроме того, блок 13 связи выполнен с возможностью приёма от внешнего устройства сигналов синхронизации и управления работой камеры 4, 5. Канал связи может представлять собой известный из уровня техники канал связи, например, проводной и/или беспроводной. Канал связи предпочтительно должен обеспечивать пропускную способность не менее 100 Мбит/сек. Очевидно, что канал связи может представлять собой проводной канал связи с пропускной способностью более 100 Мбит/сек, однако, это потребует излишних затрат оборудования. Очевидно, что в зависимости от используемого канала связи Устройство 2 снабжено по меньшей мере одним устройством для передачи данных по такому каналу связи информации во внешнее устройство.
[0045] Камера 4, 5 содержит корпус, выполненный из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала и снабжённый средством крепления компонентов камеры 4, 5, и средство ручной юстировки, т.е. камера 4, 5 выполнена с возможностью ручной юстировки.
[0046] На Фиг. 4 представлен предпочтительный вариант выполнения одной из камер 4, 5. В предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения камера 4, 5 представляет собой цифровую матричную телевизионную камеру, выполненную с возможностью работы в однострочном режиме, т.е. фиксации изображения наблюдаемого объекта одной заданной строкой матрицы. Предпочтительно матричный сенсор 10 может быть реализован на основе матричного сенсора CMV2000, а блок 11 обработки сигналов реализован на основе ПЛИС Intel Cyclone V и сигнального процессора ADSP DF533, при этом ПЛИС Intel Cyclone V соединена с матричным сенсором CMV2000, а сигнальный процессор ADSP DF533 соединён с ПЛИС Intel Cyclone V и матричным сенсором CMV2000. Камеры 4, 5 отличаются от «традиционных» матричных камер наличием прямоугольной ТВ матрицы с возможностью её работы в режиме однострочной матрицы.
[0047] Матричный сенсор CMV2000 предназначен для получения изображения наблюдаемого объекта и, в частности, выполнен с возможностью работы в режиме однострочной матрицы, т.е. регистрации изображения участка наблюдаемого объекта одной строкой, заданной информацией, принятой от внешнего устройства через сигнальный процессор ADSP BF533, и передачи сигнала полученного однострочного изображения участка наблюдаемого объекта в ПЛИС INTEL Cyclone V.
[0048] ПЛИС INTEL Cyclone V, в частности, выполнена с возможностью накопления сигналов однострочных изображений участков наблюдаемого объекта, принятых от матричного сенсора CMV2000, формирования кадра изображения наблюдаемого объекта из однострочных изображений участков наблюдаемого объекта, сжатия сигнала упомянутого сформированного кадра изображения наблюдаемого объекта и передачи сформированного сжатого сигнала изображения в сигнальный процессор ADSP BF533. Использование ПЛИС INTEL Cyclone V позволило реализовать не только функцию захвата изображения с сенсора и формирования кадров размером 1281040 пикселей, но и функцию сжатия изображения в необходимые 8 раз для обеспечения передачи сигнала изображения во внешнее устройство, например, по существующему в системе «Стрелка В» каналу связи с пропускной способностью в 100 Мбит/сек.
[0049] Сигнальный процессор ADSP BF533 представляет собой согласующее устройство и, в частности, выполнен с возможностью принятия сжатых сигналов изображения от ПЛИС INTEL Cyclone V и передачи этих сигналов изображения во внешнее устройство, а тракже приёма сигналов синхронизации и управления от внешнего устройства и передачи их в матричный сенсор CMV2000 и в ПЛИС INTEL Cyclone V. Использование в предпочтительном варианте выполнения Устройства 2 сигнального процессора ADSP BF533 позволило также осуществить с его помощью коррекцию величины затвора камеры 4, 5 обработку изображения, например, коррекцию уровня чёрного, и усиления сигнала в зависимости от внешних условий. Коррекция уровня чёрного может выполняться в зависимости, например, от времени суток, а также коррекция уровня чёрного позволяет регулировать размер передаваемого изображения, например, в сторону его уменьшения. Коррекцией величины затвора камеры 4, 5 можно регулировать скорость фиксации изображений камерами 4, 5.
[0050] Источники 6, 7 направленного излучения выполнены одинаковыми (идентичными), оппозитно установлены на основании 8 Устройства 2 между камерами 4, 5 симметрично относительно центра основания 8. Источники 6, 7 направленного излучения выполнены с возможностью освещения области пространства, соответствующей полю зрения заданной камеры 4, 5: первый источник 6 сориентирован таким образом, что выполнен с возможностью осуществления подсветки области пространства, соответствующей полю зрения первой камеры 4, второй источник 7 сориентирован таким образом, что выполнен с возможностью осуществления подсветки области пространства, соответствующей полю зрения второй камеры 5. Источник 6, 7 направленного излучения может представлять собой известный из уровня техники по меньшей мере один источник направленного излучения, предпочтительно относительно узконаправленный. Например, в качестве источника 6, 7 направленного светового излучения может быть использован светодиодный прожектор, лазерный источник с широким лучом. Первый источник 6 направленного излучения и второй источник 7 направленного излучения выполнены предпочтительно одинаковыми, что позволило повысить технологичность конструкции Устройства 2.
[0051] Предпочтительный вариант выполнения предложенного технического решения работает, и его используют следующим образом.
[0052] На Фиг. 5, 6 представлена автоматизированная система видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактнй подвески (далее – Система). Система содержит Устройство 2, внешнее устройство 14 и канал 15 связи для обмена данными между Устройством 2 и внешним устройством 14. Система смонтирована в/на вагоне-лаборатории 16. Устройство 2 закреплено на крыше вагона-лаборатории 16, а внешнее устройство 14 размещено внутри вагона-лаборатории 16. Наблюдаемым объектом является один из конструктивных элементов контактной подвески (зажимы КП, фиксаторы, струновые поддержки КП, воздушные стрелки и т.п.).
[0053] Канал 15 связи представляет собой известный из уровня техники канал связи с пропускной способностью 100 Мбит/сек.
[0054] Внешнее устройство 14 может представлять собой совокупность одного или нескольких известных из уровня техники или специально разработанных устройств, предназначенных для обработки и хранения результатов видеонаблюдения, выработки команд управления работой камер, синхронизации работы камер и т.п. В частности, в качестве внешнего устройства 14 может быть использован персональный компьютер, ноутбук и другие вычислительные и аппаратные технические средства. Также внешнее устройство 14 может быть снабжено блоком визуализации информации, например, для отображения информации (сведений, данных), принятых от Устройства 2, для оператора с целью визуального контроля состояния наблюдаемого объекта, например, КЭКП, выявления дефектов и оценки степени их опасности для дальнейшей эксплуатации.
[0055] Камеры 4, 5 расположены в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси вагона-лаборатории 16, при этом в поле 17 зрения первой камеры 4 и в поле 18 зрения второй камеры 5 в один и тот же момент времени находится один и тот же участок наблюдаемого объекта. Каждая камера 4, 5 ориентирована вокруг своей продольной оси таким образом, что строки её матрицы перпендикулярны продольной оси вагона 16 и, следовательно, перпендикулярны к оси 19 контактной подвески. Каждое поле 17, 18 зрения соответствующей камеры 4, 5 имеет веерообразную форму, т.е. поле зрения одной строки матричного сенсора 10 широкое в плоскости, перпендикулярной ориентации строки матрицы, и узкое в плоскости ориентации строки. Другими словами, поле 17, 18 зрения каждой камеры 4, 5 будет узким в плоскости продольной оси вагона-лаборатории 16 и, следовательно, в плоскости продольной оси 19 контактной подвески, как представлено на Фиг. 5, при этом поле 17, 18 зрения каждой камеры 4, 5 будет широким в плоскости, перпендикулярной к продольной оси вагона-лаборатории 16, и следовательно, в плоскости, перпендикулярной к продольной оси 19 контактной подвески, как представлено на Фиг. 6. При этом поля 17, 18 зрения камер 4, 5 охватывают в плоскости, перпендикулярной к продольной оси 19 контактной подвески, всю область пространства возможного нахождения КЭКП, а в плоскости продольной оси 19 контактной подвески узкие поля 17, 18 зрения камер 4, 5 «видят» (регистрируют) малый по протяжённости участок наблюдаемого объекта, в частности, одного из КЭКП. Величина видимого отрезка участка одного из наблюдаемых КЭКП определяется шириной поля 17, 18 зрения каждой камеры 4, 5 в плоскости, перпендикулярной к оси 19 контактной подвески. Наклон поля 17, 18 зрения каждой камеры 4, 5 в плоскости продольной оси вагона-лаборатории 16 зависит от положения заданной рабочей строки в матричном сенсоре 10 соответствующей камеры 4, 5. Так на Фиг. 7 представлено расположение полей 17a, 17b, 18a, 18b зрения камеры 4, 5 в плоскости продольной оси вагона-лаборатории 16 в зависимости от строки в матричном сенсоре 10: поле зрения N-строки первой камеры 4 обозначено позицией 17a, поле зрения (N+Ns)-строки первой камеры 4 обозначено позицией 17b, поле зрения N-строки второй камеры 5 обозначено позицией 18a, поле зрения (N+Ns)-строки второй камеры 5 обозначено позицией 18b, где N – порядковый номер строки, Ns – увеличение/уменьшение порядкового номера строки. Рабочей (или заданной) строкой матрицы (матричного сенсора 10) каждой из камер 4, 5 является такая строка матрицы, которая позволяет получать обеими камерами 4, 5 изображения одного и того же участка наблюдаемого объекта. Номер рабочей строки (матричного сенсора 10) каждой камеры 4, 5 задаётся внешним устройством 14 и соответствующая информация передаётся от внешнего устройства 14 по каналу связи 15 в соответствующую камеру 4, 5. Для упрощения последующей обработки сигналов изображения от Устройства 2 камеры 4, 5 предпочтительно располагают симметрично относительно продольной оси вагона-лаборатории 16. Для минимизации эффекта параллакса изображения база расположения камер 4, 5 и ориентация полей 17, 18 зрения камер 4, 5 предпочтительно перпендикулярны осевой линии расположения наблюдаемых объектов, т.е. продольной оси 19 контактной подвески. Упомянутый эффект может возникнуть вследствие отклонения расположения наблюдаемого объекта от продольной оси 19 контактной подвески в горизонтальной плоскости.
[0056] Подготовку Системы к эксплуатации выполняют в стационарных условиях, предпочтительно на испытательном стенде.
[0057] Для каждой камеры 4, 5 задают рабочую строку матрицы. Первоначально рабочей строкой матрицы камеры 4, 5 является одна из средних строк матрицы соответствующей камеры 4, 5, при которой поле зрения этой камеры 4, 5 ближе к вертикали, например, такой первоначальной заданной строкой является центральная строка.
[0058] Затем юстируют камеры 4, 5. Вручную посредством механизма юстировки добиваются максимального совпадения полей зрения обеих камер 4, 5 в области пространства нахождения наблюдаемого объекта. Так, механическим путём с помощью регулировочных юстировочных (регулировочных) винтов на креплениях камер 4, 5 осуществляют юстировку камер 4, 5, т.е. осуществляют ориентировку поля зрения камеры 4, 5 в пространстве, с целью получение каждой из камер 4, 5 в режиме работы однострочной камеры 4, 5 изображение одного и того же заданного участка наблюдаемого объекта. Информацию о строках, полученных в результате юстировки, записывают во внешнем устройстве 14.
[0059] Устройство 2 работает следующим образом.
[0060] Блок 11 обработки сигналов первой камеры 4 принимает информацию о рабочей строке из внешнего устройства 14, переданную по каналу 15 связи от внешнего устройства 14, и передаёт её в матричный сенсор 10 первой камеры 4. От матричного сенсора 10 первой камеры 4 сигнал изображения участка наблюдаемого объекта, зафиксированного рабочей строкой матрицы, передаётся в блок 11 обработки сигналов первой камеры 4. Блок 11 обработки сигналов первой камеры 4 принимает сигнал однострочного изображения участка наблюдаемого объекта и формирует изображение этого участка наблюдаемого объекта. Затем блок 11 обработки сигналов первой камеры 4 ожидает следующего сигнала однострочного изображения следующего участка наблюдаемого объекта от рабочей строки матричного сенсора 10 первой камеры 4, формирует изображение этого следующего участка наблюдаемого объекта и добавляет сформированное изображение следующего участка наблюдаемого объекта к изображению предыдущего участка наблюдаемого объекта. Блок 11 обработки сигналов первой камеры 4 повторяет описанную операцию заданное число раз, равное заданному числу строк в формируемом кадре изображения, пока не сформирует полный кадр изображения наблюдаемого объекта, состоящего из множества изображений участков наблюдаемого объекта, полученных с рабочей строки матричного сенсора 10 первой камеры 4. Далее сформированный кадр изображения наблюдаемого объекта при необходимости обрабатывается, например, корректируется уровень чёрного, а затем сигнал сформированного кадра изображения сжимается. Сжатый сигнал полнокадрового изображения наблюдаемого объекта блок 11 обработки сигналов первой камеры 4 посылает посредством канала 15 связи во внешнее устройство 14.
[0061] Аналогичным образом матричным сенсором 10 второй камеры 5 и блоком 11 обработки сигналов второй камеры 5 формируется сигнал сжатого полнокадрового изображения наблюдаемого второй камерой 5 того же объекта. Сжатый сигнал полнокадрового изображения со второй камеры 5 также посылается посредством канала 15 связи во внешнее устройство 14.
[0062] Система работает следующим образом.
[0063] Сжатые сигналы полнокадровых изображений наблюдаемого объекта, полученные от камер 4, 5 Устройства 2, поступают во внешнее устройство 14.
[0064] Внешнее устройство 14 декодирует сжатые сигналы изображения участка наблюдаемого объекта, полученные от камер 4, 5, восстанавливает изображения наблюдаемого объекта, полученные от камер 4, 5, и затем анализирует принятую информацию. В процессе анализа сравниваются полученные от камер 4, 5 изображения наблюдаемого объекта, в частности, определяется совпадение моментов времени приёма анализируемых изображений. При нормальной работе Устройства 2 изображения наблюдаемого объекта, полученные от камер 4, 5, совпадают во времени. При рассогласовании полей зрения камер 4, 5, получаемые от камер 4, 5 изображения наблюдаемого объекта будут сдвинуты во времени. Это объясняется тем фактом, что при движении вагона-лаборатории 16 одна камера 4, 5 «увидит» наблюдаемый объект раньше другой камеры 4, 5. Определив время задержки получения изображения наблюдаемого объекта от одной камеры 4, 5 относительно получения изображения наблюдаемого объекта от другой камеры 5, 4 и имея информацию о текущей скорости движения вагона-лаборатории 16, внешнее устройство 14 вычисляет «линейный сдвиг» полученных изображений относительно друг друга, т.е. расстояние, пройденное вагоном-лаборатории 16 за отрезок времени, равный временному сдвигу изображений. Этот «линейный сдвиг» равен смещению полей зрения камер 4, 5 относительно друг друга, в данном случае, по продольной оси 19 контактной подвески. Из технических характеристик матричных сенсоров 10 камер 4, 5 известно, на сколько сдвинуты относительно друг друга поля зрения соседних строк матричного сенсора 10 в области нахождения наблюдаемого объекта. По соотношению «линейного сдвига» полученных изображений со сдвигом полей зрения соседних строк матричного сенсора 10 вычисляется количество строк, на которое должна быть сдвинута рабочая строка матрицы матричного сенсора 10 одной из камер 4, 5.
[0065] Принцип действия поясняется рисунком на Фиг. 7, где поле зрения N-ой строки соответствующей камеры 4, 5 обозначено позициями 17a, 18a, поле зрения (N+Ns)-ой строки камер 4, 5 обозначено позицией 17b, 18b, направление движения вагона-лаборатории 16 обозначено стрелкой, а также нижеприведённым алгоритмом расчёта требуемого «сдвига» рабочей строки.
[0066] Допустим, например, что вследствие механического воздействия на Устройство 2 поле 17 зрения первой камеры 4, соответствующее полю 17a зрения N-строки первой камеры 4, переместилось вправо (вперёд по ходу движения вагона-лаборатории 16) в положение, в котором оно соответствует полю 17b зрения (N+Ns)-строки первой камеры 4, а положение поля 18 зрения второй камеры 5 осталось в прежнем положении и советующем полю 18a зрения N-строки второй камеры 5. Очевидно, что при последующем движении вагона-лаборатории 16 наблюдаемый объект попадёт в поле 17b зрения первой камеры 4 раньше, чем в поле 18a зрения второй камеры 5. Соответственно изображение объекта, зарегистрированное первой камерой 4, поступит во внешнее устройство 14 раньше, чем изображение объекта, зарегистрированное второй камерой 5. По задержке времени получения изображений внешнее устройство 14 рассчитает, на сколько строк необходимо переместить «рабочую» строку матричного сенсора 10 второй камеры 5, т.е. задаст номер новой рабочей строки матричного сенсора 10 второй камеры 5. В соответствии с полученной от внешнего устройства 14 информацией в матричном сенсоре 10 второй камеры 5 произойдёт сдвиг рабочей строки матрицы (переназначение рабочей строки матрицы на новую заданную строку), и поле 18 зрения второй камеры 5 изменит ориентацию и переместиться в положение, в котором оно соответствует полю 18b зрения (N+Ns)-строки второй камеры 5. Поля 17, 18 зрения камер 4, 5 совместятся и работоспособность системы восстановится.
[0067] В упрощённом виде математически алгоритм восстановления работоспособности системы выглядит следующим образом. Обозначим Т1 и Т2 – моменты времени приёма изображений наблюдаемого объекта от камер 4, 5, L1 – «линейный сдвиг» полученных от камер 4, 5 изображений одного и того же объекта относительно друг друга, V – текущая скорость движения вагона-лаборатории, L2 – относительны сдвиг полей зрения соседних строк матричного сенсора в области нахождения наблюдаемого объекта, Ns – число строк, на которое нужно сдвинуть рабочую строку матрицы одной из камер 4, 5.
[0068] Тогда искомая величина Ns будет равна:
[0069] Направление сдвига поля зрения одной из камер определяется знаком «плюс» или «минус» полученного значения величины Ns и всегда обеспечивает сближение полей зрения 17, 18 камер 4, 5 до их максимально возможного совмещения в пространстве.
[0070] Следует отметить, что возможны варианты корректировки юстировки (сопряжения полей зрения) камер 4, 5, посредством изменения их ориентации:
осуществить сдвиг поля 17 зрения первой камеры 4 перемещением рабочей строки на +Ns строк, приближая его к полю 18 зрения второй камеры 5;
осуществить сдвиг поля 18 зрения второй камеры 5 перемещением рабочей строки на -Ns строк, приближая его к полю 17 зрения первой камеры 4;
осуществить одновременно сдвиг поля 17 зрения первой камеры 4 перемещением рабочей строки на +Ns1 строк и сдвиг поля 18 зрения второй камеры 5 перемещением рабочей строки на –Ns2 строк (т.е. навстречу друг к другу) при соблюдении условия:
mod(Ns1) + mod(Ns2) = Ns.
[0071] Поскольку наиболее чётким является изображение, фиксируемое центральными строками матричного сенсора, то следует выбирать тот способ коррекции полей зрения камер 4, 5, при котором рабочие строки обеих камер 4, 5, по возможности, будут максимально приближены к центральной строке матрицы сенсора.
[0072] Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы выше на предпочтительном варианте выполнения предложенной полезной модели. Однако следует отметить, что вышеприведённое подробное описание с обращением к сопровождающим чертежам приведено в целях пояснения сущности предложенной полезной модели и примерных материально-технических средств, которые могут служить для реализации признаков предложенного технического решения. Специалисту в данной области техники могут быть очевидны другие варианты выполнения признаков, не выходящие за рамки сущности и объёма предложенной полезной модели.
[0073] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна камера может быть выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения для совмещения его с полем зрения другой камеры путём принятия информации на основе информации о заданной строке матрицы (матричного сенсора), принятой из внешнего устройства, и регистрации изображения наблюдаемого объекта с упомянутой заданной строки. Очевидно, что каждая камера может быть выполнена с возможностью изменения ориентации своего поля зрения.
[0074] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна или каждая камера может быть выполнена с возможностью ручной и/или программной юстировки.
[0075] Предложенное техническое решение может быть выполнено возможностью передачи сигнала, в том числе сжатого, изображения во внешнее устройство и/или с возможностью коррекции уровня чёрного сигнала изображения наблюдаемого объекта и/или с возможностью усиления сигнала в зависимости от внешних условий.
[0076] Для повышения технологичности и упрощения автоматической юстировки камеры предпочтительно выполняют одинаковыми.
[0077] Преимуществами предложенного технического решения по сравнению с известными из уровня техники аналогами являются, в частности:
[0078] 1. Позволяет добиться того, что восстановление работоспособности Системы происходит автоматически, без необходимости ручной корректировки камер 4, 5 и/или необходимости использования специально отведённого места при обнаружении неполадок – автоматизация процесса юстировки камер 4, 5 в процессе эксплуатации Системы. Поэтому скорость исследования наблюдаемого объекта возрастает значительно, а его трудозатратность уменьшается. Кроме того, снижается нагрузка на обслуживающий персонал, поскольку, например, нет необходимости в периодической приостановке эксплуатации вагона-лаборатории 16 для проведения коррекции юстировки камер 4, 5, представляющей собой трудозатратную операцию, в стационарных условиях. Предложенное техническое решение, а также автоматизированная система видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески обладает по сравнению с аналогами устойчивой работоспособностью при внешних механических воздействиях, возникающих при движении вагона-лаборатории.
[0079] 2. Использование более простого но достаточно эффективного алгоритма сжатия сигнала полнокадрового изображения наблюдаемого объекта, отличного от используемого в аналоге алгоритма сжатия, позволяет снизить объём передаваемой информации по каналу связи во внешнее устройство с сохранением достаточности передаваемой информации для восстановления изображения наблюдаемого объекта. Кроме того, это позволяет повысить технологичность, в частности, упрощение, конструкции Устройства 2, поскольку не требуется использование дополнительных компонентов, например, как в аналоге.
[0080] 3. Снижение себестоимости Устройства 2, автоматизированной системы видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески, а также стоимости его эксплуатации (эксплуатационных расходов). Так стоимость компонентов, используемых в телевизионной камере системы «Стрелка В» и компонентов предпочтительного варианта выполнения Устройства 2:
Dragster 2k7 (1 шт.) ~ 900 $
Cyclone V ~ 333$
Cyclone III (1 шт.) ~ 76 $
CMV2000 ~ 500$
ADV212 (2 шт.) ~ 180 $
INTEL MAX II (1 шт.) ~ 60 $;
О
[0081] 4. Предложенное техническое решение обладает устойчивой работоспособностью при отрицательной (до -30С) температуре окружающей среды, по сравнению с устройством регистрации видеоинформации, выполненное с возможностью работы до 0 градусов. Это было достигнуто за счёт подбора элементов, из которых состоит Устройство 2.
[0082] 5. Расширение функциональных возможностей известных из уровня техники устройств получения видеоинформации.
[0083] По сравнению с камерой системы «Стрелка В» предложенное техническое решение содержит электронный затвор и имеет более технологичную конструкцию за счёт меньшего количества используемых блоков. Кроме того, предложенное техническое решение выполнено с возможностью выделения одной строки изображения, соответствующей наиболее чёткому (полному) отображению наблюдаемого объекта.
[0084] Предложенное техническое решение может быть использовано не только в системе видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески, как указано в настоящей заявке на полезную модель, но и в любых других аналогичных по своему назначению системах видеонаблюдения и видеоконтроля состояния различных объектов.
[0085] Кроме того, предложенное техническое решение может быть закреплено на известном из уровня техники устройстве. Таким устройством может быть известное из уровня техники транспортное средство, например, вагон, в частности, вагон-лаборатория, либо любой вагон, приспособленный для установки на его крыше устройства для получения информации о состоянии конструктивных элементов контактной подвески.
[0086] Предложенное техническое решение дополнительно решает техническую проблему, заключающуюся в расширении средств определённого назначения, и позволяет достигнуть технического результата, заключающегося в реализации расширения средств определённого назначения, а именно предложено устройство получения видеоинформации для автоматизированных систем видеоконтроля за состоянием конструктивных элементов контактной подвески.