專利名稱：用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于集電弓(pantograph)的運(yùn)動(dòng)測(cè)量，而且更具體地涉及借助于用于測(cè)量所述集電弓的高度和/或加速度的圖像處理的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
集電弓安裝在電鐵路車輛的頂部，作為一個(gè)集電器。有一種被稱為的測(cè)試車輛或者車輛緣(vehicle-marginal)測(cè)試車輛的專用車輛(或火車)，作為測(cè)量集電弓運(yùn)動(dòng)的手段。專用車輛以預(yù)定的間隔以及在服務(wù)操作時(shí)間之間被駕駛。此測(cè)試車輛安裝有多個(gè)用于測(cè)量車輛的體傾斜角度的傳感器，用來(lái)測(cè)量鐵軌的移位(或者偏差)等(文檔D112-24頁(yè)，“Modernization Technique for Equipment Maintenance ofRailroad Tracks”，由Working Commission on ModernizationTechnique for Equipment Maintenance of Railroad Tracks在1995編輯)。用于測(cè)量集電弓的傳感器為上述傳感器其中之一。
作為測(cè)量集電弓的方法，可列舉出激光傳感器方法、光切割傳感器方法、加速度傳感器方法以及圖像處理方法。所述方法分別具有以下特征。
1)激光傳感器方法在激光傳感器方法中，掃描式是通常使用的。激光通過(guò)使用鏡面掃描集電弓。然后通過(guò)檢測(cè)此激光的反射光的相位差以及檢測(cè)反射光的形狀的形變，而測(cè)量到集電弓的距離。
2)光切割傳感器方法在光切割傳感器方法中，帶狀(條狀)光被投射至集電弓。然后通過(guò)接收具有根據(jù)集電弓形狀的凸起和凹陷的反射光，而測(cè)量到集電弓的距離。
3)加速度傳感器方法在加速度傳感器方法中，將用于通過(guò)回轉(zhuǎn)儀(gyro)、壓電元件等來(lái)檢測(cè)加速度的傳感器直接附著在集電弓上。然后，通過(guò)接收檢測(cè)到的加速度的輸出信號(hào)來(lái)測(cè)量集電弓的加速度。
4)圖像處理方法圖像處理方法包括通過(guò)模型匹配或者模式匹配來(lái)檢測(cè)集電弓的方法、處理線傳感器(line sensor)圖像的方法等。日本專利申請(qǐng)2002-139305(文檔D2)例示了通過(guò)模型匹配或者模式匹配來(lái)檢測(cè)集電弓的方法。另外，日本專利申請(qǐng)2002-279409(文檔D3)例示了處理線傳感器圖像的方法。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述方法中存在著下列問(wèn)題。
1)激光傳感器方法由于旋轉(zhuǎn)鏡面的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的限制，以及為了防止鏡面的諧振，激光傳感器的掃描周期被設(shè)置得相對(duì)長(zhǎng)(即，掃描速度相對(duì)低)。因此，所述激光傳感器方法適合用于集電弓位置的測(cè)量(低頻分量)，然而不適合用于集電弓的加速度的測(cè)量(高頻分量)。
2)光切割傳感器方法由于通過(guò)接收投射的條狀光來(lái)測(cè)量距離，因此，有必要準(zhǔn)備照明的環(huán)境。另外，光切割傳感器方法不適合用于在白天時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，在白天照明條件極大地變化。
3)加速度傳感器方法當(dāng)前，主要使用通過(guò)使用加速度傳感器來(lái)測(cè)量集電弓的加速度的方法。然而，此加速度傳感器方法不是一種簡(jiǎn)單的測(cè)量方法，因?yàn)橄率霭才?考慮)是必需的。
(a)加速度傳感器需要被直接地安裝在集電弓本身上。
(b)用于傳輸傳感器的輸出電壓的電纜需要被安排具有高的抗擾性。
(c)用于傳輸傳感器的輸出電壓的電纜需要被安排具有強(qiáng)電絕緣性。
4)圖像處理方法在使用通過(guò)CCD照相機(jī)拍攝的圖像的方法中，在測(cè)量時(shí)間很長(zhǎng)的情況下或者在幀速率很高(即，每單位時(shí)間的幀的數(shù)量很大)的情況下，計(jì)算處理的數(shù)量會(huì)變得很大。在其中根據(jù)早期技術(shù)使用由線傳感器拍攝的圖像的方法中，由存在于集電弓周圍的拍攝結(jié)構(gòu)引入線傳感器圖像中的噪聲需要被考慮。
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，其被設(shè)計(jì)以解決或者減輕上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，包括線傳感器；線傳感器圖像產(chǎn)生部件，被配置用于通過(guò)使用從線傳感器獲得的圖像信號(hào)來(lái)產(chǎn)生線傳感器圖像；二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件，被配置用于將所述線傳感器圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制線傳感器圖像，以允許通過(guò)線傳感器圖像的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換將對(duì)應(yīng)于集電弓的部分變成白色；以及過(guò)濾部件，被配置用于定義白點(diǎn)作為上邊緣點(diǎn)，在該作為上邊緣點(diǎn)的白點(diǎn)處，沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，象素從黑色變?yōu)榘咨?，以及定義白點(diǎn)作為下邊緣點(diǎn)，在該作為下邊緣點(diǎn)的白點(diǎn)處，沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，所述象素從白色變?yōu)楹谏?，被配置用于在沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線的上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)之間的空間在預(yù)定的容限之內(nèi)的情況下，保持上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)中的一個(gè)為白色，并使得在二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線上的其它點(diǎn)變?yōu)楹谏?，以及被配置用于將在二進(jìn)制線傳感器圖像上的剩余的白點(diǎn)當(dāng)作集電弓的形跡(trail)。
參考附圖，根據(jù)以下描述，本發(fā)明的其他目的和特征將被理解。


圖1為顯示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的安裝用于測(cè)量集電弓的線傳感器的實(shí)例的示意說(shuō)明圖；圖2為顯示了在第一實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置實(shí)例的示意框圖；圖3為顯示了在第一實(shí)施例中的集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量的計(jì)算的流程圖；圖4為顯示了在第一實(shí)施例中的集電弓部分的時(shí)間系列(time-series)圖像的示意圖；圖5為顯示了在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置實(shí)例的示意框圖；圖6為顯示了在第二實(shí)施例中的集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量的計(jì)算的流程圖；圖7為顯示了在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置實(shí)例的示意框圖；圖8為顯示了在第三實(shí)施例中的集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量的計(jì)算的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖，以幫助對(duì)本發(fā)明的更好的理解。
首先，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置現(xiàn)在將被說(shuō)明。
圖1為顯示了用于測(cè)量集電弓的線傳感器的安裝的實(shí)例的示意說(shuō)明圖。如圖1所示，線傳感器2被安裝以使得掃描線垂直于集電弓1。從線傳感器2獲得的圖像被用作輸入圖像。圖2為顯示了在所述第一實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置實(shí)例的示意框圖。如圖2所示，根據(jù)第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置包括線傳感器(照相機(jī))2，線傳感器圖像產(chǎn)生部件21，存儲(chǔ)器22，通過(guò)LAN連接至(進(jìn)行通信)存儲(chǔ)器22的存儲(chǔ)器31，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32，集電弓寬度過(guò)濾部件33，集電弓軌跡(形跡)過(guò)濾部件34，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35，集電弓實(shí)際高度計(jì)算部件36，以及集電弓加速度計(jì)算部件39。
圖3為顯示了在所述第一實(shí)施例中的集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量的計(jì)算的流程圖。根據(jù)第一實(shí)施例的在運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中計(jì)算集電弓1的高度以及加速度的過(guò)程現(xiàn)在將參考圖3被說(shuō)明。
(1)線傳感器圖像的產(chǎn)生～步驟S1～線傳感器圖像產(chǎn)生部件21被配置用于以時(shí)間系列(時(shí)間序列)來(lái)排列從線傳感器2獲得的掃描線的亮度(照度)信號(hào)。相應(yīng)地，線傳感器圖像，即，如圖4所示的平面圖像通過(guò)從線傳感器2獲得的信號(hào)被產(chǎn)生。也就是，線傳感器圖像產(chǎn)生部件21通過(guò)將掃描線的亮度信號(hào)放置到時(shí)間系列順序中來(lái)產(chǎn)生線傳感器圖像。然后，線傳感器圖像產(chǎn)生部件21(或者包括線傳感器圖像產(chǎn)生部件21的控制器)存儲(chǔ)線傳感器圖像在存儲(chǔ)器22中，作為輸入圖像。另外，所述控制器也經(jīng)由LAN將此線傳感器圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器31中。
(2)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換處理～步驟S2～在線傳感器圖像上，集電弓1被選挑(拍攝)為擁有與背景部分不同的亮度值的條(片(swatch))形部分。也就是說(shuō)，在線傳感器圖像上，與相應(yīng)于集電弓1的背景的部分相比，相應(yīng)于集電弓1的部分被看作擁有不同亮度的條形部分。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32設(shè)置門限值，用于在從存儲(chǔ)器31中讀取的線傳感器圖像上，從其他背景部分中隔離拍攝為條形的集電弓部分。通過(guò)使用此門限，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32使得相應(yīng)于集電弓1的部分在線傳感器圖像上成為白色，以及使得相應(yīng)于背景的部分在線傳感器圖像上成為黑色。如果通過(guò)使用此門限，相應(yīng)于集電弓1的部分成為黑色，并且相應(yīng)于背景的部分在線傳感器圖像上成為白色，則二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32實(shí)行二進(jìn)制反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換以反轉(zhuǎn)上述部件的顏色(黑/白)。因此，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32產(chǎn)生二進(jìn)制線傳感器圖像，因而迫使相應(yīng)于集電弓1的部分總是成為白色。在下文中，通過(guò)在線傳感器圖像的基礎(chǔ)上執(zhí)行步驟S2的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的圖像將被稱為“二進(jìn)制線傳感器圖像”。因而，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32通過(guò)線傳感器圖像的二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換來(lái)轉(zhuǎn)換線傳感器圖像為二進(jìn)制線傳感器圖像。然后，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32存儲(chǔ)二進(jìn)制線傳感器圖像在存儲(chǔ)器31中。
(3)集電弓寬度過(guò)濾處理～步驟S3～當(dāng)線傳感器2拍攝集電弓1時(shí)，在集電弓1附近的架空線(trolleywire)(接觸線)、絕緣體、用于懸掛架空線的線等也與集電弓1一同被拍攝到線傳感器圖像中。所以，提取相應(yīng)于集電弓1的部分的過(guò)程被執(zhí)行，通過(guò)在二進(jìn)制線傳感器圖像上區(qū)分集電弓1與其他物體，例如架空線、絕緣體、以及懸掛架空線的線。
也就是，在二進(jìn)制線傳感器圖像上，相應(yīng)于集電弓1的部分被看作擁有相應(yīng)于集電弓1的實(shí)際厚度的固定寬度的條形部分。在二進(jìn)制線傳感器圖像上，相應(yīng)于集電弓1的部分以及其他物體是白色的，而相應(yīng)于背景的部分是黑色的。因此，集電弓寬度過(guò)濾部件33通過(guò)檢查在從存儲(chǔ)器31讀取的二進(jìn)制線傳感器圖像上排列的每一條線來(lái)檢測(cè)這樣的點(diǎn)(或者部分)，在其上，象素從黑色變成白色，以及這樣的點(diǎn)，在其上，象素從白色變成黑色。此檢測(cè)是通過(guò)從二進(jìn)制線傳感器圖像的底部朝向其頂部連續(xù)地進(jìn)行檢查，而關(guān)于二進(jìn)制線傳感器圖像的各條線來(lái)執(zhí)行的。所述沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線象素從黑色變?yōu)榘咨?白)點(diǎn)被定義為上邊緣，以及象素從白色變?yōu)楹谏狞c(diǎn)被定義為下邊緣點(diǎn)。由于線傳感器2被設(shè)置為使線傳感器2的掃描方向?yàn)榇怪庇诩姽?的長(zhǎng)度，因此，在相鄰于彼此的一對(duì)上邊緣和下邊緣點(diǎn)之間的空間可以被用于從其他物體中分離集電弓1。在此實(shí)施例中，在一對(duì)上邊緣和下邊緣點(diǎn)之間的空間在預(yù)定的寬度容限之內(nèi)(或者在兩個(gè)預(yù)定的寬度值之間)的情況下，集電弓寬度過(guò)濾部件33確定此間距對(duì)應(yīng)于集電弓1。通過(guò)這樣做，用于提取對(duì)應(yīng)于集電弓1的部分的處理被執(zhí)行。
此外，集電弓寬度過(guò)濾部件33執(zhí)行處理以保持檢測(cè)到的下邊緣的點(diǎn)為白色，作為集電弓1的頂部(上面)位置，以及使其他點(diǎn)變?yōu)楹谏?。也就是，在由上述提取處理所產(chǎn)生的二進(jìn)制線傳感器圖像上，除了下邊緣點(diǎn)外的點(diǎn)(象素)都被變?yōu)楹谏?。因此，控制器產(chǎn)生集電弓形跡圖像，其剩余的白點(diǎn)顯示集電弓1的頂部位置的形跡。然后，控制器存儲(chǔ)集電弓形跡圖像在存儲(chǔ)器31中。
(4)集電弓軌跡過(guò)濾處理～步驟S4～當(dāng)顯示集電弓1的頂部位置的集電弓形跡圖像是通過(guò)步驟S3的集電弓寬度過(guò)濾處理獲得的時(shí)，有這樣的情況，其中在集電弓形跡圖像的某些部分中檢測(cè)到不對(duì)應(yīng)于集電弓1的頂部位置的點(diǎn)。此情況發(fā)生于以下情況下，即，在二進(jìn)制線傳感器圖像上，例如架空線、絕緣體、或者用于懸掛架空線的線的與非集電弓1的物體對(duì)應(yīng)的部分具有和對(duì)應(yīng)于集電弓1的部分的寬度接近的寬度。具有接近寬度的部分在集電弓形跡圖像上保持為噪聲。因此，集電弓軌跡過(guò)濾部件34刪除此噪聲。
也就是，對(duì)應(yīng)于集電弓1的部分應(yīng)該存在以便在二進(jìn)制線傳感器圖像上延續(xù)固定寬度。因此，顯示集電弓1的頂部位置的點(diǎn)應(yīng)該存在，作為從存儲(chǔ)器31讀取的在集電弓形跡圖像上的連續(xù)曲線。通過(guò)對(duì)此進(jìn)行考慮，集電弓軌跡過(guò)濾部件34設(shè)置預(yù)定的長(zhǎng)度，以便判斷在集電弓軌跡圖像上的白點(diǎn)的序列是否對(duì)應(yīng)于集電弓1。然后，集電弓軌跡過(guò)濾部件34認(rèn)為在集電弓軌跡圖像上短于預(yù)定的長(zhǎng)度的點(diǎn)序列為噪聲。提請(qǐng)注意，點(diǎn)序列的長(zhǎng)度與關(guān)于集電弓軌跡圖像的時(shí)間系列方向的預(yù)定長(zhǎng)度相比較。相應(yīng)地，集電弓軌跡過(guò)濾部件34通過(guò)使所述點(diǎn)序列變?yōu)楹谏珌?lái)從集電弓軌跡圖像上刪除被當(dāng)作噪聲的點(diǎn)序列。然后，集電弓軌跡過(guò)濾部件34存儲(chǔ)這樣處理的集電弓軌跡圖像在存儲(chǔ)器31中。
(5)集電弓單點(diǎn)過(guò)濾處理～步驟S5～短的點(diǎn)序列可以通過(guò)步驟S4的集電弓軌跡過(guò)濾處理的噪聲刪除而作為噪聲從集電弓軌跡圖像中消除。然而，被判別為集電弓1的頂部位置的形跡的長(zhǎng)噪聲部分不能被消除。換句話說(shuō)，長(zhǎng)于或者等于上面提到的預(yù)定的長(zhǎng)度而不對(duì)應(yīng)于集電弓1的實(shí)際形跡的點(diǎn)序列不能從集電弓形跡圖像中刪除。因此在步驟S5，獨(dú)立于步驟S4的集電弓軌跡過(guò)濾處理，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35刪除長(zhǎng)的點(diǎn)序列的噪聲。
也就是說(shuō)，因?yàn)榧姽?應(yīng)該僅存在于線傳感器圖像上，因此顯示集電弓1的頂部位置的點(diǎn)應(yīng)該在線傳感器2的掃描線上是僅一個(gè)點(diǎn)。此外，通過(guò)步驟S3的集電弓寬度過(guò)濾處理檢測(cè)到的集電弓形跡圖像的形跡點(diǎn)中的多數(shù)是顯示(對(duì)應(yīng)于)集電弓1的實(shí)際頂部位置的點(diǎn)?？紤]上述事實(shí)，首先，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35計(jì)算在從存儲(chǔ)器31讀取的集電弓形跡圖像上所有形跡點(diǎn)關(guān)于線傳感器2的掃描線方向的平均位置。其次，如果所述集電弓形跡圖像在掃描線方向的一條線有兩個(gè)或者多個(gè)形跡點(diǎn)，也就是說(shuō)如果兩個(gè)或者多個(gè)白點(diǎn)存在于集電弓形跡圖像的一條線上；集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35在兩個(gè)或者多個(gè)形跡點(diǎn)中將最接近所計(jì)算的形跡點(diǎn)的平均位置的一個(gè)點(diǎn)認(rèn)為或者選擇作為對(duì)應(yīng)于集電弓1的實(shí)際頂部位置的點(diǎn)。并且，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35認(rèn)為在兩個(gè)或者多個(gè)形跡點(diǎn)中的其他點(diǎn)為噪聲。相應(yīng)地，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35保持最接近的點(diǎn)為白色，以及改變?cè)趦蓚€(gè)或者多個(gè)形跡點(diǎn)中的其他點(diǎn)為黑色。然后，集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35存儲(chǔ)這樣處理的集電弓形跡圖像在存儲(chǔ)器31中。
(6)集電弓實(shí)際高度計(jì)算～S6～集電弓實(shí)際高度計(jì)算部件36通過(guò)轉(zhuǎn)換(分析)從存儲(chǔ)器31讀取的集電弓形跡圖像來(lái)計(jì)算集電弓1的頂部的實(shí)際的三維高度。然后，集電弓實(shí)際高度計(jì)算部件36存儲(chǔ)所計(jì)算的高度在存儲(chǔ)器31中，作為集電弓1的高度數(shù)據(jù)。這里，用于計(jì)算所述高度的轉(zhuǎn)換是通過(guò)使用從線傳感器2的安裝的位置數(shù)據(jù)中獲得的投射轉(zhuǎn)換(projectivetransformation)來(lái)執(zhí)行的。提請(qǐng)注意的是，在本實(shí)施例中使用的所述投射轉(zhuǎn)換是公共熟知的轉(zhuǎn)換(方法)。
(7)集電弓加速度計(jì)算～步驟S9～集電弓加速度計(jì)算部件39通過(guò)對(duì)從存儲(chǔ)器31讀取的集電弓高度數(shù)據(jù)進(jìn)行二次微分來(lái)計(jì)算集電弓1的加速度。也就是說(shuō)，所述加速度是通過(guò)集電弓高度數(shù)據(jù)的二次微分(二次有限微分)計(jì)算的。然后，集電弓加速度計(jì)算部件39存儲(chǔ)所計(jì)算的加速度在存儲(chǔ)器31中，作為集電弓1的加速度數(shù)據(jù)。
在根據(jù)本實(shí)施例通過(guò)圖像處理的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中，線傳感器2拍攝的圖像被處理。相應(yīng)地，如在激光器(傳感器)方法中使用的機(jī)械掃描部件并不需要，因此，物體的快速運(yùn)動(dòng)可以被測(cè)量。此外，由于數(shù)據(jù)的采樣頻率可以被設(shè)置得高(即，采樣周期可以被設(shè)置得短)，用于計(jì)算加速度的高頻分量的測(cè)量可以被保證。另外在本實(shí)施例中，不需要準(zhǔn)備如在光切割傳感器方法中所準(zhǔn)備的用于接收從光發(fā)射器發(fā)射的帶狀光的特定照明環(huán)境。相應(yīng)地，所述集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的結(jié)果可以被簡(jiǎn)化，以及可以獲得集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的成本的降低。另外，在本實(shí)施例中，由于線傳感器2每個(gè)采樣僅拍攝(檢測(cè))一條線，因此，即使用于檢測(cè)的采樣頻率很高，與其中使用CCD照相機(jī)的方法相比，計(jì)算處理的增加可以被抑制的。類似地，與CCD照相機(jī)的方法相比，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量可以被減少。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中，不需要直接將傳感器安裝到集電弓1上。由于非接觸的測(cè)量是可能的，因此，不需要對(duì)固定組件、布線等的特殊處理。相應(yīng)地，與其中使用加速度傳感器的方法相比，根據(jù)本實(shí)施例的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置可以用較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而被使用。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中，通過(guò)步驟S3的集電弓寬度過(guò)濾處理，僅集電弓1的頂端部分的運(yùn)動(dòng)被檢測(cè)&測(cè)量。相應(yīng)地，由安裝在地面上并在車輛運(yùn)行期間相對(duì)于集電弓1高速運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)(障礙)引起的圖像的噪聲當(dāng)然可以被檢測(cè)和刪除。與早期技術(shù)的線檢測(cè)處理方法相比，可以輕易地檢測(cè)以及刪除這種噪聲和由于以下結(jié)構(gòu)引起的圖像噪聲，該結(jié)構(gòu)在集電弓1上以相對(duì)低的速度運(yùn)行(例如，架空線或者安裝在車輛上以及集電弓1附近的結(jié)構(gòu))。
在本實(shí)施例中，通過(guò)將下邊緣點(diǎn)保持為白色作為集電弓1的頂部位置，以及通過(guò)改變其他點(diǎn)為黑色，而創(chuàng)建集電弓形跡圖像。然而，根據(jù)本發(fā)明的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置并不限于此。例如，可以通過(guò)保持上邊緣點(diǎn)為白色作為集電弓1的底部位置，以及通過(guò)改變其他點(diǎn)為黑色，而創(chuàng)建集電弓形跡圖像。另外地，通過(guò)增加集電弓寬度至上邊緣點(diǎn)以及因而確定集電弓1的頂部位置，而創(chuàng)建集電弓形跡圖像。再有，在此修改的結(jié)構(gòu)中，可以獲得上面提到的優(yōu)點(diǎn)。
接著，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例中用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置現(xiàn)在將被說(shuō)明。
在第二實(shí)施例中，通過(guò)內(nèi)插處理部件37(步驟S7)的集電弓高度數(shù)據(jù)內(nèi)插處理被增加在上面提及的第一實(shí)施例的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中(被描述為基本概念)。如圖5以及6所示，在通過(guò)集電弓實(shí)際高度計(jì)算部件36執(zhí)行集電弓實(shí)際高度計(jì)算處理后，增加集電弓高度數(shù)據(jù)內(nèi)插(步驟S6)。在下面的描述中，關(guān)于與第一實(shí)施例相同的流程部分的解釋省略。
在步驟S7的集電弓高度數(shù)據(jù)內(nèi)插處理中，內(nèi)插處理部件37在步驟S6的集電弓實(shí)際高度計(jì)算后執(zhí)行下列處理。也就是說(shuō)，如果缺失數(shù)據(jù)(在實(shí)際檢測(cè)到的信號(hào)點(diǎn)之間的中間點(diǎn))存在于從存儲(chǔ)器31讀取的集電弓高度數(shù)據(jù)中，換句話說(shuō)，如果其寬度在預(yù)定寬度范圍內(nèi)的缺失數(shù)據(jù)存在于集電弓高度數(shù)據(jù)中；則內(nèi)插處理部件37通過(guò)使用該缺失數(shù)據(jù)部分的兩端的數(shù)據(jù)(點(diǎn))而對(duì)此缺失數(shù)據(jù)部分進(jìn)行內(nèi)插。因此，內(nèi)插處理部件37產(chǎn)生幾乎沒有缺失數(shù)據(jù)部分的集電弓高度數(shù)據(jù)。然后，內(nèi)插處理部件37存儲(chǔ)這樣處理的集電弓高度數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器31中。在本實(shí)施例中，多種內(nèi)插方法都是可行的，例如通過(guò)其兩端數(shù)據(jù)來(lái)線性地內(nèi)插缺失數(shù)據(jù)部分的方法(線性內(nèi)插)。
在根據(jù)本實(shí)施例的通過(guò)圖像處理的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中，內(nèi)插處理部件37可以防止或者糾正由于在線傳感器圖像產(chǎn)生時(shí)發(fā)生的線遺失(缺失線)而引起的缺失數(shù)據(jù)。而且，內(nèi)插處理部件37可以防止或者糾正在下面的情況下引起的集電弓形跡的缺失數(shù)據(jù)，所述情況即，架空線或者其他物體與集電弓1的線檢測(cè)測(cè)量部分交迭。因此，集電弓高度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)遺失可以被解決。
接著，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例中的用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置的配置現(xiàn)在將被說(shuō)明。

在第三實(shí)施例中，通過(guò)平滑處理部件38的集電弓高度數(shù)據(jù)平滑處理(步驟S8)被增加到上面提及的第二實(shí)施例的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中。如圖7以及8所示，所述集電弓高度數(shù)據(jù)平滑在通過(guò)內(nèi)插處理部件37執(zhí)行的集電弓高度數(shù)據(jù)內(nèi)插的處理(步驟S7)之后被執(zhí)行。關(guān)于和第二實(shí)施例相同的流程部分的說(shuō)明將在以下描述中被省略。
在步驟S8的集電弓數(shù)據(jù)平滑處理中，在步驟S7的集電弓高度數(shù)據(jù)內(nèi)插處理之后，平滑處理部件38執(zhí)行下列處理。也就是說(shuō)，平滑處理部件38消除從存儲(chǔ)器31讀取的集電弓高度數(shù)據(jù)中的(相對(duì)短周期或者高頻率的)噪聲。換句話說(shuō)，平滑處理部件38例如通過(guò)使用在集電弓高度數(shù)據(jù)的每個(gè)固定間隔內(nèi)的高度平均值來(lái)消除經(jīng)歷了內(nèi)插處理的集電弓高度數(shù)據(jù)的小的(即，短周期的)變化噪聲。因此，平滑處理部件38產(chǎn)生擁有平滑變化的集電弓高度數(shù)據(jù)，即，平滑集電弓高度數(shù)據(jù)。然后，平滑處理部件38存儲(chǔ)這樣處理的集電弓高度數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器31中。
在本實(shí)施例中，平滑處理在內(nèi)插處理之后執(zhí)行。然而，根據(jù)本發(fā)明的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置并不限于此。例如，平滑處理可以在內(nèi)插處理之前執(zhí)行。
在根據(jù)本實(shí)施例的通過(guò)圖像處理的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置中，由于在生成線傳感器圖像時(shí)引起的每條線的小偏移所產(chǎn)生的時(shí)間短周期噪聲分量可以通過(guò)平滑處理部件38的處理而被消除(吸收)。類似地，由于例如在車輛運(yùn)行期間的振動(dòng)的快速擺動(dòng)所產(chǎn)生的短期噪聲分量可以通過(guò)平滑處理部件38的處理而被消除。因此，可以獲得具有平滑上下移動(dòng)的集電弓高度數(shù)據(jù)。此外，對(duì)加速度的計(jì)算的噪聲影響可以被抑制。
應(yīng)當(dāng)注意，在上面描述的根據(jù)本發(fā)明的第一、第二以及第三實(shí)施例中，所述控制器包括線傳感器圖像產(chǎn)生部件21、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件32、集電弓寬度過(guò)濾部件33、集電弓軌跡過(guò)濾部件34、集電弓單點(diǎn)過(guò)濾部件35、集電弓實(shí)際高度計(jì)算部件36、內(nèi)插處理部件37、平滑處理部件38、以及集電弓加速度計(jì)算部件39。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明涉及集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量。具體地，本發(fā)明可應(yīng)用于通過(guò)圖像處理的集電弓運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置用于測(cè)量集電弓的高度和/或加速度。
本申請(qǐng)基于在先的日本專利申請(qǐng)2005-68793，申請(qǐng)日為2005年3月11日。所述日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
雖然本發(fā)明已經(jīng)在上文中參考本發(fā)明的特定實(shí)施例而被描述，但是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例。通過(guò)上面的教導(dǎo)，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，將可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改和改變。本發(fā)明的范圍通過(guò)參考下面的權(quán)利要求書而被定義。
權(quán)利要求
1.一種用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，包括線傳感器；線傳感器圖像產(chǎn)生部件，被配置用于通過(guò)使用從線傳感器獲得的圖像信號(hào)產(chǎn)生線傳感器圖像；二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件，被配置用于將線傳感器圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制線傳感器圖像，以允許通過(guò)線傳感器圖像的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換使對(duì)應(yīng)于集電弓的部分變成白色；以及過(guò)濾部件，被配置用于定義白點(diǎn)作為上邊緣點(diǎn)，在該作為上邊緣點(diǎn)的白點(diǎn)處，沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，象素從黑色變?yōu)榘咨约岸x白點(diǎn)作為下邊緣點(diǎn)，在該作為下邊緣點(diǎn)的白點(diǎn)處，沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，所述象素從白色變?yōu)楹谏?，被配置用于在沿著二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線的上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)之間的空間在預(yù)定的容限之內(nèi)的情況下，保持上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)中的一個(gè)為白色，并使得在二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線上的其它點(diǎn)變?yōu)楹谏?，以及被配置用于將在二進(jìn)制線傳感器圖像上的剩余的白點(diǎn)當(dāng)作集電弓的形跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括軌跡過(guò)濾部件，被配置用于作為噪聲從由過(guò)濾部件產(chǎn)生的形跡圖像中刪除短于預(yù)定長(zhǎng)度的白點(diǎn)序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，其中所述軌跡過(guò)濾部件被配置用于通過(guò)使短于預(yù)定長(zhǎng)度的白點(diǎn)序列變成黑色，而沿著所述形跡圖像的時(shí)間系列方向刪除所述白點(diǎn)序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括單點(diǎn)過(guò)濾部件，被配置用于在兩個(gè)或者多個(gè)白點(diǎn)存在于形跡圖像的一條線上的情況下，通過(guò)在線傳感器的掃描線方向中在存在于形跡圖像的一條線上的兩個(gè)或者多個(gè)白點(diǎn)中選擇單個(gè)點(diǎn)，而作為噪聲從由過(guò)濾部件產(chǎn)生的形跡圖像中刪除點(diǎn)序列，該點(diǎn)序列長(zhǎng)于或者等于預(yù)定長(zhǎng)度以及不對(duì)應(yīng)于集電弓的實(shí)際形跡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，其中所述單點(diǎn)過(guò)濾部件被配置用于在存在于形跡圖像的一條線上的兩個(gè)或者多個(gè)白點(diǎn)中選擇最接近于形跡圖像的所有白點(diǎn)的平均掃描線方向位置的單點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括高度計(jì)算部件，被配置用于根據(jù)由過(guò)濾部件產(chǎn)生的形跡圖像來(lái)計(jì)算集電弓的實(shí)際高度作為集電弓高度數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括內(nèi)插部件，被配置用于插入集電弓高度數(shù)據(jù)的缺失數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7之一的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括平滑部件，被配置用于平滑集電弓高度數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6和7之一的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置，還包括加速度計(jì)算部件，被配置用于由集電弓高度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算集電弓的加速度。
全文摘要
一種用于集電弓的運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置包括線傳感器；線傳感器圖像產(chǎn)生部件，使用從線傳感器獲得的圖像信號(hào)產(chǎn)生線傳感器圖像；二進(jìn)制轉(zhuǎn)換部件，將線傳感器圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制線傳感器圖像，以通過(guò)線傳感器圖像的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換使對(duì)應(yīng)集電弓部分成白色；及過(guò)濾部件，定義白點(diǎn)作為上邊緣點(diǎn)，在此處，沿二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，象素從黑色變?yōu)榘咨?，及定義白點(diǎn)作為下邊緣點(diǎn)，在此處，沿二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線，象素從白色變?yōu)楹谏?，用于在上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)之間的空間在預(yù)定的容限之內(nèi)的情況下，保持上邊緣點(diǎn)和下邊緣點(diǎn)之一為白色，并使在二進(jìn)制線傳感器圖像的每條線上的其它點(diǎn)為黑色，及用于將在二進(jìn)制線傳感器圖像上的剩余的白點(diǎn)當(dāng)作集電弓的形跡。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1841010SQ200610054780
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者木下信夫, 藤原伸行, 庭川誠(chéng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍, 九州旅客鐵道株式會(huì)社