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KR100811823B1 - 전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한기록매체 - Google Patents

전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한기록매체 Download PDF

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KR100811823B1
KR100811823B1 KR1020060053229A KR20060053229A KR100811823B1 KR 100811823 B1 KR100811823 B1 KR 100811823B1 KR 1020060053229 A KR1020060053229 A KR 1020060053229A KR 20060053229 A KR20060053229 A KR 20060053229A KR 100811823 B1 KR100811823 B1 KR 100811823B1
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장경영
박종국
김현철
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한양대학교 산학협력단
투아이시스(주)
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Abstract

본 발명은 전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 전차선에 광원을 조사하는 광원 소스 및 하나 이상의 이미지 센서를 포함하는 측정 장치에서 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법으로서, (a) 상기 하나 이상의 이미지 센서에서 캡쳐된 상기 전차선 이미지에 상응하는 하나 이상의 픽셀 데이터를 수신하는 단계; (b) 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 적은 부품을 사용하더라도 전차선의 높이 및 편위 측정의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
Figure R1020060053229
전차선, 픽셀, 서브 픽셀, 높이, 편위, 중심 위치, 레이저, 직선 조정

Description

전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE HEIGHT AND STAGGER FOR THE CONTACT WIRE FOR A ELECTRIC LOCOMOTIVES AND RECORD MEDIA THEREFOR}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전차선의 높이 및 편위 측정 장치의 내부 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계측부 상세 구성의 내부 블록도.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원형성 레이저를 이용한 전차선의 높이 및 편위 측정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선성 레이저 소스를 이용한 전차선의 높이 및 편위 측정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 라인 CCD에서 캡쳐된 전차선 이미지를 도시한 도면.
도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직선성 레이저를 이용하는 경우 영역 CCD에서 캡쳐된 전차선 이미지를 도시한 도면.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원형성 레이저를 이 용하는 경우, 영역 CCD에서 전차선의 중심 위치를 결정하는 과정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전차선의 중심 위치를 통해 높이 및 편위를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 측정 장치의 위치를 이동 시키면서 측정한 높이 및 편위에 관한 그래프.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명에 따른 각 장치 위치에서 결정된 높이 및 편위를 직선 조정한 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 과정의 순서도.
본 발명은 전차선의 높이 및 편위 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테레오 머신 비젼 기반으로 전차선의 높이 및 편위를 효율적으로 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전차선은 고속으로 운행하는 차량(전동차)에 전기를 안정적으로 공급하기 위해 선로 위에 전기선을 가설해 놓은 시설물이다.
일반적으로, 전동차는 마름모꼴의 집전 장치인 팬터그래프(pantograph)를 사용하는데, 이러한 팬터그래프와 전차선이 정확하게 접촉해야만 전동차가 안정하게 고속으로 운행할 수 있다.
따라서, 전차선의 시공과 유지 보수 작업 시, 전차선의 높이와 편위를 매우 정확하게 측정하고, 이를 최적 상태로 유지할 필요가 있다.
전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법은 측정 장치와 전차선의 접촉 여부 및 측정 장치를 설치하는 방법에 따라 분류된다.
측정 장치의 접촉 여부에 따라 접촉식과 비접촉식으로 구분될 수 있는데, 접촉식은 전차선의 높이 및 편위를 측정하기 위해 전차선에 측정 장치가 직접 접촉하는 방법이며, 비접촉식은 초음파 또는 레이저 신호를 전차선에 조사하고, 반사되어 오는 신호의 시간과 방향 등의 정보를 이용하여 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법이다.
측정 장치의 설치 방법에 따라 차상식과 궤도식으로 구분되며, 차상식은 전동차 위에 측정 장치를 설치하여 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방식으로서, OVH Wizard 제품이 차상식의 대표적인 예이다.
궤도식은 궤도(레일) 위에 측정 장치를 직접 취부하여 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방식이다.
종래기술에 따르면, 정밀도는 대략 5mm로써 높은 정확도를 가지고 전차선의 높이 및 편위에 대한 측정이 가능함을 알 수 있다.
그러나, 상기한 OVH Wizard와 같은 종래기술에 따른 측정 방법은 전차선의 높이 및 편위를 측정하기 위해 상당히 많은 부품을 필요로 하기 때문에 측정 장치의 제조 단가가 높으며 제어가 상당히 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 비접촉식 측정에 있어서, CCD(Charge-Coupled Device)의 픽 셀 단위로 전차선의 위치를 결정한 후에 전차선의 높이 및 편위를 측정하였는데, 이러한 경우 높은 정확도를 갖지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 적은 부품을 가지면서 전차선의 높이 및 편위를 측정할 수 있는 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 레이저의 성질과 이미지 센서의 형태에 따라 정확하게 각 이미지 센서 내에서 전차선의 중심 위치를 정확하게 산출할 수 있는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전차선의 중심 위치를 정확하게 결정하여 전차선의 높이 및 편위 측정에 있어서 정확도를 높일 수 있는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전차선에 광원을 조사하는 광원 소스 및 하나 이상의 이미지 센서를 포함하는 측정 장치에서 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법으로서, (a) 상기 하나 이상의 이미지 센서에서 캡쳐된 상기 전차선 이미지에 상응하는 하나 이상의 픽셀 데이터를 수신하는 단계; (b) 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차 선의 중심 위치를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 광원 소스는 원형성 또는 직선성 중 적어도 하나에 해당하는 레이저를 조사하는 레이저 소스일 수 있다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 이미지 센서는 복수의 단위 픽셀이 라인 또는 영역 형태 중 적어도 하나로 배치되는 CCD 센서인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 (b) 단계는 상기 복수의 단위 픽셀이 라인 형태인 경우, 가로 방향으로 인접한 픽셀에 캡쳐되는 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 기반으로 상기 전차선의 중심 위치를 서브 픽셀 단위로 결정할 수 있다.
상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 광원 소스가 직선성인 경우, 가로, 세로 방향으로 인접한 픽셀에 캡쳐되는 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 기반으로 상기 전차선의 중심 위치를 서브 픽셀 단위로 결정할 수 있다.
상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 광원 소스가 원형성인 경우, 상기 하나 이상의 픽셀 데이터를 직선 조정하는 단계; 및 상기 직선 조정된 데이터와 상기 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 (b) 단계는 상기 교점을 상기 전차선의 중심 위치로 결정할 수 있다.
본 발명은 상기 측정 장치의 다음 구간으로 이동시키는 단계; 상기 이동된 구간에서 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복 수행하는 단계; 및 미리 설정된 개수의 구간에서의 높이 및 편위 측정이 완료되는 경우, 상기 각 구간에서 높이 및 편위 값을 직선 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전차선의 높이 및 편위를 측정하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, (a) 하나 이상의 이미지 센서에서 캡쳐된 상기 전차선 이미지에 상응하는 하나 이상의 픽셀 데이터를 수신하는 단계; (b) 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 장치에 있어서, 상기 전차선에서 광원을 조사하는 광원 소스; 상기 광원에 의해 상기 전차선이 반사하는 빛 신호를 캡쳐하여 상기 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 출력하는 하나 이상의 이미지 센서; 및 상기 픽셀 데이터를 이용하여 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 중심 위치 결정부; 및 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치가 제공된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전차선의 높이 및 편위 측정 방법, 장치 및 이를 위한 기록매체에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명 한다.
본 발명은 하나 이상의 이미지 센서를 이용하여 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법을 제안하는 것으로서, 본 발명에 따른 방법은 미리 설정된 프로그램이 내장된 메모리 칩을 이용하여 구현될 수 있으며, 이와 달리 소정의 어플리케이션 프로그램을 통해 소프트웨어적으로 구현될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전차선의 높이 및 편위 측정 장치의 내부 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전차선의 높이 및 편위 측정 장치는 하나 이상의 CCD 센서(100, 102), 레이저 소스(104), 계측부(106), 메모리(108), 제어부(110) 및 디스플레이부(112)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 측정 장치는 하나 이상의 CCD 센서를 제공하여 스테레오 머신 비젼 방식으로 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 것으로서, 바람직하게 본 발명에 따른 장치는 전술한 전차선의 높이 및 편위 측정 방식 중 비접촉식 및 궤도식 측정 방식에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 측정 장치는 하나 이상의 CCD 센서(100, 102)를 구비한다.
CCD 센서는 피사체, 즉 전차선에 관한 빛 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 것으로서, 도 1에서는 CCD 센서를 예로 들어 설명할 것이나, 이는 일예에 불과하며, CCD 센서 외에 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 등 다른 이미지 센서가 사용될 수 있을 것이다.
CCD 센서는 각 픽셀에 축적된 전하를 전압으로 변환하고, 그것을 버퍼링하여 CCD 칩의 외부로 출력하는 공통 출력 구조를 가진다. 한편, CMOS는 픽셀 수만큼의 금속산화반도체를 만들고, 이것을 이용하여 전하-전압 변환을 각 픽셀에서 수행한다는 점에서 차이가 있다.
이들 이미지 센서에서 CCD는 노이즈가 적고, 선명한 화질의 표현이 가능하며, 미세한 표현과 섬세한 색상 구분이 가능하다는 점에서 장점이 있다. CMOS는 CCD에 비해 저전력 구동이 가능하며, 구동 방식이 간단하며, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 많은 픽셀 수를 요구하지 않고, 복잡한 피사체가 아닌 전차선의 이미지를 캡쳐한다는 점에서 노이즈가 적고 미세 표현이 가능한 CCD 센서를 이용하나, 그밖에 다른 이미지 센서가 사용 가능할 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다.
CCD 센서는 복수의 단위 픽셀이 소정 형태로 배치되는데, 본 발명에 따른 CCD 센서는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀이 1차원으로 배열되는 라인 형태를 가질 수 있으며, 도 5와 도 6a에 도시된 바와 같이 2차원으로 배열되는 영역 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, CCD 센서(100, 102)가 적어도 2개가 제공되는데, 각각의 CCD 센서(100, 102)는 레이저 소스(104)가 전차선으로 조사한 레이저에 의한 전차선 이미지를 캡쳐한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 소스(104)는 CCD 센서(100, 102) 에서 전차선의 이미지를 캡쳐할 수 있도록 하는 광원을 제공한다. 도 1은 레이저 소스(104)를 도시하고 있으나, 이에 한정됨이 없이 광원을 제공하는 다양한 광원 소스가 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
한편, 본 발명에 따르면, 레이저 소스(104)가 조사하는 레이저는 도 3a에 도시된 바와 같이, 원형성 레이저일 수 있으며, 도 3b에 도시된 바와 같이, 직선성 레이저일 수 있다.
만일, 레이저가 직선성을 가지며 CCD 센서의 형태가 라인인 경우에는 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 가로 방향으로 인접한 픽셀에서 전차선의 이미지가 캡쳐된다. 그러나, 레이저가 직선성을 가지며 CCD 센서의 형태가 영역인 경우와 레이저가 원형성을 가지며 CCD 센서의 형태가 영역인 경우에는 각각 도 5, 6a에 도시된 바와 같이, 가로 및 세로 방향의 전 방향 픽셀에 전차선의 이미지가 캡쳐될 수 있다.
실제 전차선 촬영 현장에는 전차선 위에 다른 전선들이 있기 때문에 CCD에 전차선만이 촬영되기 힘들다. 따라서 전차선의 중심위치를 결정하기 전에 CCD에 촬영된 영상에서 어떠한 것이 전차선인지를 판별하는 과정이 필요하다. 이 때 다양한 방법이 사용될 수 있지만 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 카메라의 중심을 연결하는 선상보다 앞이나 뒤(예를 들어, 50cm 정도)에 레이저를 위치시킨다. 이는 전차선이 다른 선들 중에서 가장 아래에 위치해 있다는 정보를 이용하기 위함이다.
이렇게 레이저 소스를 카메라 중심을 연결하는 선에서 앞이나 뒤로 빼서 전 차선에 조사할 경우, 촬영된 영상을 보면 전차선이 가장 아래에 촬영된다. 이는 위에서도 언급하였듯이 전차선이 선들 중에서 가장 아래에 위치해 있기 때문이다. 다만 본 방법은 CCD의 형태가 영역이고 촬영 레이저가 직선성인 경우에만 적용될 수 있다. 이 외의 경우에서는 다른 방법을 이용해서 전차선을 찾아야 할 것이다.
레이저 조사에 의해 각 CCD 센서(100, 102)에서 전차선의 이미지를 캡쳐하는 경우, 각 CCD 센서(100, 102)는 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 계측부(106)로 출력한다.
본 발명에 따른 계측부는 도 2에 도시된 바와 같이, 픽셀 데이터 수신부(200), 중심 위치 결정부(202) 및 계산부(204)를 포함할 수 있다.
픽셀 데이터 수신부(200)는 각 CCD 센서(100, 102)에서 캡쳐된 전차선의 픽셀 데이터를 수신하며, 중심 위치 결정부(202)는 각 CCD 센서(100, 102)에서 전차선의 중심 위치를 서브 픽셀 단위로 결정한다.
각 CCD 센서(100, 102)에서 전차선(10)의 중심 위치는 도 3a 내지 도 3b의 c1, c2로 표시될 수 있다.
전차선의 중심 위치는 레이저의 성질과 CCD 센서의 형태에 따라 다양한 방법으로 결정될 수 있다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, CCD 센서가 라인 형태인 경우에 대하여 설명한다.
CCD 센서가 라인 형태인 경우에는 레이저가 원형성 또는 직선성 레이저인지에 관계 없이 가로 방향으로 인접한 픽셀에 전차선의 이미지가 캡쳐된다.
이때, 가로 방향으로 인접한 픽셀 각각은 전차선 이미지에 관한 휘도 정보를 포함하고 있다.
예를 들어, 도 4a에서, 전차선 이미지가 캡쳐된 각 픽셀의 휘도 값(픽셀 데이터)은 50, 100, 80인 경우, 본 발명에 따른 중심 위치 결정부는 단순히 중심에 위치한 픽셀 아니라 상기한 픽셀 데이터를 이용하여 서브 픽셀 단위로 중심 위치를 결정하게 된다.
여기서, 서브 픽셀 단위는 하나의 픽셀을 가로 방향으로 소정 등분한 단위일 수 있다.
서브 픽셀 방법으로는 프로파일을 이용하는 방법, 에지 기반 방법, 직선, 곡선, 면적 및 체적 기반 방법 등이 있다. 이를 이용하면 전차선의 중심 위치가 영상을 촬영하는 카메라의 픽셀 단위로 계산되는 정밀도 보다 더욱 정밀하게 중심 위치를 구할 수 있다. 서브 픽셀 방법은 이미 공지된 것으로서, 당업자에게 자명한 사항인 바, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
레이저가 직선성이고, 영역 형태의 CCD 센서(100, 102)에 있어서, 전차선의 이미지는 도 5에 도시된 바와 같이, 가로 및 세로 방향의 복수의 픽셀에 존재할 수 있다. 이때 가로, 세로 방향으로 인접한 픽셀로부터 전차선의 중심위치를 구하는 방법은 위에서 설명한 바와 같다. 다만 직선 형태의 CCD 센서(100, 102)와는 달리 세로 방향의 중심 위치를 구하고 이를 전차선의 중심위치 결정에 사용한다는 것에서 차이가 있다.
그러나, CCD 센서(100, 102)가 영역 형태이고, 원형성 레이저가 사용되는 경 우에는 상기한 방법과 다른 방법으로 전차선의 중심 위치가 결정될 수 있다.
레이저가 원형성이고, 영역 형태의 CCD 센서(100, 102)에 있어서, 전차선의 이미지는 도 6a에 도시된 바와 같이, 가로 및 세로 방향의 복수의 픽셀에 존재할 수 있다.
전차선 이미지가 캡쳐되는 경우, 중심 위치 결정부(202)는 직선 조정을 통해 서브 픽셀 단위로 전차선의 중심 위치를 결정한다.
우선 중심 위치 결정부(202)는 직선 조정을 위해, 도 6a에 도시된 바와 같이, 전차선의 이미지가 존재하는 복수의 픽셀을 선택하는 과정을 수행한다.
복수의 픽셀 선택 후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 직선 조정 과정을 수행한다.
직선 조정 과정은 이미 공지된 것으로서, 당업자에게 자명한 사항인 바, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 측정 장치는 비접촉식 및 궤도식 측정 방식을 따를 수 있는데, 중심 위치 결정부(202)는 각 CCD 센서(100, 102)에 대해 도 6c와 같은 조정된 직선과 궤도상에서의 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 전차선의 중심 위치로 결정하게 된다.
여기서, 상기한 교점은 픽셀 단위가 아닌 서브 픽셀 단위의 갖게 된다.
예를 들어, 상기한 교점은 하나의 픽셀을 가로 및 세로 방향으로 소정 등분한 영역 중에서 하나의 값을 가질 수 있으며, 이처럼 전차선의 중심 위치를 세분화하여 결정하기 때문에 전차선의 높이 및 편위를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
레이저의 성질 및 CCD 센서에서의 픽셀 배치에 따라 다양한 방법으로 중심 위치를 결정한 후에 본 발명에 따른 계산부는 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 과정을 수행한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전차선의 중심 위치를 통해 높이 및 편위를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서 X는 전차선의 위치, dl, dr은 각 CCD 센서(100, 102)에서 전차선의 중심 위치로 결정된 지점과 CCD 센서의 중심점과의 거리차이며, f는 CCD 센서의 중심점에서 X와 dl 및 dr을 연결하는 직선으로의 수직 거리이다.
본 발명에 있어서, 상기한 변수들은 서브 픽셀 단위로 결정된 전차선의 중심 위치를 통해 결정되는 것이므로, 종래에 비해 보다 정확한 값으로 결정될 수 있다.
또한, O는 전차선의 기준점으로서, 레이저 소스가 위치하는 지점에 해당되며, L은 각 CCD 센서의 중심점 사이의 직선 거리이다.
본 발명에 따른 계산부(204)는 상기에서 결정된 중심 위치를 이용하여 상기한 dl, dr 및 f를 결정한 후에 하기의 수학식 1 및 수학식 2을 이용하여 전차선의 높이(h) 및 편위(s)를 계산한다.
Figure 112006041441251-pat00001
Figure 112006041441251-pat00002
본 발명에 따른 계산부(204)에서 계산된 전차선의 높이 및 편위는 메모리(108)에 저장되며, 경우에 따라 디스플레이부(112)를 통해 출력된다.
제어부(110)는 레이저 소스(104)의 레이저 조사, 복수의 CCD 센서(100, 102)의 전차선 이미지 캡쳐 및 계측부(108)에서의 계산 과정을 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 전차선의 높이 및 편위 측정 장치는 미리 설정된 구간마다 상기한 과정을 반복 수행할 수 있다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 측정 장치의 위치를 이동 시키면서 측정한 높이 및 편위에 관한 그래프로서, 도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같이, 측정 장치의 위치를 s1에서 s5까지 이동시키면서 레이저 조사, 전차선 이미지 캡쳐 및 각 구간 위치에서의 전차선의 높이 및 편위 측정을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 구간에서의 전차선의 높이 및 편위는 메모리(108)에 저장되는데, 본 발명에 따르면, 도 9a와 같이 도시된 각 구간에서의 높이 및 편위 값은 도 9b와 같이 직선 조정될 수 있다.
이와 같은 직성 조정에 의해 전체 측정 구간에서의 전차선의 높이 및 편위를 더욱 정확하게 산출할 수 있으며, 아울러 작업자는 직선 조정된 정보를 확인함으로써 전체 구간에서의 높이 및 편위에 관한 정보를 한눈에 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 과정의 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 소스(104)는 전차선으로 레이저를 조사하며(단계 1000), 각 CCD 센서(100, 102)는 레이저에 의해 반사되는 조명을 통해 전차선의 이미지를 캡쳐한다(단계 1002).
본 발명에 따른 계측부(106)는 각 CCD 센서에서 캡쳐된 픽셀 데이터를 수신하며(단계 1004), 각 CCD 센서에 대해 전차선의 중심 위치를 결정하는 과정을 수행한다(단계 1006).
전차선의 중심 위치 결정에 있어서, 본 발명에 따른 계측부(106)는 픽셀 데이터를 이용하여 서브 픽셀 단위로 전차선의 중심 위치를 결정한다.
CCD 센서가 라인 형태인 경우에는 전차선 이미지를 캡쳐한 각 픽셀의 데이터를 기반으로 서브 픽셀 단위로 전차선의 중심 위치로 결정한다.
상기한 결정 방식은 직선성을 갖는 레이저와 영역 형태의 CCD 센서를 사용하는 경우에도 그대로 적용될 수 있다.
한편, 원형성을 갖는 레이저와 영역 형태의 CCD 센서를 사용하는 경우, 계측부(106)는 전차선 이미지가 존재하는 복수의 픽셀을 선택한 후, 직선 조정을 수행하며, 상기와 같이 조정된 직선과 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 전차선의 중 심 위치로 결정한다.
전차선의 중심 위치가 결정된 후, 계측부(106)는 전차선의 높이 및 편위를 계산한다(단계 1008).
상기와 같이 계산된 수치는 메모리(108)에 저장되며, 미리 설정된 구간에서 측정이 종료되는지를 판단하고(단계 1010), 측정이 종료되지 않은 경우, 본 발명에 따른 측정 장치는 다음 구간으로 이동한 후, 상기한 단계(단계 1000 내지 단계 1008)를 반복 수행한다.
미리 설정된 구간에서의 측정 과정이 모두 완료되는 경우, 본 발명에 따른 측정 장치는 각 구간에서의 높이 및 편위 데이터를 직선 조정하여(단계 1012), 전체 측정 구간에서의 전차선의 높이 및 편위 정보를 보다 정확하게 산출할 수 있도록 한다.
이후, 총 작업 구간에서의 작업 수행이 완료되는지를 판단한 후, 모든 구간에서의 전차선의 높이 및 편위 측정이 완료되면 작업을 종료한다(단계 1014).
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전차선의 높이 및 편위를 적 어도 2개의 이미지 센서, 광원 소스를 이용하여 스테레오 머신 비젼 기반으로 측정하기 때문에 적은 부품으로 전차선의 높이 및 편위 측정이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전차선의 높이 및 편위를 계산하는데, 중요한 인자가 되는 각 CCD 센서에서의 전차선 중심 위치를 서브 픽셀 단위로 결정하기 때문에 높이 및 편위 계산의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 구간에서 계산 과정을 반복 수행함으로써 최적의 전차 선로를 유지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 전차선에 광원을 조사하는 광원 소스 및 하나 이상의 이미지 센서를 포함하는 측정 장치에서 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 방법으로서,
    (a) 복수의 단위 픽셀이 라인 또는 영역 형태 중 적어도 하나로 배치되는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서인 상기 하나 이상의 이미지 센서에서 캡쳐된 상기 전차선 이미지에 상응하는 하나 이상의 픽셀 데이터를 수신하는 단계;
    (b) 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 레이저가 원형성인 경우,
    상기 하나 이상의 픽셀 데이터를 직선 조정하는 단계; 및
    상기 직선 조정된 데이터와 상기 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 (b) 단계는 상기 교점을 상기 전차선의 중심 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원 소스는 원형성 또는 직선성 중 적어도 하나에 해당하는 레이저를 조사하는 레이저 소스인 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 복수의 단위 픽셀이 라인 형태인 경우, 또는 상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 레이져가 직선성인 경우, 가로 방향으로 인접한 픽셀에 캡쳐되는 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 기반으로 상기 전차선의 중심 위치를 서브 픽셀 단위로 결정하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정 장치의 다음 구간으로 이동시키는 단계;
    상기 이동된 구간에서 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복 수행하는 단계; 및
    미리 설정된 개수의 구간에서의 높이 및 편위 측정이 완료되는 경우, 상기 각 구간에서 높이 및 편위 값을 직선 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 방법.
  7. 전차선의 높이 및 편위를 측정하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서,
    (a) 복수의 단위 픽셀이 라인 또는 영역 형태 중 적어도 하나로 배치되는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서인 하나 이상의 이미지 센서에서 캡쳐된 상기 전차선 이미지에 상응하는 하나 이상의 픽셀 데이터를 수신하는 단계;
    (b) 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 단계를 수행하되,
    상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 레이저가 원형성인 경우,
    상기 하나 이상의 픽셀 데이터를 직선 조정하는 단계; 및
    상기 직선 조정된 데이터와 상기 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 결정하는 단계를 더 수행하되,
    상기 (b) 단계는 상기 교점을 상기 전차선의 중심 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  8. 전차선의 높이 및 편위를 측정하는 장치에 있어서,
    상기 전차선에서 광원을 조사하는 광원 소스;
    복수의 단위 픽셀이 라인 또는 영역 형태 중 적어도 하나로 배치되는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서이고, 상기 광원에 의해 상기 전차선이 반사하는 빛 신호를 캡쳐하여 상기 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 출력하는 하나 이상의 이미지 센서; 및
    상기 픽셀 데이터를 이용하여 각 이미지 센서에 대해 서브 픽셀 단위로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 중심 위치 결정부; 및
    상기 결정된 전차선의 중심 위치를 이용하여 상기 전차선의 높이 및 편위를 계산하는 계산부를 포함하되,
    상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 레이져가 원형성인 경우, 상기 중심 위치 결정부는 상기 하나 이상의 픽셀 데이터를 직선 조정하고, 상기 조정된 직선과 상기 측정 장치의 현재 위치와의 교점을 상기 전차선의 중심 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원 소스는 원형성 또는 직선성 중 적어도 하나에 해당하는 레이저를 조사하는 레이저 소스인 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 단위 픽셀이 라인 형태인 경우, 또는 상기 복수의 단위 픽셀이 영역 형태이고 레이져가 직선성인 경우, 가로 방향으로 인접한 픽셀에 캡쳐되는 전차선 이미지에 상응하는 픽셀 데이터를 기반으로 상기 전차선의 중심 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    미리 설정된 개수의 구간에서 계산된 복수의 전차선의 높이 및 편위 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하되,
    상기 복수의 높이 및 편위 데이터는 직선 조정되어 상기 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 광원 소스는 상기 하나 이상의 이미지 센서를 연결하는 중심 선보다 앞서서 배치되는 것을 특징으로 하는 전차선의 높이 및 편위 측정 장치.
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