一种轨道机车超视距影像图传系统的制作方法

1.本发明涉及火车驾驶技术领域，特别涉及一种轨道机车超视距影像图传系统。


背景技术：

2.目前，在轨道交通技术领域，火车属于大众化的轨道交通设备，而且我们也经常见到火车可能存在两个火车头，平时火车运行的时候，我们只是通过头部的火车头拉动火车运行，尾部的火车头不做任何作用。而在进行上坡时，一般需要头车尾和火车头同时带动火车运行爬坡，此时，因为需要同步带动火车运行，尾部火车头推动火车运行，头部火车头拉动火车运行。火车头和火车尾都是由火车司机进行人工操作。但是，在这种情况下，火车尾部的火车司机，无法看到前面的火车头和车厢的情况，造成了视野的缺失。
3.在实际情况中，火车尾部的火车司机将头伸出窗外观察前行方向的具体情况。而此时，对于火车尾部的火车司机来说，产生了一个信息不对称的现象。而且，因为火车尾部的司机因为头部要伸出窗外，还需要操作火车，对火车司机操作火车带来了巨大障碍，又要操作又要观察，容易操作失误。而且头部伸出窗外，在冰雹、下雨或者黄沙等天气，对于火车尾部司机的身体存在巨大的伤害的同时，观察也不准确，甚至不敢去观察。因此，需要一种超视距的同步场景传输系统，帮助火车尾部的货车驾驶员能够更加方便的观察火车。


技术实现要素：

4.本发明提供一种轨道机车超视距影像图传系统，用以解决上述情况。
5.一种轨道机车超视距影像图传系统，包括：
6.影像采集模块：用于通过火车头部预设的高清影像摄像机，拍摄火车运行方向的场景，生成场景视频，并对所述场景视频进行时间标记；
7.中继传输模块：用于通过移动通信网络和火车上预设的中继天线构建火车头头部的高清数据采集模块与尾部同步传输模块之间的中继传输通道；
8.尾部同步传输模块：用于分别获取通过移动通信网络传输的场景视频的时间标记和通过中继天线传输的场景视频的时间标记，并将进行时间标记后的场景视频传输至火车头尾部驾驶员的终端设备中，并在所述时间标记在所述时间标记相同时，对所述场景视频进行播放。
9.作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
10.部署单元：用于按照至少两台摄像机组成一个摄像机组合的方式，将部署于火车头部的多台摄像机组合成至少一个摄影单元；
11.采集单元：获取摄影单元在每个采集周期采集的二维影像图，并对当前摄像机组合在当前采集周期中依次采集的多帧二维影像图；
12.图像处理单元：用于对所述多帧二维影像图提取前景，得到多个二维前景图像；将所述多个二维前景图像投影至三维空间中，得到多个三维前景图像；其中，当前采集周期的各个采集时刻、所述多帧二维影像图、所述多个二维前景图像和所述多个三维前景图像具
有一一对应的关系；
13.计算单元，用于计算所述场景视频中没帧图像在所述多个二维前景图像中所对应位置的变化情况；其中，所述场景视频中的点为所述二维前景图像中的每个二维前景点在场景视频中对应的点；所述二维前景点为所述二维前景图像中的像素点；
14.影像变化单元：用于根据场景视频中的点在所述多个二维前景图像中所对应位置的变化情况，以及根据所述二维前景图像与所述三维前景图像之间的对应关系，计算场景视频中的点在所述多个三维前景图像中所对应位置的变化情况；
15.三维融合单元：用于针对当前采集周期的各个采集时刻，按照将对应于场景视频中相同点的全部三维前景点融合成为一个三维融合前景点的规则，将同一采集时刻所述监控现场各个摄像机组合对应的三维前景图像中的三维前景点进行融合处理，将融合后得到的全部三维融合前景点组合在一起，形成该采集时刻的三维融合前景图；其中，所述三维前景点为所述三维前景图像的像素点；
16.三维变化单元：用于根据场景视频中的点在所述多个三维前景图像中所对应位置的变化情况，以及根据每个三维融合前景点与融合成每个三维融合前景点的各个三维前景点的对应关系，计算场景视频中的点在当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图中所对应位置的变化情况；
17.场景分布单元：用于根据当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图，以及场景视频中的点在当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图中所对应位置的变化情况，确定目标对象，以及确定所述目标对象的空间分布特征和运行分布特征。
18.作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
19.全景播放单元：用于通过所述高清影像摄像机进行360
°
全景影像的同步采集；
20.影像映射单元：用于将所述360
°
全景影像进行空间映射，转换为空间数据；其种，
21.所述映射通过下式进行映射：
[0022][0023][0024]
其中，h为图场景视频种场景的高度，f为高清影像摄像机的归一化焦距，为高清影像摄像机对水平面的倾斜角；α为图像坐标的横坐标；v为图像坐标的纵坐标；x为实际坐标的横坐标；y为实际坐标的纵坐标。
[0025]
作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
[0026]
动态数据获取模块：用于建立轨道车辆和高清影像摄像机的唯一数据传输通道，其中，
[0027]
所述高清影像摄像机和所述轨道车辆之间具有动态数据传输规则，所述高清影像摄像机根据所述动态数据传输规则对所述场景视频进行实时更新；
[0028]
数据验证模块：用于通过高清影像摄像机获取实时的场景动态变化数据，并通过所述实时的场景动态变化数据验证所述场景视频是否正确。
[0029]
作为本发明的一种实施例：所述中继模块包括：
[0030]
移动通信单元：用于通过移动通信网络构建所述场景视频传输的移动网络传输通道；
[0031]
中级传输单元：用于通过多组阵列式排布的中继天线构建所述场景视频传输的中继传输通道。
[0032]
作为本发明的一种实施例：所述中继模块还包括：
[0033]
识别单元：用于对所述场景视频中每帧图像类型信息进行识别，并根据每帧图像的图像类型，并将不同类型的图像以不同的数据传输通道进行传输；
[0034]
接口单元：用于在所述高清摄像机和所述火车头尾部的驾驶员的终端设备建立视频传输接口，获取所述驾驶员的终端设备的场景视频的接口信息；
[0035]
标注单元：用于接收所述场景视频为并为所述场景视频进行标注；所述标注包括：时间标注和元素标注；
[0036]
统计单元：用于对各个场景视频中的数据进行汇总统计，得到每个数据项信息下的最优数据参数字段信息。
[0037]
作为本发明的一种实施例：所述尾部同步传输模块包括：
[0038]
第一获取单元：用于接收通过所述移动通信网络传输的场景视频，并根据所述场景视频中时间标记确定第一时间信息；
[0039]
第二获取单元：用于接收通过所述中继天线传输的场景视频，并根据所述场景视频中时间标记确定第二时间信息；
[0040]
判断单元：用于分别确定所述第一时间和第二时间相的时间节点，并将所述第一时间信息的时间节点和第二时间的时间节点相对应，在所述第一时间节点和第二时间节点对应后，将所述场景视频同步传输至火车头尾部驾驶员的终端设备中，并进行播放。
[0041]
作为本发明的一种实施例：所述尾部同步传输模块还包括：
[0042]
异常判断单元：用于通过所述中继天线的cpu处理器，对所述场景视频进行视频完整性检测，并将根据检测结果，确定异常值；
[0043]
空间调用单元：用于调取任意时间段的场景视频的分析角差、比差、介质损耗与场景视频的三维关系；
[0044]
趋势预测单元：用于根据所述场景视频的角差、比差、介质损耗进行场景视频的趋势预测；
[0045]
传输损耗判断单元：用于根据所述中继天线的电压、电流值进行电量计算，并确定传输损失；
[0046]
修正单元：用于根据所述传输损失，对传输至火车头尾部驾驶员的终端设备的场景视频进行修正。
[0047]
作为本发明的一种实施例：所述异常判断单元确定异常值包括如下步骤：
[0048]
步骤1：获取场景视频的时间标记，建立场景视频的时序图；其中，
[0049]
所述时序图的横坐标为时刻；所述时序图的纵坐标为视频特征；
[0050]
步骤2：根据所述时序图，建立场景视频的自相关函数：
[0051][0052]
其中，c
k
表示场景视频的自相关函数；a
t
表示场景视频在t时刻的视频特征；a
t
‑
k
表示场景视频在t
‑
k时刻的视频特征，k∈n，k为时间自变量；cov表示协方差；da
t
表示场景视频在t时刻时，场景视频的完整度；da
t
‑
k
表示场景视频在t
‑
k时刻时，场景视频的完整度；
[0053]
步骤3：根据所述自相关函数，确定场景视频的异常值：
[0054][0055]
其中，y表示异常值；当自相关函数为1时，异常值也为1；当自相关函数大于1时，异常值也大于1。
[0056]
作为本发明的一种实施例：所述修正单元对场景视频进行修正，包括如下步骤：
[0057]
步骤s1：获取所述场景视频，确定场景视频的均方根：
[0058][0059]
其中，s表示场景视频的均方根；t表示场景视频的时常；表示场景视频的特征均值；
[0060]
步骤s2：根据所述均方根和传输损失，通过下式确定场景视频的补偿值：
[0061][0062]
其中，g(a
t
，q)表示场景视频在t时刻与传输损失的关联度；q表示传输损失的损失参数；y
t
表示场景视频在t时刻的视频元素完整度；
[0063]
步骤s3：根据所述补偿值，对原场景视频进行修正：
[0064][0065]
其中，z表示修正后的场景视频的累加和的补偿修正值。
[0066]
本发明的有益效果在于：本发明能够在双头火车进行上坡时，或者其它需要前后驾驶员进行同步控制火车进行运行时，能够让火车尾部的驾驶员观察到火车的行驶的场景视频，通过这些场景视频帮助火车尾部的驾驶员在驾驶室内进行观察火车行驶的场景，起到超视距观察的作用，防止火车驾驶员头部深处车窗外去观察，行驶场景。
[0067]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0068]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0069]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0070]
图1为本发明实施例中一种轨道机车超视距影像图传系统的系统组成图。
具体实施方式
[0071]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0072]
如附图1所示，本发明为一种轨道机车超视距影像图传系统，包括：
[0073]
影像采集模块：用于通过火车头部预设的高清影像摄像机，拍摄火车运行方向的场景，生成场景视频，并对所述场景视频进行时间标记；
[0074]
中继传输模块：用于通过移动通信网络和火车上预设的中继天线构建火车头头部的高清数据采集模块与尾部同步传输模块之间的中继传输通道；
[0075]
尾部同步传输模块：用于分别获取通过移动通信网络传输的场景视频的时间标记和通过中继天线传输的场景视频的时间标记，并将进行时间标记后的场景视频传输至火车头尾部驾驶员的终端设备中，并在所述时间标记在所述时间标记相同时，对所述场景视频进行播放。
[0076]
本发明的有益效果在于：本发明能够在双头火车进行上坡时，或者其它需要前后驾驶员进行同步控制火车进行运行时，能够让火车尾部的驾驶员观察到火车的行驶的场景视频，通过这些场景视频帮助火车尾部的驾驶员在驾驶室内进行观察火车行驶的场景，起到超视距观察的作用，防止火车驾驶员头部深处车窗外去观察，行驶场景。
[0077]
作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
[0078]
部署单元：用于按照至少两台摄像机组成一个摄像机组合的方式，将部署于火车头部的多台摄像机组合成至少一个摄影单元；
[0079]
多台摄像机组合是为了能够拍摄到一个完整的场景视频。
[0080]
采集单元：获取摄影单元在每个采集周期采集的二维影像图，并对当前摄像机组合在当前采集周期中依次采集的多帧二维影像图；
[0081]
为了保证数据获取的全面性，本发明设置了周期性采集方式和多帧采集方式。
[0082]
图像处理单元：用于对所述多帧二维影像图提取前景，得到多个二维前景图像；将所述多个二维前景图像投影至三维空间中，得到多个三维前景图像；其中，当前采集周期的各个采集时刻、所述多帧二维影像图、所述多个二维前景图像和所述多个三维前景图像具有一一对应的关系；本发明因为获取的是视频，所以在获取图像的时候，会基于空间坐标系实现逐轴堆成获取，保证数据完整性。
[0083]
计算单元，用于计算所述场景视频中没帧图像在所述多个二维前景图像中所对应位置的变化情况；其中，所述场景视频中的点为所述二维前景图像中的每个二维前景点在场景视频中对应的点；所述二维前景点为所述二维前景图像中的像素点；计算单元在进行变化情况计算的时候，采用像素点对应的方式进行计算，如果像素点不同，表示采集的数据错误。
[0084]
影像变化单元：用于根据场景视频中的点在所述多个二维前景图像中所对应位置
的变化情况，以及根据所述二维前景图像与所述三维前景图像之间的对应关系，计算场景视频中的点在所述多个三维前景图像中所对应位置的变化情况；
[0085]
三维融合单元：用于针对当前采集周期的各个采集时刻，按照将对应于场景视频中相同点的全部三维前景点融合成为一个三维融合前景点的规则，将同一采集时刻所述监控现场各个摄像机组合对应的三维前景图像中的三维前景点进行融合处理，将融合后得到的全部三维融合前景点组合在一起，形成该采集时刻的三维融合前景图；其中，所述三维前景点为所述三维前景图像的像素点；
[0086]
三维变化单元：用于根据场景视频中的点在所述多个三维前景图像中所对应位置的变化情况，以及根据每个三维融合前景点与融合成每个三维融合前景点的各个三维前景点的对应关系，计算场景视频中的点在当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图中所对应位置的变化情况；
[0087]
场景分布单元：用于根据当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图，以及场景视频中的点在当前采集周期的各个采集时刻的多个三维融合前景图中所对应位置的变化情况，确定目标对象，以及确定所述目标对象的空间分布特征和运行分布特征。
[0088]
作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
[0089]
全景播放单元：用于通过所述高清影像摄像机进行360
°
全景影像的同步采集；为了得到视角更全面的视频，本发明采用360
°
全景的摄像机。
[0090]
影像映射单元：用于将所述360
°
全景影像进行空间映射，转换为空间数据；其种，
[0091]
所述映射通过下式进行映射：
[0092][0093][0094]
其中，h为图场景视频种场景的高度，f为高清影像摄像机的归一化焦距，为高清影像摄像机对水平面的倾斜角；α为图像坐标的横坐标；v为图像坐标的纵坐标；x为实际坐标的横坐标；y为实际坐标的纵坐标。
[0095]
空间映射的目的是将不同照相机和摄像机采集的图像进行视频融合，保证视频的完整性和全面性。
[0096]
作为本发明的一种实施例：所述影像采集模块包括：
[0097]
动态数据获取模块：用于建立轨道车辆和高清影像摄像机的唯一数据传输通道，其中，
[0098]
所述高清影像摄像机和所述轨道车辆之间具有动态数据传输规则，所述高清影像摄像机根据所述动态数据传输规则对所述场景视频进行实时更新；动态数据传输规则是为了位置唯一传输和高效传输。进而实现实时更新。
[0099]
数据验证模块：用于通过高清影像摄像机获取实时的场景动态变化数据，并通过所述实时的场景动态变化数据验证所述场景视频是否正确。拍摄的视频可能存在错误，因为摄像机较多，所以本发明会通过场景动态变化数据判断场景视频是不是正确。
[0100]
作为本发明的一种实施例：所述中继模块包括：
[0101]
移动通信单元：用于通过移动通信网络构建所述场景视频传输的移动网络传输通道；
[0102]
中级传输单元：用于通过多组阵列式排布的中继天线构建所述场景视频传输的中继传输通道。
[0103]
因为本发明是轨道车辆，存在移动网络信号传输不稳定或者中断问题，特别是在人烟稀少的山区，所以同各国中继天线建立短程数据传输的通道。
[0104]
作为本发明的一种实施例：所述中继模块还包括：
[0105]
识别单元：用于对所述场景视频中每帧图像类型信息进行识别，并根据每帧图像的图像类型，并将不同类型的图像以不同的数据传输通道进行传输；分通道数据传输，保持数据的的独立性。
[0106]
接口单元：用于在所述高清摄像机和所述火车头尾部的驾驶员的终端设备建立视频传输接口，获取所述驾驶员的终端设备的场景视频的接口信息；单独的视频传输结构，便于场景视频能够同步的快速传输。
[0107]
标注单元：用于接收所述场景视频为并为所述场景视频进行标注；所述标注包括：时间标注和元素标注；标注的目的是方便驾驶员进行观察。
[0108]
统计单元：用于对各个场景视频中的数据进行汇总统计，得到每个数据项信息下的最优数据参数字段信息。本单元实现了数据文本化统计，用于加强驾驶员的理解。
[0109]
作为本发明的一种实施例：所述尾部同步传输模块包括：
[0110]
第一获取单元：用于接收通过所述移动通信网络传输的场景视频，并根据所述场景视频中时间标记确定第一时间信息；
[0111]
第二获取单元：用于接收通过所述中继天线传输的场景视频，并根据所述场景视频中时间标记确定第二时间信息；
[0112]
判断单元：用于分别确定所述第一时间和第二时间相的时间节点，并将所述第一时间信息的时间节点和第二时间的时间节点相对应，在所述第一时间节点和第二时间节点对应后，将所述场景视频同步传输至火车头尾部驾驶员的终端设备中，并进行播放。
[0113]
第一时间和第二时间的目的是为了保持视频是同步进行传输，不仅能验证视频的完整性，还能判断视频是不是高效稳定的进行传输。当然也可以实现单一通信方式传输。
[0114]
作为本发明的一种实施例：所述尾部同步传输模块还包括：
[0115]
异常判断单元：用于通过所述中继天线的cpu处理器，对所述场景视频进行视频完整性检测，并将根据检测结果，确定异常值；
[0116]
完整性检测是基于视频数据自相关的完整性检测，主要考虑了时间因素，以时间因素计算异常值。
[0117]
空间调用单元：用于调取任意时间段的场景视频的分析角差、比差、介质损耗与场景视频的三维关系；
[0118]
角差是上坡、下坡或者平面的时候摄像设备与地面的摄像角度差，比差就是不同通信方式，传输的视频的差距。介质损耗就是视频通过中继天线等介质进行传输时，因为设备自身干扰造成的误差，这种误差一般为时间误差和画面的清晰度误差。
[0119]
趋势预测单元：用于根据所述场景视频的角差、比差、介质损耗进行场景视频的趋
势预测；趋势预测预测的是车的下一运行操作方式。
[0120]
传输损耗判断单元：用于根据所述中继天线的电压、电流值进行电量计算，并确定传输损失；传输损失主要是通过电路进行传输时因为干扰的损失。所以可以通过电量计算获取。
[0121]
修正单元：用于根据所述传输损失，对传输至火车头尾部驾驶员的终端设备的场景视频进行修正。
[0122]
作为本发明的一种实施例：所述异常判断单元确定异常值包括如下步骤：
[0123]
步骤1：获取场景视频的时间标记，建立场景视频的时序图；其中，
[0124]
所述时序图的横坐标为时刻；所述时序图的纵坐标为视频特征；
[0125]
时序图就是场景视频通过时间顺序进行事件发展的图。
[0126]
步骤2：根据所述时序图，建立场景视频的自相关函数：
[0127][0128]
其中，c
k
表示场景视频的自相关函数；a
t
表示场景视频在t时刻的视频特征；a
t
‑
k
表示场景视频在t
‑
k时刻的视频特征，k∈n，k为时间自变量；cov表示协方差；da
t
表示场景视频在t时刻时，场景视频的完整度；da
t
‑
k
表示场景视频在t
‑
k时刻时，场景视频的完整度；
[0129]
自相关函数的目的是为了进行异常自查，因为不同时刻的视频特征和不同时刻视频的完整性具有对应关系，所以可以通过自相关，计算出场景视频的损耗误差。
[0130]
步骤3：根据所述自相关函数，确定场景视频的异常值：
[0131][0132]
其中，y表示异常值；当自相关函数为1时，异常值也为1；当自相关函数大于1时，异常值也大于1。
[0133]
在计算异常值的时候，因为不管视频如何传输，都会有算好，所以必定存在异常。在实际操作时会设置异常阀值，实现异常报警。本步骤的目的只为了计算出异常值。
[0134]
作为本发明的一种实施例：所述修正单元对场景视频进行修正，包括如下步骤：
[0135]
步骤s1：获取所述场景视频，确定场景视频的均方根：
[0136][0137]
其中，s表示场景视频的均方根；t表示场景视频的拍摄时常；表示场景视频的特征均值；
[0138]
均方根体现场景视频的在拍摄时间内的特性，本发明计算的目的是为了计算场景视频的均方根在拍摄完毕后，传输损失对均方根造成的误差。
[0139]
步骤s2：根据所述均方根和传输损失，通过下式确定场景视频的补偿值：
[0140][0141]
其中，g(a
t
，q)表示场景视频在t时刻与传输损失的关联度；q表示传输损失的损失参数；y
t
表示场景视频在t时刻的视频元素完整度；
[0142]
步骤2中，计算场景视频的补偿值，表示i误差值，所以用1减去误差值就是补偿值。
[0143]
步骤s3：根据所述补偿值，对原场景视频进行修正：
[0144][0145]
其中，z表示修正后的场景视频的累加和的补偿修正值。
[0146]
在进行修正的时候，只通过补偿值进行场景修复。能保持修正后场景视频的完整性和合理性，不会有太大的改变，但是提高了驾驶员的体验感。
[0147]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。