头灯照射水平方向反馈装置的制作方法

本发明涉及一种水平方向反馈装置，尤其涉及一种头灯照射水平方向反馈装置。

背景技术：

机车用头灯通常是固定的，不可调整角度的。这就导致一旦机车运行在弯道上，那么头灯将照射到轨道之外。目前的一些技术使用可自动调整方向的头灯，希望能够完全自动化地调整头灯照射方向以保证头灯始终照射在前方线路上。

这些现有技术一般采用这样的原理：使用传感器检测机车转向架的运动情况以判断机车是否处于弯道，并判断该弯道的弯曲情况。然后根据弯道的弯曲情况（通常是当前线路的曲线半径），推算当前情况下理论上头灯应当具备的照射水平角度，然后调整头灯到该理论角度，以保证头灯照亮前方线路。

这种方式的局限性主要在：通过检测转向架的运动情况只能得到机车当前所处弯道的弯曲情况，但并不能确定所处机车前方线路的实际弯曲情况，在遇到如图1所示的蛇形线路时，由于机车所处位置的轨道弯曲方向与机车前方线路的轨道弯曲方向完全相反，因此头灯几乎肯定会照射到线路范围以外。而图1所示的蛇形线路在铁路正线和调车场上经常出现。这一局限性导致自动调节的头灯难以获得大规模的应用。

图1是使用现有技术的机车在两段不同线路上的头灯使用效果的示意图。线路一和线路二这两段线路的曲线半径均为100m,线路长度均为157m（即四分之一个圆），所不同的是，图1中右边的线路是蛇形线路，线路的前半段和后半段的弯曲方向不一样。在采用现有技术时，由于对线路弯曲情况的判断完全基于机车转向架，因此对头灯角度的调整完全依据机车当前所处位置上的线路曲线半径。当机车在线路一上行驶时，由于机车前方线路的弯曲情况和机车当前所处位置的线路弯曲情况是一样的，在头灯调整时头灯的偏转方向与前方线路的弯曲方向一致，头灯的照亮区域与前方线路重叠，照明效果很好；而当机车行驶在线路二时，由于前方线路弯曲情况和机车当前所处位置的线路弯曲情况不一致，这导致头灯的偏转方向与前方线路的弯曲方向完全相反，头灯的照亮区域与前方线路基本不重叠，照明效果很差。可见在使用现有技术时，在某些特定线路上头灯的使用效果会更差而不是更好，这就是现有技术的使用局限。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种头灯照射水平方向反馈装置。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种头灯照射水平方向反馈装置包括光学成像设备、图像信息处理设备和信号发生设备，其特征在于：所述光学成像设备的输出连接图像信息处理设备，图像信息处理设备的输出连接信号发生设备；

光学成像设备采集头灯照射区域的影像，供图像信息处理设备处理；

图像信息处理设备对光学成像设备采集到的头灯照射区域的影像进行处理，将影像转换为可以清晰分辨当前轨道两边照亮区域的图形数据信息，然后根据该图形数据信息计算生成轨道两边照亮区域的面积的比值，用该比值表征头灯照亮区域与铁路线路之间的相对位置关系；

信号发生设备将轨道两边照亮区域的面积的比值转换为一定电压/电流/频率范围的电信号，输出这些信号供机车上的其它设备使用以便这些设备准确地调整头灯照射方向。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述图像信息处理设备首先对影像的正中央区域的偏下位置截取，截取后的图像将首先进行灰度处理，未被头灯照亮的区域将被丢弃，被丢弃的部分将被灰度100%的全黑色取代。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述图像信息处理设备根据钢轨的特征灰度在照亮区域内将钢轨区分出来，然后根据钢轨与钢轨之间的间隔距离，将机车当前所处线路与其它线路区分出来，机车当前所处线路也将用灰度100%的全黑色替代，图像的其它部分将用灰度0%的全白色替代，只剩下灰度为0%的白色区域和灰度为100%的黑色区域，且白色区域被分隔为左、右两部分，两部分的面积分别为S左和S右；图像信息处理设备比较两个部分的面积的大小，形成面积的比值P = S左 /( S左 + S右 )。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述P值等于50%时，意味着线路正处于头灯照明区域的正中间，照明效果最好，不需要调整头灯照射水平方向；

P值小于50%时，意味着前方线路向左偏，前方有向左的弯道，头灯照射水平方向需要向左调整；

P值大于50%时，意味着前方线路向右偏，前方有向右的弯道，头灯照射水平方向需要向右调整。

本发明的有益效果是：这种头灯照射水平方向反馈装置属于直接反馈，因此测量误差小，反馈及时准确，可以有效提高头灯自动调节的指向精度；而且由于该装置可以在复杂路况下真实反映头灯在线路上的指向情况，不存在运用局限性，可以在铁路机车车辆上广泛运用，有助于提升铁路机车车辆头灯控制的自动化水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术的结构示意图；

图2是本发明装置的结构示意图；

图3是光学影像的结构示意图；

图4是另一光学影像的结构示意图；

图5是另一光学影像的结构示意图；

图6是机车当前所处线路进行处理后的图像；

图7是最终处理完成的图像。

具体实施方式

本发明提供了一个头灯照射水平方向反馈装置，可以直接反映头灯照亮区域与铁路线路之间的相对位置关系。如图2所示，该装置由以下部件组成，包括：一个光学成像设备，一个图像信息处理设备和一个信号发生设备。

光学成像设备采集头灯照射区域的影像，供图像信息处理设备处理。

图像信息处理设备对光学成像设备采集到的头灯照射区域的影像进行处理，将影像转换为可以清晰分辨当前轨道两边照亮区域的图形数据信息，然后根据该图形数据信息计算生成轨道两边照亮区域的面积的比值，用该比值表征头灯照亮区域与铁路线路之间的相对位置关系。

信号发生设备将轨道两边照亮区域的面积的比值转换为一定电压/电流/频率范围的电信号，输出这些信号供机车上的其它设备使用以便这些设备准确地调整头灯照射方向。

实施例

在夜间行车使用头灯时，光学成像设备将形成如图3所示的影像。图像信息处理设备将对该影像进行进处理。

图像信息处理设备首先对影像的正中央区域的偏下位置截取（即截取头灯照亮区域的大致位置），如图4所示。

截取后的图像将首先进行灰度处理，未被头灯照亮的区域将被丢弃，被丢弃的部分将被灰度100%的全黑色取代，如图5所示。

钢轨被照亮时具有一定的特征灰度，因此根据钢轨的特征灰度在照亮区域内将钢轨区分出来，然后根据钢轨与钢轨之间的间隔距离，将机车当前所处线路与其它线路区分出来（机车当前所处线路的两条钢轨之间的间隔距离将是合理范围内相对而言最大的）。机车当前所处线路也将用灰度100%的全黑色替代。如图6所示。

图像的其它部分将用灰度0%的全白色替代。如图7所示。

在图7中，只剩下灰度为0%的白色区域和灰度为100%的黑色区域，且白色区域被分隔为左、右两部分，两部分的面积分别为S_左和S_右，图像信息处理设备比较两个部分的面积的大小，形成面积的比值P = S_左 /( S_左 + S_右 )。

这个比值P就代表了头灯照亮区域与铁路线路之间的相对位置关系。在P值等于50%时，意味着线路正处于头灯照明区域的正中间，照明效果最好，不需要调整头灯照射水平方向。

在P值小于50%时，意味着前方线路向左偏，前方有向左的弯道，头灯照射水平方向需要向左调整。

在P值大于50%时，意味着前方线路向右偏，前方有向右的弯道，头灯照射水平方向需要向右调整。

这个面积的比值P被信号发生装置转换为一定电压/电流/频率范围的电信号，以供机车上的其它设备使用（尤其是可以被头灯水平方向调整伺服机构用作为闭环控制的反馈源）。

通过该装置头灯的照亮区域将始终与前方线路重合，达到良好的照明效果。如图8所示。