[发明专利]基于机器视觉技术的智能光条采集系统及其方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉技术的智能光条采集系统，包括检测小车、UPS电源模块、图像采集模块、控制系统、软件系统，其特征在于：

检测小车：包括底部的车架(9)，与车架铰接的电脑托盘架(1)、车架(9)一侧端部可拆卸式连接的车架端盖(4)、固定在车架端盖上的导杆(5)、固定在车架内部平行于导杆(5)的导轨(2)、穿套在导杆(5)上的滑块(6)、与滑块(6)固定连接的调节支架(8)、车架底部的车轮(15)和导向车轮(32)，车架端盖上通过轴承端盖(13)连接驱动电机(14)，驱动电机(14)驱动车轮(15)转动；

UPS电源模块：用于给电脑托盘架(1)的电脑、CCD相机(25)、驱动电机(14)和激光器(21)供电；包括固定在车架(9)上的UPS电源框(10)、放置在UPS电源框(10)上的UPS电源；

图像采集模块(7)：用于采集激光线条图像，其固定连接在调节支架(8)上，包括：壳体(22)、壳体(22)上的固定块(23)、固定在固定块(23)上的用于拍摄激光线条图像的CCD相机(25)、固定于固定块(23)上的用于发射激光平面的激光器(21)；

控制系统：用于测量小车行进距离、控制继电器、并将小车行进距离信息发送给软件系统，包括编码器(3)、放置在电脑托盘架(1)的电脑、控制激光器开关的继电器，编码器(3)通过轴承端盖(33)固定在导向车轮(32)上；编码器(3)的电机轴与导向车轮(32)的轴通过联轴器直接连接，用于测量检测小车行进距离；所述电脑用于控制CCD相机的开关，发出指令采集激光线条图像，CCD相机将采集的激光线条图像传递到电脑；驱动电机、编码器和继电器均通过ARDUINO UNO的指令控制；电脑与ARDUINO UNO通过串口连接，由电脑将指令传递到ARDUINO，然后ARDUINO将编码器采集的数据传输到电脑，ARDUINO获取串口传递的指令，控制驱动电机、继电器和编码器；

软件系统：用于使检测小车运动到设定位置，采集设定截面的激光线条；激光线条图像采集结束后，继续前进，待行驶到设定距离后停止前进，准备下一次图像采集，并将采集的激光线条图像处理成二值化光条图像并获取铁路轨道的准确轮廓。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：软件系统在激光线条图像采集结束后，采用差分法，获取差分后的图像；采用OTSU自适应阈值分割，获取二值化光条图像；采用燃烧法提取二值化光条图像的中心点像素坐标；根据相机标定结果，将中心点还原为标准轮廓。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：车架左右两端分别固定一导轨支座(12)，导杆(5)的两端分别固定在左右导轨支座上。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：UPS电源经降压模块降压后稳定输出到驱动电机。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：激光器(21)通过弹片(24)固定到固定块(23)上。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：车架内导杆(5)的两侧分别设有平行于导杆(5)的一条导轨(2)。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的智能光条采集系统，其特征在于：车架(9)左右两侧各设一个驱动电机(14)，共同控制检测小车的前进和后退。

8.利用权利要求1至7任意一项所述系统获取铁路轨道外轮廓的方法，其特征在于包括如下步骤：

先调整调节支架(8)，以保证图像采集模块(7)的激光器(21)发射出的激光平面与铁路轨道轴线垂直；设定采集间隔距离和采集次数，运行系统；检测小车开始前进，编码器实时检测行进距离，当行进距离与设定的间隔距离相等时，停止运动，开始采集图像；通过继电器控制激光器开一次并关一次，在关闭继电器前后，分别采集两幅图像，即目标图像和背景图像；当图像采集结束后，检测小车继续前进，并准备下一次检测；当采集完一侧的数据后，滑动滑块(6)至另一侧，对轨道的另一侧进行检测；当所有的图像采集结束后，开始图像处理，将采集到的目标图像和背景图像直接差分，即得到初步的激光光条；采用OTSU阈值分割方法，即获取二值化光条图像；再提取光条中心，获取光条中心线，再轮廓还原，获得铁路轨道准确的检测轮廓。