[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

说明书

本发明提供一种基于机器视觉技术的智能光条采集系统及获取铁路轨道外轮廓的方法，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，本发明可用于检测轨道的常规检测参数，引入自动采集和自动控制，能大大降低工作强度，通过滑块调整激光调整支架左右滑动，可直接对轨道的两侧进行检测，编码器能够准确采集检测小车的运动距离，记录检测距离和检测位置，根据检测距离控制小车的运动与停止，实现小车的自动控制；当检测小车停止后，图像采集模块将采集目标图像和背景图像；图像处理方法采用差分法，提高了检测小车对复杂环境的适应性；控制系统采用ARDUINO UNO，具有控制准确、速度快和成本低等特点。

技术领域

本发明涉及轨道检测领域，具体为一种基于机器视觉技术的智能光条采集系统及利用该系统获取铁路轨道外轮廓的方法。

背景技术

轨道是铁路系统的重要组成部分，是日常检测维护的重中之重，一旦出现故障，将严重影响铁路的安全运行。为保证轨道的安全可靠运行，日常的检测和维护至关重要。目前，国内铁路检测以人工检测为主，具有效率低、劳动强度大和存在机械磨损等特点。基于机器视觉的检测方法是一种新型非接触检测手段，具有精度高和可视化好等特点。本发明主要涉及激光检测。

激光检测原理是，线激光器发出的激光平面投射到轨道表面，形成轨道的轮廓。通过拍照法，记录下轨道的轮廓信息。将采集的图像数据还原为标准轮廓，从而获取待测轨道的轮廓信息。然而，由于轨道检测现场的复杂性，如：油污、锈蚀和反光等因素，导致无法提取激光光条或提取的光条不完整，这将严重影响轨道轮廓提取精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器视觉的智能光条采集系统及利用该系统获取铁路轨道外轮廓的方法。该系统能够自动获取高质量的激光光条，提高了检测精度，增强复杂环境的普遍适用性，降低了检测时的劳动强度。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

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。

检测小车：包括底部的车架，与车架铰接的电脑托盘架、车架一侧端部可拆卸式连接的车架端盖、固定在车架端盖上的导杆、固定在车架内部平行于导杆的导轨、穿套在导杆上的滑块、与滑块固定连接的调节支架、车架底部的车轮和导向车轮，车架端盖上通过轴承端盖连接驱动电机，驱动电机驱动车轮转动；

UPS电源模块：用于给电脑托盘架的电脑、CCD相机、驱动电机和激光器供电；包括固定在车架上的UPS电源框、放置在UPS电源框上的UPS电源；

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

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、放置在电脑托盘架的电脑、控制激光器开关的继电器，编码器通过轴承端盖固定在导向车轮上；编码器的电机轴与导向车轮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；

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。

作为优选方式，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。

作为优选方式，驱动电机、编码器和继电器均通过ARDUINO UNO的指令控制。