>[0037] 步驟S101中的預調整其目的在于提高光斑圖像的質量，并在一定程度上改變某 些光線的色調（如自然光）。對采集到的圖像信號自動進行亮度、對比度、白平衡和飽和度 的調整。通過亮度和對比度的調整，使光斑圖像清晰、色差明顯；通過白平衡的調整，使圖像 本身色彩偏冷，自然光呈現輕微的藍綠色；通過飽和度的調整，使圖像顏色飽和。經預調整 后，圖像效果更有利于后期的識別和處理。預調整后的圖像如圖3所示。
[0038] 步驟S102,識別圖像中的光斑。
[0039] 在本步驟中，包括對于光斑輪廓的提取以及對圖像進行濾波處理。
[0040] 首先，對采集到的光斑圖像進行輪廓的提取并轉化為二值圖像。輪廓提取將采用 邊緣檢測算子對光斑的邊緣進行檢測。由于光斑是個類似圓形的圖像，所以經過邊緣檢測 算子的處理后，將得到的是一個近圓形的待處理圖像。在這里，經過試驗得出，當設定邊緣 檢測算子的閾值T= 59時，光斑輪廓比較清晰。
[0041] 然后，對圖像進行濾波處理。由于激光經過一段距離的傳輸后所形成的激光光斑 由于受空氣中的塵埃、所起等影響和激光本身的因素，可能在光斑中隨機形成耀點（斑）和 暗點（斑）；目標靶上面也可能會有某些噪聲點，這些將導致運算結果不穩(wěn)定。因此，利用 圖像平滑的處理方法使光斑的二值圖像邊緣輪廓更加清晰，消除其他不必要點（斑）的影 響，為下一步的圓心擬合做好充分的準備。步驟S102后獲得的圖像如圖4所示。
[0042] 步驟S103,獲得光斑中心坐標。
[0043] 在經過圖像預處理、輪廓提取、濾波后，采集時的抗干擾能力明顯增強，得到的光 斑比較規(guī)則，對稱性較好，光斑邊緣比較光滑而清晰，有利于圖像中心的準確運算和穩(wěn)定。 對于形狀對稱性較好的光斑，從理論上分析可知，擬合圓心第1次就能較好地找準圓心位 置。如圖5所示。
[0044] 圓擬合方法是從橢圓擬合方法發(fā)展而來的，由于圓是橢圓的特殊形態(tài)，所以它們 的原理基本相同。對于給定平面上的一組樣本點，尋找一個橢圓，使其盡可能靠近這些樣本 點。也就是說，將圖像中的一組數據以橢圓方程為模擬進行擬合，使某一橢圓方程盡量滿足 這些數據，并求出橢圓的各個參數。最后通過確定的參數來確定橢圓的最終方程，以此來確 定橢圓的中心，即為所求圖像的中心。同理可知，圓擬合法就是用圓來逼近圖像中光斑輪 廓。若假設圓的方程為：
【主權項】
1. 一種檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述檢測軌道平順度的系統包括激光發(fā)射儀、目標靶、攝像設備以及數據處理設備； 其中，所述目標靶的靶面使用半透光材質制成，所述激光發(fā)射儀位于目標靶的前方，所 述攝像設備位于目標靶的后方，并且攝像設備的攝像頭的中心水平線正對目標靶靶面的中 心； 所述攝像設備的攝像頭用于捕獲激光發(fā)射儀的激光在所述目標靶的靶面所形成的光 斑圖像； 所述數據處理設備與攝像設備連接，所述數據處理設備用于獲取所述光斑圖像，并對 光斑圖像進行處理以獲得光斑的位置。
2. 根據權利要求1所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備包括獲取設備，識別設備，光斑中心坐標獲取設備以及平順度計算 設備；其中， 所述獲取設備用于獲取來自所述攝像設備的所述光斑圖像； 所述識別設備用于識別出來自所述獲取設備的光斑圖像中的光斑； 所述光斑中心坐標獲取設備用于獲取來自識別設備的光斑圖像中光斑的中心坐標； 所述平順度計算設備用于根據光斑中心坐標獲取設備獲得的光斑中心坐標和基準點 坐標來計算軌道的平順度。
3. 根據權利要求2所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備還包括預調整設備，所述預調整設備用于對獲取設備獲取的光斑圖 像進行預調整并將預調整后的圖像交由識別設備進行處理。
4. 根據權利要求3所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述預調整包括對圖像自動進行亮度、對比度、白平衡和飽和度的調整以提高光斑圖 像的質量。
5. 根據權利要求3所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備還包括光線強度設定設備，用于設置不同的環(huán)境模式，所述預調整 設備用于根據設定的環(huán)境光線強度對光斑圖像進行相應的預調整。
6. 根據權利要求2所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備還包括步長選擇設備，用于在彎道和/或坡道檢測時選擇移動步 長，所述平順度計算設備用于在計算平順度時根據補償的移動步長、光斑中心坐標和基準 點坐標來計算軌道的平順度。
7. 根據權利要求2所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備還包括光斑判斷設備，用于判斷識別設備輸出的圖像是否含有光斑 或光斑是否清晰，如果清晰，則發(fā)送至光斑中心坐標獲取設備進一步處理，否則，通知獲取 設備獲取下一幅光斑圖像。
8. 根據權利要求2所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述識別設備包括用于提取光斑輪廓的提取設備以及用于對圖像進行濾波處理的圖 像平滑設備，其中 所述提取設備用于采用邊緣檢測算子對光斑圖像進行輪廓提取并轉化為二值圖像； 所述圖像平滑設備用于對光斑圖像進行平滑處理以使得光斑的二值圖像邊緣輪廓更 加清晰。
9. 根據權利要求2-8中任一權利要求所述的檢測軌道平順度的系統，其特征在于： 所述數據處理設備還包括閾值設定設備，用于設定時間閾值或者數量閾值； 還包括閾值判斷設備，用于判斷獲取光斑圖像的時長是否處于時間閾值內或者獲取的 光斑中心坐標數量是否達到數量閾值，當未超過時間閾值或數量閾值時，通知獲取設備繼 續(xù)獲取圖像，當達到或超過時間或數量閾值時，將獲得的所有光斑中心坐標發(fā)送給平順度 計算設備；所述平順度計算設備用于計算所有光斑中心坐標的平均值作為最終的光斑中心 的坐標，以進行平順度的計算。
10. -種檢測軌道平順度的方法，其特征在于，所述方法包括： 啟動激光發(fā)射儀； 攝像設備捕獲位于所述攝像設備和激光發(fā)射儀之間的目標靶靶面上所形成的光斑圖 像；其中，所述目標靶靶面由半透光材質制成，所述攝像設備的攝像頭的中心水平線正對目 標靶靶面的中心； 數據處理設備獲取所述光斑圖像，并對光斑圖像進行處理以獲得光斑的位置。
11. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于： 所述數據處理設備獲取所述光斑圖像，并對光斑圖像進行處理以獲得光斑的位置包 括： 光斑圖像獲取步驟，獲取來自攝像設備的光斑圖像； 光斑識別步驟，識別光斑圖像中的光斑； 光斑中心坐標獲取步驟，獲得光斑中心坐標； 平順度計算步驟，根據光斑中心坐標和基準點坐標計算軌道的平順度。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于： 所述光斑識別步驟包括： 提取光斑輪廓，包括采用邊緣檢測算子對光斑圖像進行輪廓提取并轉化為二值圖像； 對圖像進行濾波處理，包括利用圖像平滑處理方法對光斑圖像進行處理以使得光斑的 二值圖像邊緣輪廓更加清晰。
13. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于： 所述方法還包括： 在光斑圖像獲取步驟后以及在光斑識別步驟之前對光斑圖像進行預調整。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于： 所述預調整包括對圖像自動進行亮度、對比度、白平衡和飽和度的調整以提高光斑圖 像的質量。
15. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于： 所述光斑中心坐標獲取步驟包括利用圓擬合方法確定光斑輪廓的中心。
16. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于： 在對光斑圖像進行預調整前，選擇環(huán)境光線強度； 所述對光斑圖像進行預調整包括根據環(huán)境光線強度對光斑圖像進行相應的預調整。
17. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于： 所述方法還包括步長選擇步驟，在彎道和/或坡道檢測時選擇移動步長； 在所述平順度計算步驟中，根據補償的移動步長、光斑中心坐標和基準點坐標來計算 軌道的平順度。
18. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于： 所述方法還包括光斑判斷步驟，用于判斷在光斑識別步驟后輸出的圖像是否含有光斑 或光斑是否清晰，如果清晰，則執(zhí)行光斑中心坐標獲取步驟，否則，執(zhí)行光斑圖像獲取步驟 以獲取下一副圖像。
19. 根據權利要求11-18中任一權利要求所述的方法，其特征在于： 所述方法還包括閾值設定步驟，設定時間閾值或者數量閾值； 還包括閾值判斷步驟，位于平順度計算步驟之前，判斷獲取光斑圖像的時長是否處于 時間閾值內或者獲取的光斑中心坐標數量是否達到數量閾值，當未超過時間閾值或數量閾 值時，繼續(xù)執(zhí)行光斑圖像獲取步驟，當達到或超過時間或數量閾值時，執(zhí)行平順度計算步 驟；在平順度計算步驟中，計算獲取的所有光斑中心坐標的平均值作為最終的光斑中心的 坐標，以進行平順度的計算。
【專利摘要】提出了一種檢測軌道平順度的系統和方法，屬于軌道檢測技術領域，所述檢測軌道平順度的系統包括激光發(fā)射儀、目標靶、攝像設備以及數據處理設備；其中，所述目標靶的靶面使用半透光材質制成，所述激光發(fā)射儀位于目標靶的前方，所述攝像設備位于目標靶的后方，并且攝像設備的攝像頭的中心水平線正對目標靶靶面的中心；所述攝像設備的攝像頭用于捕獲激光發(fā)射儀的激光在所述目標靶的靶面所形成的光斑圖像；所述數據處理設備與攝像設備連接，所述數據處理設備用于獲取所述光斑圖像，并對光斑圖像進行處理以獲得光斑的位置。本系統和方法解決了現有技術中光斑檢測誤差大、對人眼有損害等技術問題。
【IPC分類】G01B11-30, B61K9-08
【公開號】CN104554341
【申請?zhí)枴緾N201410734448
【發(fā)明人】吉榮廷
【申請人】呼和浩特鐵路局科研所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月6日