CN109159796A - 一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法。本发明实施例提供的相机挂载平台位置修正方法基于相机稳定平台，该方法包括控制器根据图像识别导轨的第一偏移量并根据第一偏移量控制第一位移平台在第一方向上运动；控制器根据测量装置所测量相机稳定平台两侧至两侧对应导轨间距控制四个位移杆的运动。本发明实施例提供的相机挂载平台位置修正方法能够在横向、高度方向和滚转方向主动调节相机位置，保证相机平台在三个方向上的稳定性，有效地保证了相机的在位精度，从而提高了相机的成像质量。

Description

一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法

技术领域

本发明涉及图像识别和自动控制的技术领域，具体涉及一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法。

背景技术

随着地铁等轨道交通的发展，人工轨道检测的方法已经难以满足实际需求。越来越多的检测机器人、运动检测平台、视觉检测系统、雷达检测系统、超声检测系统应用至轨道检测领域，这些检测设备在实际应用中往往存在较大的晃动，导致拍照模糊、检测不准或损害设备等问题。

目前，用于轨道检测的相机稳定平台主要采用气缸或者弹簧等机械结构对相机进行减震处理。这种减震方式属于被动减震，只能横向地调节相机位置而无法在高度或滚转方向上调节相机的位置，因而，降低了相机成像质量。

因此，针对现有的用于轨道检测的相机稳定平台所存在的位置调节问题，需要提供一种在横向、高度方向和滚转方向均能主动调节相机位置的使相机保持稳定的方法。

发明内容

针对现有的用于轨道检测的相机稳定平台所存在的位置调节的问题，本发明实施例提出一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法。该相机挂载平台位置修正方法不仅能解决相机挂在装置在运行过程中的抖动问题，而且该相机稳定平台在横向、高度方向和滚转方向均能主动调节相机位置，有效地保证了相机的在位精度，从而提高了相机的成像质量。

该用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法的具体方案如下：一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，所述相机设置于相机稳定平台上，所述相机稳定平台安装于轨道检测机器人上，所述相机稳定平台包括第一位移平台、第二位移平台、四个位移杆、测量装置和控制器，其中，所述方法包括步骤：所述相机拍摄图像并将图像传输给所述控制器，所述控制器接收所述图像，所述控制器根据所述图像识别出导轨在相机视场中的第一偏移量，并根据所述第一偏移量控制所述第一位移平台在第一方向上运动，使得所述相机在第一方向上处于稳定状态；所述测量装置检测所述相机稳定平台的第一侧到第一导轨的第一距离，所述测量装置检测所述相机稳定平台的第二侧到第二导轨的第二距离，并将所述第一距离和第二距离传输给控制器；所述控制器接收所述第一距离和所述第二距离；所述控制器根据所述第一距离和所述第二距离计算出所述相机稳定平台在第三方向上的第三偏移量，并根据所述第三偏移量控制所述四个位移杆同向等距移动，使得所述相机在第三方向上处于稳定状态；所述控制器根据所述第一距离计算出所述相机稳定平台的第一侧与第一导轨之间距离的第一变化量，所述控制器根据所述第二距离计算出所述相机稳定平台的第二侧与第二导轨之间距离的第二变化量，并根据所述第一变化量和第二变化量分别控制所述四个位移杆移动，使得所述相机在绕第二方向的旋转方向上处于稳定状态。

优选地，所述第一方向为笛卡尔坐标系中的X方向，所述第二方向为笛卡尔坐标系中的Y方向，所述第三方向为笛卡尔坐标系中的Z方向。

优选地，当所述相机在第一方向上处于稳定状态时，第一导轨和第二导轨到所述相机的视场中心的距离相等。

优选地，当所述第一偏移量为Δx时，所述控制器以-Δx为输入量对第一位移平台进行闭环控制，使所述第一位移平台在第一方向上运动-Δx。

优选地，所述第一距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z1和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z1’，所述第二距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z2和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z2’。

优选地，所述第三偏移量Δz＝(z1’+z2’)/2-(z1+z2)/2,所述控制器控制所述四个位移杆在第三方向上移动-Δz。

优选地，所述第一变化量为z1’-z1，所述第二变化量为z2’-z2，所述控制器控制所述四个位移杆中的两个位移杆在第三方向上移动z1-z1’，所述控制器控制所述四位移杆中的其他两个位移杆在第三方向上移动z2-z2’。

优选地，所述测量装置包括第一激光尺和第二激光尺，所述第一激光尺和所述第二激光尺分别位于所述相机稳定平台的下表面的两侧，并且所述第一激光尺和所述第二激光尺在第一方向上的距离等于轨道的宽度。

优选地，所述四个位移杆分别为第一位移杆、第二位移杆、第三位移杆和第四位移杆，所述四个位移杆分别分布于所述相机稳定平台的四个角落处。

优选地，所述第二位移平台位于所述第一位移平台的中间区域。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，所用相机稳定平台包括三个方向的位移平台，所述方法能够在横向、高度方向和滚转方向主动调节相机位置，保证相机平台在三个方向上的稳定性，有效地保证了相机的在位精度，从而提高了相机的成像质量。进一步地，该相机稳定方法通过相机和测量装置的反馈三个方向的空间位置信息，控制器控制直线电机和滚珠丝杠等执行机构对相机位置进行闭环式控制，从而进一步地保证了相机在空间在位的精度，提高了相机的成像质量。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种用于轨道检测的相机稳定平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法的流程步骤示意图；

图3为图1所示实施例中相机稳定平台在X方向稳定控制的原理示意图；

图4为图1所示实施例中相机稳定平台在Z方向和Ry方向稳定控制的原理示意图。

附图中的标记说明：

100、相机稳定平台 10、第一位移平台 20、第二位移平台

30、第一位移杆 40、第三位移杆 50、第一激光尺

60、第二激光尺

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供一种用于轨道检测的相机稳定平台，该用于轨道检测的相机稳定平台也可称为一种稳定的用于轨道检测的相机挂载平台。一种用于轨道检测的相机稳定平台，包括第一位移平台、第二位移平台、多个位移杆，用于测量在轨道检测过程中相机在第三方向的偏移量的测量装置，以及根据所述测量装置和相机的反馈信息控制所述第一位移平台、第二位移平台和多个位移杆运动的控制器。其中，第一位移平台用于在轨道检测过程中为相机提供第一方向运动，第二位移平台用于在轨道检测过程中为相机提供第二方向运动。第一位移平台、第二位移平台和多个位移杆都用于在轨道检测过程中为相机提供位移。

多个位移杆主要用于在轨道检测过程中为相机提供第三方向运动。位移杆的个数可根据相机稳定平台具体的结构形状或者实际应用的场景进行设置，具体可以为2个位移杆、3个位移杆、4个位移杆、5个位移杆、6个位移杆等等。

测量装置主要用于测量在轨道检测过程中相机在第三方向的偏移量。测量装置的形式具体可以为激光测量方式、红外测量方式、电磁波测量方式、视觉测量方式等。测量装置的个数也可以为1个、2个、3个或者更多个。

如图1所示，为本发明实施例中提供的一种用于轨道检测的相机稳定平台的结构示意图。在该实施例中，位移杆具体为4个位移杆，测量装置具体为2个激光尺。

继续参照图1，相机稳定平台100包括第一位移平台10、第二位移平台20、第一位移杆30、第二位移杆(图中被第一位移杆30遮住，图中未示出)、第三位移杆40、第四位移杆(图中被第三位移杆40遮住，图中未示出)、第一激光尺50、第二激光尺60，以及根据第一激光尺50、第二激光尺60和相机的反馈信息控制第一位移平台10、第二位移平台20和控制器(图中未示出)。

在该实施例中，第一位移平台10用于在轨道检测过程中为相机提供第一方向运动，第二位移平台20用于在轨道检测过程中为相机提供第二方向运动，4个位移杆用于在轨道检测过程中为相机提供第三方向运动。在如图1中所示笛卡尔坐标系标注下，所述第一方向为笛卡尔坐标系中的X方向，所述第二方向为笛卡尔坐标系中的Y方向，所述第三方向为笛卡尔坐标系中的Z方向。

第一位移平台10也可简称为X平台，第一位移平台10的行进方向垂直于轨道方向。下文中将第一位移平台10的行进方向定义为X方向。第一位移平台10可以为相机提供X方向上的运动，用于保证相机在X方向上的稳定。第一位移平台10的具体结构包括直线电机、X方向导轨、编码器和用于固定第二位移平台20的平台固定装置。优选地，X方向导轨的数量为2个导轨，分别为第一导轨和第二导轨。

第二位移平台20也可简称为Y平台，第二位移平台20的行进方向平行于轨道方向。下文中将第二位移平台20的行进方向定义为Y方向。在该实施例中，第二位移平台20安装于第一位移平台的中间区域，优选为中央位置处。第二位移平台20可以为相机提供Y方向上的运动，用于在轨道检测开始时将相机探出轨道检测机器人的底盘遮挡区域，从而保证拍摄范围足够大；并在轨道检测结束后将相机移入相机稳定平台100和轨道检测机器人之间，从而保护相机。第二位移平台20具体结构包括步进电机、齿轮、Y方向导轨和用于挂载相机的相机固定装置。优选地，Y方向导轨的数量为2个导轨。

四个位移杆分别称为第一位移杆30，第二位移杆(图中未示出)，第三位移杆40，第四位移杆(图中未示出)。四个位移杆的行进方向垂直于地面方向下文中将四个位移杆的行进方向定义为Z方向。四个位移杆安装于相机稳定平台100的下表面和轨道检测机器的上表面之间，并且均匀分布于相机稳定平台100的四个角落处。第一位移杆30，第二位移杆(图中未示出)，第三位移杆40，第四位移杆(图中未示出)可以为相机提供Z方向上的运动。第一位移杆30，第二位移杆(图中未示出)，第三位移杆40，第四位移杆(图中未示出)中的每一个位移杆都包括滚珠丝杆、伺服电机、旋转编码器、旋转滑块和固定装置。

第一激光尺50和第二激光尺60的检测方向垂直于地面方向。第一激光尺50和第二激光尺60分别安装于相机稳定平台100的下表面的两侧。优选地，第一激光尺50和第二激光尺60对称布置。第一激光尺50和第二激光尺60在第一方向(X方向)上的距离等于轨道的宽度。

相机的拍摄方向垂直于地面向下拍摄，安装于第二位移平台20的下表面。

该实施例所提供的相机稳定平台100用于保证挂载在相机稳定平台上的相机持续稳定，既保证相机在X方向的稳定，也保证相机在Z方向稳定，还保证相机在绕y方向的旋转方向稳定。下文将相机在绕y方向的旋转方向定义为Ry方向。

本发明实施例所提供的相机稳定平台括第一位移平台、第二位移平台、多个位移杆，从而能够在横向、高度方向和滚转方向主动调节相机位置，有效地保证了相机的在位精度，从而提高了相机的成像质量。进一步地，该相机稳定平台通过相机和测量装置的反馈三个方向的空间位置信息，控制器控制直线电机和滚珠丝杠等执行机构对相机位置进行闭环式控制，从而进一步地保证了相机在空间在位的精度，提高了相机的成像质量。

如图2所示，在图1所提供相机稳定平台100的基础上，本发明实施例提供的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法。该方法包括4个步骤，具体阐述如下。

步骤S1：相机拍摄图像并将图像传输给控制器，控制器接收图像，控制器根据图像识别出导轨在相机视场中的第一偏移量，并根据第一偏移量控制第一位移平台在第一方向上运动，使得相机在第一方向上处于稳定状态。

步骤S2：测量装置检测相机稳定平台的第一侧到第一导轨的第一距离，测量装置检测相机稳定平台的第二侧到第二导轨的第二距离，并将第一距离和第二距离传输给控制器；控制器接收第一距离和第二距离。当相机在第一方向上处于稳定状态时，第一导轨和第二导轨到所述相机的视场中心的距离相等。

步骤S3：控制器根据第一距离和第二距离计算出相机稳定平台在第三方向上的第三偏移量，并根据第三偏移量控制四个位移杆同向等距移动，使得相机在第三方向上处于稳定状态。

步骤S4：控制器根据第一距离计算出相机稳定平台的第一侧与第一导轨之间距离的第一变化量，控制器根据第二距离计算出相机稳定平台的第二侧与第二导轨之间距离的第二变化量，并根据第一变化量和第二变化量分别控制四个位移杆移动，使得所述相机在绕第二方向的旋转方向上处于稳定状态。如图1中所示，第一方向为笛卡尔坐标系中的X方向，第二方向为笛卡尔坐标系中的Y方向，第三方向为笛卡尔坐标系中的Z方向。

在上述步骤中，步骤S1主要为在第一方向上进行相机的稳定，步骤S3主要为在第三方向上进行相机的稳定，步骤S4主要在绕第二方向的旋转方向进行相机的稳定，三个步骤之间没有依附关系，因此，三个步骤顺序可以根据需求变化。步骤S2是第一距离和第二距离的测量，步骤S3或步骤S4需要依附步骤S2的测量结果，因此，步骤S2需要在步骤S3或者步骤S4之前实施。

如图3所示，相机稳定平台100在X方向稳定控制的原理示意图。由于相机位于相机稳定平台X方向的中间，所以，当相机不动时，第二位移平台20上的两根导轨(第一导轨和第二导轨)到相机视场中心的距离应该相等；当轨道机器人在运行过程中发生抖动时，第二位移平台20上两根导轨的中间点到相机视场中心就会发生偏移，如图2所示。控制器通过识别第二位移平台20上的第一导轨在相机视场中的第一偏移量Δx来指导第一位移平台10在X方向上的运动，从而使相机在X方向稳定。由于第一导轨和第二导轨之间的相对距离不会发生变化，因此，控制器也可以通过识别第二位移平台20上的第二导轨在相机视场中的第一偏移量Δx来指导第一位移平台10在X方向上的运动，从而使相机在X方向稳定。如图2中，实线表示导轨的原始位置，虚线表示导轨调整后的位置。控制器接收相机反馈的图像，识别第一导轨(或第二导轨)在图像中的位置，并解算出第一导轨(或第二导轨)相对于视场中心的第一偏移量Δx；控制器以-Δx为输入对第一位移平台10进行闭环控制，驱动第一位移平台10的电机运动，驱使第一位移平台10在X方向上的运动-Δx，从而保证相机偏移得到修正，确保相机始终处于第一导轨和第二导轨之间的中间位置。

如图4所示，相机稳定平台100在Z方向和Ry方向稳定控制的原理示意图。位于相机稳定平台100对称两侧的第一激光尺50和第二激光尺60可以检测相机稳定平台两侧到对应侧的第一导轨和第二导轨的距离z1和z2。当轨道机器人在运行过程中发生抖动时，位于相机稳定平台中心的相机在Z方向就会发生偏移，相机稳定平台100两侧到对应侧的第一导轨和第二导轨的距离从z1和z2会变成z1’和z2’，具体如图4所示。

在图2所示流程步骤实施例中，所述第一距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z1和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z1’，所述第二距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z2和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z2’。控制器根据第一距离和第二距离计算出相机稳定平台在第三方向上的第三偏移量Δz。可以通过公式1，求出相机稳定平台在Z方向上的第三偏移量Δz：

Δz＝(z1’+z2’)/2-(z1+z2)/2 (公式1)

第三偏移量Δz可以作为Z方向位置偏移量，可以用于指导相机稳定平台100在Z方向的运动，即控制器同时控制第一位移杆30，第二位移杆(图中未示出)，第三位移杆40，第四位移杆(图中未示出)在Z方向移动-Δz，使相机在Z方向稳定。

位于相机稳定平台100对称两侧的第一激光尺50和第二激光尺60可以检测相机稳定平台100两侧到对应侧的第一导轨和第二导轨的距离z1和z2。当轨道机器人在运行过程中发生抖动时，位于相机稳定平台中心的相机在Z方向就会发生偏移，相机稳定平台100两侧到对应侧的第一导轨和第二导轨的距离z1和z2会变成z1’和z2’，具体如图4所示。在图2所示流程步骤实施例中，所述第一距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z1和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z1’，所述第二距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z2和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z2’。

控制器根据第一距离计算出相机稳定平台的第一侧与第一导轨之间距离的第一变化量为z1’-z1，所述控制器根据第二距离计算出相机稳定平台的第二侧与第二导轨之间距离的第二变化量为z2’-z2。控制器控制第一位移杆30和第三位移杆40在Z方向移动(z1-z1’)，第二位移杆和第四位移杆在Z方向移动(z2-z2’)，可使相机在Ry方向稳定。图4中实线表示原始Z方向上的位置高度，虚线表示调整后Z方向的高度。

本发明实施例所提供一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法在本发明所提的相机稳定平台的基础上，能够实现横向、高度方向和滚转方向三个方向上相机位置的主动调节，保证相机平台在三个方向上的稳定性，有效地保证了相机的在位精度，从而提高了相机的成像质量。进一步地，该相机稳定方法通过相机和测量装置的反馈三个方向的空间位置信息，控制器控制直线电机和滚珠丝杠等执行机构对相机位置进行闭环式控制，从而进一步地保证了相机在空间在位的精度，提高了相机的成像质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，所述相机设置于相机稳定平台上，所述相机稳定平台安装于轨道检测机器人上，所述相机稳定平台包括第一位移平台、第二位移平台、四个位移杆、测量装置和控制器，其特征在于，所述方法包括步骤：

所述相机拍摄图像并将图像传输给所述控制器，所述控制器接收所述图像，所述控制器根据所述图像识别出导轨在相机视场中的第一偏移量，并根据所述第一偏移量控制所述第一位移平台在第一方向上运动，使得所述相机在第一方向上处于稳定状态；

所述测量装置检测所述相机稳定平台的第一侧到第一导轨的第一距离，所述测量装置检测所述相机稳定平台的第二侧到第二导轨的第二距离，并将所述第一距离和第二距离传输给控制器；所述控制器接收所述第一距离和所述第二距离；

所述控制器根据所述第一距离和所述第二距离计算出所述相机稳定平台在第三方向上的第三偏移量，并根据所述第三偏移量控制所述四个位移杆同向等距移动，使得所述相机在第三方向上处于稳定状态；

所述控制器根据所述第一距离计算出所述相机稳定平台的第一侧与第一导轨之间距离的第一变化量，所述控制器根据所述第二距离计算出所述相机稳定平台的第二侧与第二导轨之间距离的第二变化量，并根据所述第一变化量和第二变化量分别控制所述四个位移杆移动，使得所述相机在绕第二方向的旋转方向上处于稳定状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述第一方向为笛卡尔坐标系中的X方向，所述第二方向为笛卡尔坐标系中的Y方向，所述第三方向为笛卡尔坐标系中的Z方向。

3.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，当所述相机在第一方向上处于稳定状态时，第一导轨和第二导轨到所述相机的视场中心的距离相等。

4.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，当所述第一偏移量为Δx时，所述控制器以-Δx为输入量对第一位移平台进行闭环控制，使所述第一位移平台在第一方向上运动-Δx。

5.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述第一距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z1和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z1’，所述第二距离包括所述相机处于稳定状态时在第三方向上的距离z2和所述相机处于运动状态时在第三方向上的距离z2’。

6.根据权利要求5所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述第三偏移量Δz＝(z1’+z2’)/2-(z1+z2)/2,所述控制器控制所述四个位移杆在第三方向上移动-Δz。

7.根据权利要求5所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述第一变化量为z1’-z1，所述第二变化量为z2’-z2，所述控制器控制所述四个位移杆中的两个位移杆在第三方向上移动z1-z1’，所述控制器控制所述四位移杆中的其他两个位移杆在第三方向上移动z2-z2’。

8.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述测量装置包括第一激光尺和第二激光尺，所述第一激光尺和所述第二激光尺分别位于所述相机稳定平台的下表面的两侧，并且所述第一激光尺和所述第二激光尺在第一方向上的距离等于轨道的宽度。

9.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述四个位移杆分别为第一位移杆、第二位移杆、第三位移杆和第四位移杆，所述四个位移杆分别分布于所述相机稳定平台的四个角落处。

10.根据权利要求1所述的一种用于轨道检测的相机挂载平台位置修正方法，其特征在于，所述第二位移平台位于所述第一位移平台的中间区域。