一种轨道巡检机器人相机同步模组的制作方法

1.本发明实施例涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种轨道巡检机器人相机同步模组。


背景技术：

2.近年来，随着高铁的大力建设，轨道巡检机器人需求越来越旺盛，线阵相机是轨道巡检机器人进行图像视觉识别的重要手段，依靠线阵相机可以在轨道巡检机器人高速、变速的运动情况下依旧拍摄出高清的图像，从而为后期算法识别提供了可靠的数据源。
3.为了全面、准确的检测铁路轨道的运行情况，通常情况下，轨道巡检机器人搭载多路线阵相机进行不同方位的识别，来合成铁轨的完整图像，由于不同线阵相机对脉冲的需求不同，故每路线阵相机单独连接编码器触发图像采集，如此轨道巡检机器人中多路线阵相机需要连接多个编码器。
4.由于每路线阵相机单独连接编码器触发图像采集，多路线阵相机触发图像采集的时刻得不到同步，存在时间差，影响铁轨的完整图像的合成，与此同时，编码器输出脉冲不可调整或者调整范围有限，不能动态的满足不同线阵相机对脉冲的需求。


技术实现要素：

5.为了解决上述由于每路线阵相机单独连接编码器触发图像采集，多路线阵相机触发图像采集的时刻得不到同步，存在时间差，影响铁轨的完整图像的合成，与此同时，编码器输出脉冲不可调整或者调整范围有限，不能动态的满足不同线阵相机对脉冲的需求的技术问题，本发明实施例提供了一种轨道巡检机器人相机同步模组。具体技术方案如下：
6.一种轨道巡检机器人相机同步模组，所述轨道巡检机器人相机同步模组包括：编码器、主控芯片、m只同步脉冲接口电路以及m组相机，其中，所述编码器与所述主控芯片连接，所述主控芯片与m只所述同步脉冲接口电路分别连接，m只所述同步脉冲接口电路与m组所述相机一一对应连接，所述m包括正整数；
7.所述编码器安装于轨道巡检机器人从动车轮上，且在所述轨道巡检机器人从动车轮运动的情况下，所述编码器随着所述轨道巡检机器人从动车轮的运动而输出初始脉冲，并传输至所述主控芯片；
8.所述主控芯片获取m组所述相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组所述相机各组对应的所述预设脉冲要求，对所述初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组所述相机各组对应的同步脉冲；
9.所述主控芯片将m组所述相机各组对应的所述同步脉冲，通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机，触发m组所述相机各组内部同步采集图像。
10.在一个可选的实施方式中，所述主控芯片将m组所述相机各组对应的所述同步脉冲，通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机，包括：
11.所述主控芯片确定所述轨道巡检机器人的运动方向，以及确定所述轨道巡检机器人预设的巡检方向，并判断所述运动方向是否与所述巡检方向一致；
12.所述主控芯片在所述运动方向与所述巡检方向一致的情况下，将m组所述相机各组对应的所述同步脉冲，通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机。
13.在一个可选的实施方式中，所述轨道巡检机器人相机同步模组还包括：
14.所述主控芯片在所述运动方向与所述巡检方向未一致的情况下，禁止将m组所述相机各组对应的所述同步脉冲，通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机。
15.在一个可选的实施方式中，所述初始脉冲包括两路正交型pwm脉冲，所述主控芯片确定所述轨道巡检机器人的运动方向，包括：
16.所述主控芯片根据所述两路正交型pwm脉冲的相位差，确定所述轨道巡检机器人的运动方向。
17.在一个可选的实施方式中，所述轨道巡检机器人相机同步模组还包括：电磁防护电路；
18.所述编码器与所述主控芯片连接，包括：所述编码器与所述电磁防护电路连接，所述电磁防护电路与所述主控芯片连接；
19.所述传输至所述主控芯片，包括：通过所述电磁防护电路传输至所述主控芯片，且所述电磁防护电路防止静电进入所述主控芯片。
20.在一个可选的实施方式中，所述轨道巡检机器人相机同步模组还包括：电平转换电路；
21.所述电磁防护电路与所述主控芯片连接，包括：所述电磁防护电路与所述电平转换电路连接，所述电平转换电路与所述主控芯片连接；
22.所述通过所述电磁防护电路传输至所述主控芯片，包括：通过所述电磁防护电路传输至所述电平转换电路，所述电平转换电路对所述初始脉冲电平进行转换，并传输至所述主控芯片。
23.在一个可选的实施方式中，所述轨道巡检机器人相机同步模组还包括：m只输出电平转换电路；
24.所述主控芯片与m只所述输出电平转换电路分别连接，所述m只所述输出电平转换电路与m只所述同步脉冲接口电路一一对应连接；
25.所述主控芯片将m组所述相机各组对应的所述同步脉冲，通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机，包括：
26.所述主控芯片通过m组所述相机各组对应的所述输出电平转换电路，对m组所述相机各组对应的所述同步脉冲电平进行转换；以及，
27.通过m组所述相机各组对应的所述同步脉冲接口电路输出至m组所述相机。
28.在一个可选的实施方式中，所述轨道巡检机器人相机同步模组还包括：数据上传电路，所述数据上传电路与所述主控芯片连接；
29.所述主控芯片确定所述轨道巡检机器人从动车轮的运动速度以及所述轨道巡检机器人的运动里程，并通过所述数据上传电路进行上报。
30.在一个可选的实施方式中，所述主控芯片确定所述轨道巡检机器人从动车轮的运动速度以及所述轨道巡检机器人的运动里程，包括：
31.所述主控芯片确定所述轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数，并统计所述初始脉冲的目标脉冲数量；
32.所述主控芯片根据所述目标脉冲数量以及所述相关系数，确定所述轨道巡检机器人从动车轮的运动速度以及所述轨道巡检机器人的运动里程。
33.在一个可选的实施方式中，所述主控芯片包括：fpga、cpld或单片机。
34.本发明实施例提供的轨道巡检机器人相机同步模组，编码器安装于轨道巡检机器人从动车轮上，在轨道巡检机器人从动车轮运动的情况下，编码器随着轨道巡检机器人从动车轮的运动而输出初始脉冲，并传输至主控芯片，主控芯片获取m组相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，主控芯片将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。如此主控芯片获取m组相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，m组相机各组内部同步采集图像，避免时间差，避免影响铁轨的完整图像的合成，且主控芯片根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，可以动态的满足不同相机对脉冲的需求。
附图说明
35.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例中示出的一种轨道巡检机器人相机同步模组的架构示意图；
38.图2为本发明实施例中示出的另一种轨道巡检机器人相机同步模组的架构示意图；
39.图3为本发明实施例中示出的另一种轨道巡检机器人相机同步模组的架构示意图；
40.图4为本发明实施例中示出的另一种轨道巡检机器人相机同步模组的架构示意图；
41.图5为本发明实施例中示出的另一种轨道巡检机器人相机同步模组的架构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，为本发明实施例提供的一种轨道巡检机器人相机同步模组的结构示意图，该轨道巡检机器人相机同步模组可以包括：编码器、主控芯片、m只同步脉冲接口电路以及m组相机，其中，编码器与主控芯片连接，主控芯片与m只同步脉冲接口电路分别连接，m只同步脉冲接口电路与m组相机一一对应连接，m包括正整数，且组内相机的数量至少是1。
44.对于编码器，可以安装于轨道巡检机器人从动车轮上，在轨道巡检机器人从动车轮运动的情况下，编码器随着轨道巡检机器人从动车轮的运动而输出初始脉冲，并传输至主控芯片。
45.例如，对于编码器，可以安装于轨道巡检机器人从动车轮上，在轨道巡检机器人从动车轮运动的情况下，轨道巡检机器人从动车轮转动一圈，编码器输出10个初始脉冲，并传输至主控芯片。
46.对于主控芯片，可以获取m组相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲。
47.例如，编码器输出初始脉冲为1024个脉冲，而如图1所示的1组相机(例如线阵相机)，1组组内相机图像采集脉冲为256个脉冲，主控芯片据此进行逻辑控制设置分频系数为4，对初始脉冲进行分频处理，得到1组相机对应的同步脉冲，该同步脉冲为256个脉冲。
48.例如，编码器输出初始脉冲为1024个脉冲，而如图1所示的2组相机，2组组内相机图像采集脉冲为2048个脉冲，主控芯片据此进行逻辑控制设置倍频系数为2，对初始脉冲进行倍频处理，得到2组相机对应的同步脉冲，该同步脉冲为2048个脉冲。
49.需要说明的是，对于主控芯片，可以是fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)、cpld(complex programming logic device，复杂可编程逻辑器件)或单片机，本发明实施例对此不作限定。其中，在主控芯片为fpga的情况下，可以利用fpga锁相环电路实现倍频设计。
50.对于主控芯片，将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。需要说明的是，对于相机，例如可以是线阵相机，可以是全景相机，本发明实施例对此不作限定。
51.例如，如图1所示的1组线阵相机，对于主控芯片，将1组线阵相机对应的同步脉冲，通过1组线阵相机对应的同步脉冲接口电路1输出至1组线阵相机，进而触发1组线阵相机内部同步采集图像。
52.例如，如图1所示的2组线阵相机，对于主控芯片，将2组线阵相机对应的同步脉冲，通过2组线阵相机对应的同步脉冲接口电路2输出至2组线阵相机，进而触发2组线阵相机内部同步采集图像。
53.需要说明的是，对于m组相机各组对应的同步脉冲，脉冲个数可以一致，也可以不一致，本发明实施例对此不作限定。在脉冲个数不一致的情况下，m组相机以不同的频率进行图像采集，但是组内相机图像采集时间同步。
54.例如，对于m组线阵相机各组对应的同步脉冲，均可以是256个脉冲。例如，对于1组线阵相机对应的同步脉冲，可以是256个脉冲，对于2组线阵相机对应的同步脉冲，可以是2048个脉冲，如此两组线阵相机以2种不同的频率进行图像采集，但是组内3个线阵相机图像采集时间同步。
55.通过上述对本发明实施例提供的轨道巡检机器人相机同步模组的描述，编码器安装于轨道巡检机器人从动车轮上，在轨道巡检机器人从动车轮运动的情况下，编码器随着轨道巡检机器人从动车轮的运动而输出初始脉冲，并传输至主控芯片，主控芯片获取m组相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，主控芯片将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。
56.如此主控芯片获取m组相机各组对应的预设脉冲要求，根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，m组相机各组内部同步采集图像，避免时间差，避免影响铁轨的完整图像的合成，且主控芯片根据m组相机各组对应的预设脉冲要求，对初始脉冲进行分频或倍频处理，得到m组相机各组对应的同步脉冲，可以动态的满足不同相机对脉冲的需求。
57.此外，对于轨道巡检机器人，在轨道巡检过程中经常会出现前进、后退两种运动状态，根据业务场景需求，一般一次轨道巡检过程往往需要在前进或后退过程中采集图像，基于此，主控芯片可以根据系统设置自动实现轨道巡检机器人在前进或者后退过程中进行输出，在相反方向上运动时则停止输出。
58.具体地，对于主控芯片，可以确定轨道巡检机器人的运动方向，以及确定轨道巡检机器人预设的巡检方向，并判断轨道巡检机器人的运动方向是否与轨道巡检机器人预设的巡检方向一致；
59.对于主控芯片，在轨道巡检机器人的运动方向与轨道巡检机器人预设的巡检方向一致的情况下，将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。
60.对于主控芯片，在轨道巡检机器人的运动方向与轨道巡检机器人预设的巡检方向未一致的情况下，禁止将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，从而并不会触发m组相机各组内部同步采集图像。
61.例如，对于主控芯片，确定轨道巡检机器人的运动方向：前进，以及确定轨道巡检机器人预设的巡检方向：前进，由此可知轨道巡检机器人的运动方向与轨道巡检机器人预设的巡检方向一致，从而将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。
62.例如，对于主控芯片，确定轨道巡检机器人的运动方向：后退，以及确定轨道巡检机器人预设的巡检方向：前进，由此可知轨道巡检机器人的运动方向与轨道巡检机器人预设的巡检方向未一致，从而禁止将m组相机各组对应的同步脉冲，通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，从而并不会触发m组相机各组内部同步采集图像。
63.在本发明实施例中，对于初始脉冲，可以包括两路正交型pwm脉冲，即ab两路正交型pwm脉冲，假设轨道巡检机器人处于前进运动状态的情况下，a路相位比b路相位快90度，相反的，假设轨道巡检机器人处于后退运动状态的情况下，b路相位比a路相位快90度，如此主控芯片可以根据两路正交型pwm脉冲的相位差，确定轨道巡检机器人的运动方向。
64.在本发明实施例中，为了防止静电等外部干扰进入主控芯片，影响信号控制，为此，对于轨道巡检机器人相机同步模组还可以包括：编码器采集接口电路(负责连接编码
器)以及电磁防护电路。
65.如图2所示，编码器与编码器采集接口电路连接，编码器采集接口电路与电磁防护电路连接，电磁防护电路与主控芯片连接。
66.ab两路正交型pwm脉冲通过编码器采集接口电路进入后，通过电磁防护电路传输至主控芯片，期间，电磁防护电路防止静电等外部干扰进入主控芯片，避免影响信号控制。
67.在本发明实施例中，对于主控芯片，存在可接受的电平范围，例如3.3v，因此需要对ab两路正交型pwm脉冲电平进行转换，故对于轨道巡检机器人相机同步模组还可以包括：电平转换电路。如图3所示，电磁防护电路与电平转换电路连接，电平转换电路与主控芯片连接。
68.ab两路正交型pwm脉冲通过编码器采集接口电路进入后，通过电磁防护电路传输至电平转换电路，电平转换电路对ab两路正交型pwm脉冲电平进行转换，例如ab两路正交型pwm脉冲电平5v，转换为主控芯片可接受的电平范围3.3v，然后传输至主控芯片。如此对于ab两路正交型pwm脉冲，可以经过电磁防护电路与电平转换电路进入主控芯片。
69.需要说明的是，对于电平转换电路，对ab两路正交型pwm脉冲电平进行转换，可以是升压，例如3.3v转换为5v，也可以是降压，例如5v转换为3.3v，本发明实施例对此不作限定。
70.在本发明实施例中，对于各组组内相机，存在可接受的电平范围，因此需要对同步脉冲电平进行转换，故对于轨道巡检机器人相机同步模组还可以包括：m只输出电平转换电路。如图4所示，主控芯片与m只输出电平转换电路分别连接，m只输出电平转换电路与m只同步脉冲接口电路一一对应连接。
71.对于主控芯片，通过m组相机各组对应的输出电平转换电路，对m组相机各组对应的同步脉冲电平进行转换，例如，同步脉冲电平5v转换为3.3v，然后通过m组相机各组对应的同步脉冲接口电路输出至m组相机，触发m组相机各组内部同步采集图像。
72.例如，如图4所示的1组相机，对于主控芯片，通过1组相机对应的输出电平转换电路1，对1组相机对应的同步脉冲电平进行转换，转换为1组相机所需的电平范围，例如，同步脉冲电平5v转换为3.3v，然后再通过1组相机对应的同步脉冲接口电路1输出至1组相机，触发1组相机内部同步采集图像。
73.例如，如图4所示的2组相机，对于主控芯片，通过2组相机对应的输出电平转换电路2，对2组相机对应的同步脉冲电平进行转换，转换为2组相机所需的电平范围，例如，同步脉冲电平3.3v转换为5v，然后再通过2组相机对应的同步脉冲接口电路2输出至2组相机，触发2组相机内部同步采集图像。
74.此外，在本发明实施例中，还可以上报轨道巡检机器人的运动速度等数据，故对于轨道巡检机器人相机同步模组，还可以包括：电源、数据上传电路、调试接口电路。
75.如图5所示，数据上传电路与主控芯片连接，调试接口电路与主控芯片连接，电源用于为轨道巡检机器人相机同步模组供电，调试接口电路用于与主控芯片进行通信，进行系统设置等调试工作。
76.对于主控芯片，可以确定轨道巡检机器人从动车轮的运动速度以及轨道巡检机器人的运动里程，并通过数据上传电路进行上报。其中，一般通过rs232、can进行数据上传，本发明实施例对此不作限定。
77.具体地，对于主控芯片，可以确定轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数，并统计初始脉冲的目标脉冲数量，根据目标脉冲数量以及相关系数，确定轨道巡检机器人从动车轮的运动速度以及轨道巡检机器人的运动里程。
78.例如，轨道巡检机器人从动车轮的周长为100cm，轨道巡检机器人从动车轮转动一圈，编码器输出的ab两路正交型pwm脉冲个数为10，由此可知轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数为10，即轨道巡检机器人从动车轮转动10cm，编码器输出1个ab两路正交型pwm脉冲。
79.对于主控芯片，确定轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数10，并统计ab两路正交型pwm脉冲的脉冲数量，根据轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数10，以及脉冲数量，可以计算出轨道巡检机器人的运动里程，即脉冲数量/相关系数10*周长100cm＝轨道巡检机器人的运动里程。
80.此外，轨道巡检机器人从动车轮的周长为100cm，轨道巡检机器人从动车轮转动一圈，编码器输出的ab两路正交型pwm脉冲个数为10，10个ab两路正交型pwm脉冲对应一定的时间，例如5毫秒，占据1秒的十二分之一，意味着轨道巡检机器人从动车轮的运动速度为12转/每秒。
81.对于主控芯片，确定轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数10，并统计ab两路正交型pwm脉冲的脉冲数量，根据轨道巡检机器人从动车轮的周长与脉冲数量的相关系数10，以及脉冲数量1200，可以计算出轨道巡检机器人从动车轮的运动速度，即脉冲数量1200/统计时间10秒＝脉冲数量120/每秒，(脉冲数量120/每秒)/相关系数10＝轨道巡检机器人从动车轮的运动速度12转/每秒。
82.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在存储介质中，或者从一个存储介质向另一个存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
83.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
84.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
85.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。