[0001] 本申请涉及图像处理领域，具体涉及一种基于投影光栅的电梯轨道检测系统。

[0002] 传统的电梯轨道检测方法主要依赖人工操作，通常使用接触式测量工具进行逐点检测。这种方法不仅耗时费力，且测量精度容易受到人为因素的影响，例如操作者的技能水平和注意力。此外，接触式检测往往难以实现对轨道全程的高精度检测和实时监控，且由于直接接触轨道表面，可能会导致磨损或损伤，从而影响电梯的正常运行和安全性。近年来，非接触式检测方法逐渐被引入到轨道检测领域。非接触式检测技术凭借其高测量精度、快速响应和无损伤的特点，能够对轨道的三维形貌进行精确检测。这种方法通过使用激光、光栅投影或其他先进传感器，能够在不接触轨道的情况下，迅速获取大量数据，减少了人为干预带来的误差。

[0003] 然而，尽管现有的非接触式检测技术能够提供高精度的测量结果，在实时监控和故障预测方面依然存在一定的不足。现有技术无法有效保障在电梯运行过程中对轨道状态变化的及时监测与故障预测。在轨道发生潜在故障时，无法及时采取维护措施，从而影响电梯的安全性和维护效率。因此，亟需进一步改进检测技术，以实现更高效的实时监控和故障预测能力，为电梯的安全运行提供更加可靠的保障。

[0061] 下面结合具体实施例本申请作进一步的详细说明。

[0062] 如图1、图2所示，一种基于投影光栅的电梯轨道检测系统，包括：

[0063] 光栅投影仪5，安装于电梯轿厢的顶部；

[0064] 摄像头2有两个，分别设置于光栅投影仪5的两侧，用于对投影至电梯轨道上的光栅信息进行采集；

[0065] 光敏传感器4，安装于相邻的光栅投影仪5和摄像头2之间；

[0066] LED灯带1，照射向摄像头2的拍照位置；

[0067] 香橙派6分别与摄像头2、光敏传感器4、LED灯带1电性连接；香橙派6还与上位机连接；

[0068] 进一步的，还包括安装于电梯轿厢顶部的姿态传感器3，姿态传感器3与香橙派6电性连接；

[0069] 光敏传感器4、摄像头2和LED灯带1通过曲形轨支架8安装于电梯轿厢的顶部；

[0070] 进一步的，光栅投影仪5安装于曲形轨支架8的中部，LED灯带1安装于曲形轨支架8的两端；

[0071] 光敏传感器4、摄像头2和LED灯带1分别通过一个C形的移动底座与曲形轨支架8活动连接。

[0072] 如图3所示，电梯轨道缺陷检测按如下步骤进行：

[0073] 本实施例中，如图4所示，按照预设的条件对实验参数进行测量和采集，如图(5)所示，其中，(a)摄像机和相面间距d＝240cm，(b)摄像机与投影水平间距l＝10cm，(c)电梯钢轨高度约5.5cm，(d)电梯形变物体高度约2.5cm；

[0074] S1、通过光敏传感器4控制LED灯带1的亮度，得到恒定光场；

[0075] S2、如图5所示，在恒定光场条件下，通过光栅投影仪5得到参考面条纹图像和形变条纹图像；

[0076] S3、通过摄像头2对参考面条纹图像和形变条纹图像进行采集，并将采集到的图像传输给香橙派6进行预处理；具体如下：

[0077] 预处理具体为通过高斯滤波器对进行图像平滑处理，步骤如下：

[0078] S3.1、对比3种不同的高斯滤波器的滤波效果，并选择效果最佳的高斯滤波器进行滤波处理；

[0079] 如图6所示，经过对比，本实施例选择的滤波器大小为5×5，标准差为1，此时的条纹的波峰和波谷不同程度的毛刺尖峰得到了明显改善；

[0080] S3.2、对滤波处理后的图像进行归一化处理，得到投影光栅条纹周期；本实施例中为32像素一个周期；

[0081] S4、如图7所示，通过将预处理后的参考面条纹图像和形变条纹图像的相位主值并相减，得到包裹相位；

[0082] S5、通过菱形解包裹进行相位解包裹；

[0083] 菱形解包裹的步骤如下：

[0084] S5.1、通过相减后的相位图，确定图中的可展开点和不可展开点；

[0085] 可展开点即指那些没有被包裹、没有相位跳跃或误差的点，相邻点的相位差不超过2π；不存在极点、噪声或干扰，可以通过相位差计算来恢复其真实的相位值；

[0086] 不可展开点是指极点，噪声区域，以及边缘区域；相位值存在跳变；

[0087] 确定方法如下：

[0088] S5.1.1、通过边缘检测算法，检测图像的边缘区域，标记为不可展开点；

[0089] S5.1.2、采用局部方差计算的方法，检测图像中的噪声区域，标记为不可展开点；

[0090] S5.1.3、通过计算相邻像素点的相位差的绝对值是否大于预设值t，t∈(‑π，π)，大于则为不可展开点；

[0091] S5.1.4、通过去除掉所有不可展开点，保留下来的点则全部为可展开点；

[0092] S5.2、以可展开点为初始点，初始点满足其四邻域均为可展开点的条件，如图8所示：以A点为中心，向其四邻域按照上‑左‑下‑右的顺序(BCDE)依次展开，然后第二批展开的起始点则为BCDE，继续遍历展开。

[0093] S5.3、在菱形扩展的过程中，对每个点的相位进行解包裹；

[0094] 解包裹的过程是通过积分路径来实现的，积分路径从初始点开始(即满足要求的可展开点)，沿着菱形轨迹(即以A为中心，向其四邻域按照上‑左‑下‑右的顺序依次展开，然后第二批展开的起始点则为BCDE，继续遍历展开。其上‑左‑下‑右的(BCDE)的展开即为菱形轨迹)逐步扩展到整个图像完成解包裹；在积分路径上，通过计算相邻像素点的相位差，并累加到前一个像素点的相位上，从而得到当前像素点的绝对相位值；

[0095] 绝对相位值用以计算高度信息；

[0096] S6、将相位解包裹后的相位信息转化为高度信息并进行三维重建；

[0097] 具体的，如图9所示，最终重构出的电梯轨道形变高度为129.438像素。

[0098] S7、对三维重建图进行误差分析，得到最终三维重建图，以完成对电梯轨道的重建。

[0099] 重建出的电梯轨道平均高度约为252.408像素值，(由于相机尺寸标定为0.2148mm),得到对应实际高度为5.42cm与真实电梯轨道高度相差约0.8mm，可满足轨道跨度在3.5m以内时，每1000mm高不超过±2.0mm；满足轨道跨度在3.5m以上时，每1000mm高不超过±3.0mm的标准要求。

[0100] 进一步的，投影光栅条纹周期调整为21像素并重新进行试验，得到误差重减小；因此，当投影光栅的周期减小时测量结果精度越高。在现实中可根据实际场所及电梯的运行速度对投影光栅的周期进行调整以达到足够的精度。

[0101] 进一步的，如图10所示，本申请基于投影光栅的电梯轨道检测系统采用不同的检测模式，根据电梯的运行状态进行相应的检测，确保检测结果的准确性和实时性。

[0102] 电梯状态检测：

[0103] 系统首先对电梯的运行状态进行检测，分为空载或低速运行和高速运行两种情况。电梯状态的识别通过姿态传感器3和其他相关传感器的实时数据分析实现。若电梯处于空载或低速状态，则进入高精度模式；若电梯处于高速状态，则进入扫描模式。

[0104] 高精度模式：在空载或低速运行情况下，系统采用高精度模式进行轨道检测。在此模式下，光栅投影仪5以更高的精度进行光栅图案投射，摄像头2捕捉到的图像也会进行高分辨率处理，确保获取到轨道的细节信息。系统将光敏传感器4收集的光照数据应用于LED灯带1，确保检测区域始终保持均匀的光照条件，从而提高成像质量和准确性。在此模式下，系统进行详细的轨道表面检测，分析并记录轨道的平整度和磨损情况，为后续维护提供数据支持。

[0105] 扫描模式：当电梯处于高速运行状态时，系统切换到扫描模式。在此模式下，光栅投影仪5和摄像头2迅速进行数据采集，以适应电梯的快速运行。扫描模式下，系统主要关注轨道的整体状态监测，实时捕捉轨道表面的变化，并对轨道的安全性进行初步判断。在此模式下，香橙派6持续监测图像数据，通过UDP协议将检测结果实时传输至上位机，进行进一步的分析和处理。

[0106] 轨道监控与实时预警：无论处于高精度模式还是扫描模式，系统都对轨道的运行状态进行实时监控。当检测到轨道的异常情况时，如平整度超过预设的阈值，系统会自动发出警报信号，并通过上位机通知维护人员。