滾動(dòng)輪撓度計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于滾動(dòng)輪撓度測(cè)量的方法和裝置(1)。所述裝置包括：滾動(dòng)輪(4)，其在第一方向上沿測(cè)量表面(2)移動(dòng)，框架(6)，其從至少所述滾動(dòng)輪(4)在所述第一方向上沿所述測(cè)量表面(2)實(shí)質(zhì)上進(jìn)行延伸，四個(gè)分隔開(kāi)的激光距離傳感器(7，8，9，10)，用于在第一時(shí)間間隔中使用每個(gè)所述距離傳感器(7，8，9，10)來(lái)掃描多個(gè)線條以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的虛像的裝置，在所述虛像中像素值代表距離，適于對(duì)虛像進(jìn)行比較和匹配以識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域的數(shù)據(jù)處理裝置，以及適于基于所述識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域而從虛像中通過(guò)使用所述虛像的匹配像素值來(lái)計(jì)算撓度值的數(shù)據(jù)處理裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】滾動(dòng)輪撓度計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于滾動(dòng)輪撓度（Deflection)測(cè)量的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 滾動(dòng)輪撓度計(jì)被用于對(duì)諸如覆蓋有混凝土或浙青的公路或機(jī)場(chǎng)跑道等道路的斷 層或缺陷進(jìn)行測(cè)定。滾動(dòng)輪撓度計(jì)包括由車(chē)輪支撐的重量（比如2萬(wàn)千克），其中該車(chē)輪以 達(dá)至100千米/小時(shí)的相對(duì)高速在道路上進(jìn)行滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)。這個(gè)重量在車(chē)輪周?chē)牡缆分幸?起局部化的彎沉盆。彎沉盆的深度和形狀可以被用作為道路中的斷層或缺陷的指示器，斷 層或缺陷需要進(jìn)一步的調(diào)查。由于高速度，滾動(dòng)輪撓度計(jì)的使用是對(duì)道路進(jìn)行測(cè)定的一種 有效方式。
[0003] 然而，如在US-A-5753808或文章"RollingWeightDeflectometerwithThermal andVibrationBendingCompensation，'John，R.F.等人，TRANSPORTATIONRESEARCH RECORD1540, 1996中所解釋的，與道路總體的表面粗糙度相比，道路中所引起的撓度是相 當(dāng)微小的，比如在100微米至2000微米的量級(jí)，因此以100千米/小時(shí)進(jìn)行測(cè)量是一項(xiàng)不 太容易的工作。如在US-A-5753808中所解釋的，傳統(tǒng)的滾動(dòng)輪撓度計(jì)使用多個(gè)（比如四 個(gè)）距離傳感器，其中，這些距離傳感器沿橫梁以等距間隔進(jìn)行布置并且測(cè)量向下至道路 的距離。距離傳感器中的一個(gè)布置在這樣一個(gè)點(diǎn)的上方：在該點(diǎn)處，承載輪與道路嚙合并 且使道路偏轉(zhuǎn)，而其他距離傳感器沿在承載輪前方的橫梁以等距間隔進(jìn)行布置，如在運(yùn)動(dòng) 方向上所見(jiàn)的。當(dāng)在兩個(gè)后來(lái)情形中對(duì)來(lái)自于所有傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，即當(dāng)承 載輪準(zhǔn)確地移動(dòng)了一個(gè)距離傳感器間隔時(shí)，也就是從第一位置到第二位置（該位置準(zhǔn)確 對(duì)應(yīng)于當(dāng)承載輪在第一位置時(shí)在前距離傳感器所處的位置）時(shí)，通過(guò)使用合適的、比如在 US-A-5753808中所解釋的被稱(chēng)為哈爾算法（Harralgorithm)的算法可以對(duì)引起的撓度進(jìn) 行非常精確地計(jì)算。
[0004] 然而，對(duì)于產(chǎn)生精確及有用結(jié)果的算法而言，位于移動(dòng)的承載輪和在前距離檢測(cè) 器之間的準(zhǔn)確相同位置的識(shí)別需要非常的準(zhǔn)確。同樣的情況在運(yùn)動(dòng)方向上也存在于另外在 前距離傳感器以及它們相應(yīng)的前輩。這意味著用于測(cè)量移動(dòng)距離的里程表是需要精確的以 防止在第二位置前面或后面的測(cè)量，而且這種追蹤需要精確以不測(cè)量第二位置的左側(cè)或右 偵牝這是因?yàn)樵谶@些相鄰區(qū)域中道路的自然高度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)撓度的高度，這才是測(cè)量的 意圖并且因此破壞了任何一種測(cè)量。
[0005] US-A-5753808通過(guò)使用激光來(lái)測(cè)量至相對(duì)大的斑點(diǎn)、比如具有5厘米和2. 5厘米 的主軸的橢圓形的距離從而尋求克服這種問(wèn)題，因此取在發(fā)亮區(qū)域中的變化的平均值。斑 點(diǎn)的尺寸也增加了以下可能性：即兩個(gè)后來(lái)測(cè)量的橢圓形登記了足夠的重疊，以并非不利 地影響測(cè)量。
[0006] 然而,仍然存在以下期望：即，獲取到比利用US-A-5753808的滾動(dòng)輪撓度計(jì)來(lái)獲 取的測(cè)量更精確的測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)用于滾動(dòng)輪撓度測(cè)量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，所述 方法包括：提供在第一方向上沿測(cè)量表面移動(dòng)的滾動(dòng)輪，提供從至少所述滾動(dòng)輪起在所述 第一方向上沿所述測(cè)量表面實(shí)質(zhì)上延伸的框架，提供至少四個(gè)分隔開(kāi)的激光距離傳感器， 其中，第一距離傳感器被布置在對(duì)應(yīng)于所述滾動(dòng)輪的位置，并且其余距離傳感器以第一在 前距離傳感器、第二在前距離傳感器和第三在前距離傳感器在所述第一方向上分別在所述 第一距離傳感器前面而被布置，在第一時(shí)間間隔中掃描與每個(gè)所述距離傳感器的目標(biāo)區(qū)域 相對(duì)應(yīng)的所述測(cè)量表面上的多個(gè)線條，以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的圖像，在所述第一時(shí)間間隔中通 過(guò)使用每個(gè)所述距離傳感器來(lái)掃描所述測(cè)量表面上的多個(gè)線條，以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的虛像， 在所述虛像中像素值代表距離，通過(guò)使用數(shù)據(jù)處理裝置來(lái)對(duì)所述圖像進(jìn)行比較和匹配，以 識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域，從所述第一集合和第二集合虛像中通過(guò)使用所述虛像的匹配像素值來(lái)計(jì) 算撓度值。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過(guò)用于滾動(dòng)輪撓度測(cè)量的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，所述 裝置包括：滾動(dòng)輪，其在第一方向上沿測(cè)量表面移動(dòng)，框架，其從至少所述滾動(dòng)輪在所述第 一方向上沿所述測(cè)量表面實(shí)質(zhì)上進(jìn)行延伸，至少四個(gè)分隔開(kāi)的激光距離傳感器，其中，第一 距離傳感器布置在對(duì)應(yīng)于所述滾動(dòng)輪的位置，并且其余距離傳感器以第一在前距離傳感 器、第二在前距離傳感器和第三在前距離傳感器在所述第一方向上分別在所述第一距離傳 感器前面而被布置，用于在第一時(shí)間間隔中使用每個(gè)所述距離傳感器來(lái)掃描多個(gè)線條以獲 得對(duì)應(yīng)數(shù)量的虛像的裝置，在所述虛像中像素值代表距離，適于對(duì)虛像進(jìn)行比較和匹配以 識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域的數(shù)據(jù)處理裝置，以及適于基于所述識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域而從虛像中通過(guò)使用 所述虛像的匹配像素值來(lái)計(jì)算撓度值的數(shù)據(jù)處理裝置。
[0009] 通過(guò)對(duì)虛像進(jìn)行比較和匹配，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量中非常高的精確度，因?yàn)榭梢葬槍?duì)每 個(gè)或每一匹配的像素和隨后計(jì)算的平均值來(lái)進(jìn)行使用哈爾算法的計(jì)算以消除任何可能的 誤差，比如匹配誤差、C⑶噪音誤差、移動(dòng)的外來(lái)目標(biāo)的誤差等。將哈爾算法使用在點(diǎn)上， 艮P，被確定地識(shí)別為表面上相同位置的像素，顯然會(huì)產(chǎn)生更好的結(jié)果，即對(duì)大區(qū)域上方的平 均值進(jìn)行比較，且其中的匹配程度是未知的。根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例，所述圖像為所述虛像， 并且在所述數(shù)據(jù)處理裝置中對(duì)所述虛像進(jìn)行比較和匹配，以識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域。直接使用虛 像以用于比較確保了對(duì)應(yīng)的區(qū)域的良好識(shí)別，并且避免針對(duì)額外圖像捕捉設(shè)備的需要。
[0010] 然而，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述圖像包括光強(qiáng)度值。因而，給出了識(shí)別道路 表面的對(duì)應(yīng)區(qū)域的進(jìn)一步的可能性。此外，替換或者除了距離信息之外，使用光強(qiáng)度值可以 改善對(duì)于對(duì)應(yīng)的區(qū)域的識(shí)別率。
[0011] 根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，所述圖像包括由相應(yīng)的距離傳感器提供的光強(qiáng)度值。 這允許具有雙重信息輸出的距離傳感器的使用，因此避免了對(duì)另外傳感器的需要。
[0012] 根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)來(lái)自所述距離傳感器的成對(duì)的圖像執(zhí)行所述比較和匹 配。這使得在無(wú)需等待的情形下通過(guò)使用哈爾算法來(lái)對(duì)撓度進(jìn)行計(jì)算，直到最后的距離傳 感器通過(guò)了與第一傳感器相同的位置，并且例如如果滾動(dòng)輪撓度計(jì)正在轉(zhuǎn)向，則減輕了最 后的距離傳感器忽略了由第一傳感器通過(guò)的任何點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0013] 根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)對(duì)100X100像素或更小的優(yōu)選為25X25像素的至少 一個(gè)圖像部分進(jìn)行比較和匹配來(lái)識(shí)別所述區(qū)域。這已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)時(shí)是夠的，并且產(chǎn)生可以通 過(guò)使用個(gè)人電腦來(lái)執(zhí)行的快速識(shí)別。
[0014] 根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)針對(duì)所述區(qū)域變化ΛZ、Ay和Λα的值來(lái)重復(fù)計(jì) 算相關(guān)性以執(zhí)行所述比較和匹配，其中Ax為傳輸方向上的位移，Ay為跨所述方向的橫向 位移，而Λα為由距離傳感器和隨后距離傳感器所記錄的第一圖像中所述區(qū)域的定向中 的角偏差。這會(huì)產(chǎn)生哈爾算法被應(yīng)用到的像素的有效識(shí)別，即使當(dāng)它們位于識(shí)別區(qū)域的外 部時(shí)也是如此。
[0015] 因此這會(huì)考慮特定的優(yōu)選實(shí)施例，其中，通過(guò)每次使用一個(gè)線條的像素值來(lái)逐行 地重復(fù)計(jì)算所述撓度值。因此對(duì)于每個(gè)添加到虛像的新線條而言，可以在實(shí)際上整個(gè)掃描 寬度上來(lái)對(duì)撓度進(jìn)行計(jì)算。
[0016] 根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，所述撓度值被計(jì)算為多個(gè)匹配像素的各個(gè)撓度值的平均 值。通過(guò)在多個(gè)匹配的計(jì)算值上計(jì)算平均值，平均值的精確度變得非常高，并且也抑制了源 于諸如所用的CCD攝像機(jī)的噪音。
[0017] 根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，沿掃描線的分辨率至少為1000像素，優(yōu)選為2000像素 或更高。這產(chǎn)生了足夠高的分辨率，同時(shí)使必要的計(jì)算能力保持在合理的水平，其中，可以 通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)便攜式個(gè)人電腦來(lái)執(zhí)行計(jì)算。同樣，可以通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)掃描產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)利用 這種分辨率的掃描。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 基于非限制性示例性實(shí)施例及參考示意性附圖，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述， 其中，
[0019] 圖1示意性地示出了一種根據(jù)本發(fā)明的、在兩個(gè)位置中、在時(shí)間和位置上對(duì)應(yīng)兩 個(gè)不同點(diǎn)的滾動(dòng)輪撓度計(jì)，
[0020] 圖2為一種通過(guò)使用滾動(dòng)輪撓度計(jì)的一個(gè)距離傳感器來(lái)記錄的虛像的示例，
[0021] 圖3為由四個(gè)不同的距離傳感器隨時(shí)間同時(shí)記載的與圖2中的虛像類(lèi)似的四個(gè)虛 像的示意圖，以及
[0022] 圖4為用于對(duì)一對(duì)虛像之間的像素進(jìn)行匹配的轉(zhuǎn)換中的隨時(shí)間變化的示意性圖 視。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖1的上部示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的、在第一位置的滾動(dòng)輪撓度計(jì)。該滾動(dòng) 輪撓度計(jì)適于沿試驗(yàn)路面2被移動(dòng)（典型地被牽引），其中，試驗(yàn)路面2由在大體上用箭頭 3來(lái)表示的第一方向上被測(cè)定的道路而形成。比如，該道路可以為覆蓋有針對(duì)斷層或缺陷務(wù) 必進(jìn)行測(cè)定的混凝土或浙青的公路或機(jī)場(chǎng)跑道。如名字所暗示的，滾動(dòng)輪撓度計(jì)包括作用 在承載輪4上的重量。支撐的承載輪4大體上布置在由第一方向3上的運(yùn)動(dòng)所限定的滾動(dòng) 輪撓度計(jì)1的后端處。承載輪4向下重壓一個(gè)實(shí)質(zhì)上的質(zhì)量以將下壓力、比如50kN、IOOkN 或者200kN提供在道路上。這個(gè)下壓力在承載輪4的周?chē)a(chǎn)生彎沉盆5。為了圖示的目的， 承載輪周?chē)膹澇僚?中的撓度的深度在圖1中的上部和下部都被夸大了。實(shí)際上，實(shí)際 的撓度僅僅是微米范圍的、典型地在100微米至2000微米的范圍內(nèi)，然而在第一方向的滾 動(dòng)輪撓度計(jì)1典型的全部長(zhǎng)度為10米和15米之間。
[0024] 沿滾動(dòng)輪撓度計(jì)1的長(zhǎng)度以本質(zhì)上水平的橫梁6形式來(lái)運(yùn)行載體。該橫梁承載被 定向?yàn)槌蛟囼?yàn)路面的多個(gè)距離傳感器7、8、9、10。由于目的是在微米范圍內(nèi)執(zhí)行測(cè)量，因 此激光對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)11被用于追蹤由橫梁6的撓性引起的各個(gè)距離傳感器7、8、9、10的位置變 化和沿其長(zhǎng)度等的熱膨脹的變化，如在通過(guò)引用并入于此的US-A-5753808中所描述的。距 離傳感器7、8、9、10優(yōu)選是等距的，即任意兩個(gè)相鄰的距離傳感器7、8、9、10具有相同的間 隔。也可以使用不同的間隔。重要的是：間隔是已知的，距離傳感器7、8、9位于在距離傳感 器10處產(chǎn)生的彎沉盆5的外側(cè)。
[0025] 在本發(fā)明中使用的距離傳感器7、8、9、10優(yōu)選為行掃描儀。在描述中，距離傳感器 7、8、9、10還可以被分別稱(chēng)為傳感器A、傳感器B、傳感器C和傳感器D，并且對(duì)應(yīng)的字母被用 在索引和等式中。當(dāng)前優(yōu)選的是可從LMI技術(shù)公司得到的Gocator2340行掃描儀。這種類(lèi) 型的行掃描儀通過(guò)使用由點(diǎn)源散開(kāi)的激光以一定角度將線條投射到表面上。當(dāng)表面是不平 滑的時(shí)候，投射到該表面上的線條將不是直的而是包含取決于到表面距離中的局部變化的 波動(dòng)。使用攝像機(jī)來(lái)捕捉線條的形狀和位置并且由該形狀和位置來(lái)計(jì)算到表面的距離。因 為激光束從點(diǎn)源散開(kāi)，因此線條的全部長(zhǎng)度隨著到表面的距離中的更多全局變化而變化。 因此，全局距離越大，由激光產(chǎn)生的照明線條就變得越長(zhǎng)。然而，由于CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)也 發(fā)生變化，因此這種效果被大大地減緩了，并且在Gocator2300中不須要額外的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn) 化。
[0026] 在本發(fā)明中，各個(gè)傳感器被布置為沿在橫跨移動(dòng)方向的方向上的表面來(lái)對(duì)線條進(jìn) 行掃描。舉例來(lái)說(shuō)，由鏈接到承載輪4的轉(zhuǎn)速器觸發(fā)以合適小間隔來(lái)重復(fù)這種掃描。因此， 進(jìn)行了連續(xù)的行掃描以形成具有給定分辨率的表面的虛像，這還取決于記錄了線條上的波 動(dòng)以及利用其來(lái)觸發(fā)掃描的頻率的攝像機(jī)的分辨率。圖像被稱(chēng)為是虛擬的，這是因?yàn)橛纱?引起的像素值并不代表實(shí)際的視覺(jué)圖像數(shù)據(jù)而是代表距離。距離無(wú)需必須為針對(duì)具體點(diǎn)的 在測(cè)量區(qū)域上方的傳感器的垂直高度，但可以以一定角度來(lái)進(jìn)行測(cè)量，因此，導(dǎo)致了與高度 成比例的值。隨后的轉(zhuǎn)化此時(shí)僅僅是知曉了角度并且執(zhí)行適當(dāng)計(jì)算的問(wèn)題。滾動(dòng)輪撓度計(jì) 1還包括可能位于牽引車(chē)輛中的數(shù)據(jù)處理裝置15。
[0027] 圖2為這種圖像的示例。分辨率大約是650X700像素，其包括在每個(gè)掃描線的任 一端之外的黑暗區(qū)域。在圖2中所掃描的道路區(qū)域的寬度大約是10厘米，然而長(zhǎng)度是幾米 長(zhǎng)。后者是因?yàn)橛|發(fā)掃描的實(shí)例之間的時(shí)間延遲。在示例中，700個(gè)5毫米的線條對(duì)應(yīng)3.5 米的實(shí)際道路。圖2僅為圖像的圖示。對(duì)于本發(fā)明3. 5米比實(shí)際要少，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員通過(guò)下面應(yīng)該理解的是，如果距離傳感器之間的間隔更少，比如3米，則是足夠的。原則 上長(zhǎng)度不受限制。然而實(shí)際上，長(zhǎng)度不超過(guò)道路測(cè)定伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。當(dāng)然數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力也可 以限制道路的實(shí)際記錄長(zhǎng)度。代替這種由每個(gè)傳感器對(duì)道路的連續(xù)記錄，每個(gè)傳感器當(dāng)然 也可以記錄更短長(zhǎng)度的多個(gè)連續(xù)虛像，以被單獨(dú)相比（例如像圖2中的一個(gè)那樣）。
[0028] 對(duì)于每個(gè)傳感器而言，相似的虛像被記錄了。顯然虛像并非全部是等同的。很明 顯地，當(dāng)傳感器9、8、7穿過(guò)相同的區(qū)域并且?guī)缀醪槐粔合聲r(shí)，與由其他傳感器9、8、7掃描的 線條相比，由位于承載輪4處的傳感器10掃描的線條以及因此測(cè)量到彎沉盆5的底部的距 離將產(chǎn)生更長(zhǎng)的距離并且因此產(chǎn)生用于對(duì)應(yīng)像素的更大的像素值。理想地，在這一方面?zhèn)?感器7、8、9位于彎沉盆前面很遠(yuǎn)處并且遠(yuǎn)離牽引車(chē)輛，即道路并未被壓下或者至少可假設(shè) 道路并未被壓下。此外，由于實(shí)際上滾動(dòng)輪撓度計(jì)1不能以絕對(duì)的直線來(lái)進(jìn)行移動(dòng)，因此， 當(dāng)傳感器7、8、9通過(guò)道路上所謂理想地為相同點(diǎn)時(shí)，即使具有最佳時(shí)序，也可能在由每個(gè) 傳感器7、8、9、10所掃描的線條之間存在偏差。例如，掃描線可以具有橫向偏置，這是因?yàn)?當(dāng)牽引車(chē)輛并不遵循直線、或另外地不以直線方式對(duì)牽引車(chē)輛進(jìn)行拖拽時(shí)，滾動(dòng)輪撓度計(jì)1 相比于牽引車(chē)輛在另一半徑處轉(zhuǎn)向。此外，轉(zhuǎn)向可能施加于用于掃描線的角組件。最后，可 能在移動(dòng)方向還存在偏置以使得當(dāng)掃描線一致時(shí)的定時(shí)熄滅，比如先于預(yù)期或落后預(yù)期。
[0029] 本發(fā)明認(rèn)識(shí)到了，不管這些變化，圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域之間的相關(guān)性是足夠的以允許 利用在不同圖像中的極高程度的確定性來(lái)識(shí)別這些變化。
[0030] 這通過(guò)選擇一個(gè)圖像中小的初始目標(biāo)區(qū)域來(lái)完成，比如來(lái)自于圖1中的距離傳感 器A的虛像中的區(qū)域12。在這方面，小意味著小于大約100X100像素、優(yōu)選為25X25像 素。顯然，目標(biāo)區(qū)域不需要是正方形（就像素而言）?；旧?，目標(biāo)區(qū)域甚至不需要是矩形。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用給定的處理能力，這會(huì)允許對(duì)應(yīng)區(qū)域能夠在其他圖像中被發(fā)現(xiàn)。一旦記錄了 足夠的線條，則可以以任意適合的方式來(lái)選擇初始目標(biāo)。這可以通過(guò)選擇圖像左側(cè)、右側(cè)或 中心的目標(biāo)來(lái)隨機(jī)地或簡(jiǎn)單地來(lái)完成。如果足夠的處理能力是可用的，則針對(duì)在另外圖像 中的可容易識(shí)別的區(qū)別特征可以執(zhí)行用于分析圖像的預(yù)處理。
[0031] 如果已經(jīng)選定來(lái)自于傳感器A的虛像中的目標(biāo)區(qū)域12,則來(lái)自于傳感器B的虛像 中的相同的區(qū)域12'已被識(shí)別。由于虛像不是瞬時(shí)圖像而虛像中的每一個(gè)實(shí)際上都是隨時(shí) 間的行掃描，為此緣故，等同的目標(biāo)區(qū)域不存在于傳感器B的虛像中或傳感器C和傳感器D 的虛像中。
[0032] 然而，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到了：這種相關(guān)性對(duì)于在兩個(gè)虛像中待被識(shí)別的相同區(qū)域是足 夠的，因此產(chǎn)生允許對(duì)應(yīng)的像素值能被識(shí)別的信息，這繼而允許像素信息被直接用在哈爾 算法中。更具體而言，可以計(jì)算用于補(bǔ)償在來(lái)自于傳感器A的第一虛像被記錄期間的時(shí)間 與第二虛像被記錄期間的時(shí)間之間的偏差的轉(zhuǎn)換。存在描述兩個(gè)圖像之間的轉(zhuǎn)換Tab的三 個(gè)參數(shù)，轉(zhuǎn)換包括參數(shù)ΛXab、Ayab和Λaab。ΛX為沿虛像的X軸的偏差，這將顯著地對(duì)應(yīng) 記錄在道路上的相同點(diǎn)上方的傳感器A和傳感器B未受到干擾的通道之間的線條數(shù)量，但 是包括一些偏差。Ay為橫向偏差，如果滾動(dòng)輪撓度計(jì)1以直線方式來(lái)牽引，則其理想值為 0。Λα為旋轉(zhuǎn)組分，如果滾動(dòng)輪撓度計(jì)1以直線方式來(lái)牽引，則其理想值也為0。上述及 下述的索引"ab"表示轉(zhuǎn)換是從由距離傳感器A記錄的虛像到由距離傳感器B記錄的虛像。 如在圖4中所圖示的，對(duì)于所有的轉(zhuǎn)換Tab、Tb。和Tm1，關(guān)于ΛΧ、Ay和Λα的這些偏差隨時(shí) 間而變化，圖4可以應(yīng)用到它們中的任意一個(gè)。
[0033] 如從圖3可以看到的，可以在來(lái)自于距離傳感器B的虛像中的目標(biāo)區(qū)域13與來(lái) 自于距離傳感器C的虛像中的對(duì)應(yīng)區(qū)域13'之間來(lái)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的相關(guān)性，因此，產(chǎn)生具有參 數(shù)Λxb。、Λyb。和Λab。的轉(zhuǎn)換Tb。。也可以被完成針對(duì)來(lái)自于距離傳感器C的虛像中的目 標(biāo)區(qū)域14和來(lái)自于距離傳感器D的虛像中的目標(biāo)區(qū)域14'，以產(chǎn)生具有參數(shù)ΛXc;d、Λyc;d和 ΛCim1的轉(zhuǎn)換Ted。如果使用另外的距離傳感器，則另外的轉(zhuǎn)換源于相同的方式。
[0034] 經(jīng)驗(yàn)顯示，通過(guò)識(shí)別了轉(zhuǎn)換，可以安全地假設(shè)該轉(zhuǎn)換不僅對(duì)于實(shí)際識(shí)別的區(qū)域是 有效的，而且顯著地應(yīng)用到至少在目標(biāo)附近的虛像。顯然，在該轉(zhuǎn)換可以被得到之前，至少 對(duì)應(yīng)兩個(gè)距離傳感器之間的距離的多個(gè)線條務(wù)必被初始地記錄。然而，在這之后，使用得到 的轉(zhuǎn)換允許哈爾算法被應(yīng)用到各個(gè)像素值的大數(shù)據(jù)集合，比如橫跨所記錄的虛像的寬度的 全部線條。
[0035] 大體上，使用哈爾算法的撓度（Deflection)由以下公式給出：
[0036] Deflection= [(B(t) -2C(t)+DU1)) -(A(t0) -2B(t0)+C(t0))]
[0037] 其中，A，B，C和D為由距離傳感器記錄的距離值、其中時(shí)間h或h用于對(duì)應(yīng)的字 母。
[0038] 如果A，B，C和D不是離散點(diǎn)，比如橫跨虛像的寬度的掃描線，則像素值在向量A， B，C和D中。為了匹配各個(gè)像素以在表面上的等同點(diǎn)上使用哈爾算法，必須使用轉(zhuǎn)換。因 此，等式采用以下形式：
[0039] Deflection= [ (TabB(t^ -TabTbc2C(t^ +TabTbcTcdD(t^) -(A(t0) -2B(t0) +TbcC(t0))]
[0040] 因此相比于目標(biāo)區(qū)域，可以為更大區(qū)域（比如上述向量）或者甚至虛像的更大部 分（也就是包括多個(gè)線條）來(lái)完成該計(jì)算。這意味著可以利用比現(xiàn)有技術(shù)更大的精確度來(lái) 計(jì)算平均撓度值，其中對(duì)兩個(gè)平均值進(jìn)行比較。此處，對(duì)大量實(shí)際值的平均值進(jìn)行了比較， 因此使誤差和噪音最小化。在空閑時(shí)優(yōu)選地由諸如形成滾動(dòng)輪撓度計(jì)1一部分的便攜式個(gè) 人電腦之類(lèi)的數(shù)據(jù)處理裝置15來(lái)完成該計(jì)算，其安裝在框架6等等上或位于牽引車(chē)輛中 (未示出）。
[0041] 優(yōu)選地，然而并非對(duì)所有值進(jìn)行比較。明顯超出范圍或另外不正確的值可以在計(jì) 算之前被過(guò)濾掉。這種誤差有可能發(fā)生，因?yàn)榈缆废嗤糠值奶撓癫⑽幢煌瑫r(shí)記錄。因此， 變化可以發(fā)生。想象比如在滾動(dòng)輪撓度計(jì)1下面四周旋轉(zhuǎn)的簧片。這種簧片在虛像中顯示 出非常短的距離。實(shí)際上，非常相同的簧片可以顯示在更多記錄的虛像中的不同地點(diǎn)中、或 者甚至在一個(gè)虛像以及相同虛像中的不同地點(diǎn)中。因此，優(yōu)選的是使用諸如中值濾波器來(lái) 過(guò)濾虛像的比較部分的值以抑制這種強(qiáng)烈的偏差值。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是， 其它類(lèi)型的數(shù)據(jù)預(yù)處理、尤其是過(guò)濾可以被使用。
[0042] 為了確定相關(guān)性而確定轉(zhuǎn)換，多種可能性是可用的，比如快速退火方法。下面的方 法是優(yōu)選的?？梢酝ㄟ^(guò)用于哈爾算法的相同數(shù)據(jù)處理裝置15來(lái)執(zhí)行這種方法。
[0043] 初始地，在虛像中選擇目標(biāo)區(qū)域。針對(duì)以下描述，來(lái)自于距離傳感器A的虛像中的 區(qū)域目標(biāo)12被使用。與例如大于1000個(gè)像素或甚至大于2000個(gè)像素的行掃描的寬度相 t匕，目標(biāo)尺寸優(yōu)選地比虛像更小，例如100X100的像素或者更小的優(yōu)選地25X25的像素。 一旦足夠的線條是可用的，則可以以多種方式來(lái)對(duì)初始目標(biāo)區(qū)域12進(jìn)行選擇，比如可以簡(jiǎn) 單地通過(guò)起始于左側(cè)邊緣、或右側(cè)邊緣或虛像的中心來(lái)對(duì)初始目標(biāo)區(qū)域12進(jìn)行選擇。就X、 y和α而言，在目標(biāo)區(qū)域12中的參考像素具有限定的位置,例如為（y, 1,0)。一旦比所需 更多的線條是可用的，就可以改變初始目標(biāo)區(qū)域12的X位置。相關(guān)圖像12'被發(fā)現(xiàn)在來(lái)自 于距離傳感器B的虛像中。很明顯，當(dāng)使用鏈接到滾動(dòng)輪撓度計(jì)1的運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速器來(lái)記錄 線條時(shí)，就線條的數(shù)量而言在距離傳感器7和8之間的距離是理想已知的。因此為了尋求 來(lái)自傳感器B的虛像中的對(duì)應(yīng)區(qū)域12 '為（y+d，1，0)，因此假設(shè)滾動(dòng)輪撓度計(jì)1沿直線延伸 而沒(méi)有橫向偏置。這繼而對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換Tab= (Axab，Ayab,Λaj= (d，l，0)。
[0044] 使用皮爾遜（Pearson)相關(guān)性，現(xiàn)在可以計(jì)算目標(biāo)區(qū)域12和目標(biāo)區(qū)域12'的像素 之間的相關(guān)性，在-1和1之間產(chǎn)生一個(gè)值。1為完美的相關(guān)性，其不可能存在于這種情形 中，且-1是完全不相關(guān)的，即虛像對(duì)應(yīng)負(fù)光（photonegative)。
[0045] 顯然地，由于在沒(méi)有偏置的情況下在直線上運(yùn)行的滾動(dòng)輪撓度計(jì)1的假設(shè)很少保 持為真，因此Tab= (d，l，0)幾乎不會(huì)是正確的轉(zhuǎn)換。因此，通過(guò)從起始點(diǎn)重復(fù)地使增量中 的（AXab，Ayab，Λaab)發(fā)生改變，直到達(dá)到最大相關(guān)性為止，并且重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到通 過(guò)增加AXab，Ayab,ΛCiab而沒(méi)有進(jìn)一步的極大值被發(fā)現(xiàn)為止，因此局部最大相關(guān)性被發(fā)現(xiàn) 了。如果這個(gè)局部最大相關(guān)性的相關(guān)性值足夠的高，則目標(biāo)區(qū)域12'被假設(shè)為對(duì)應(yīng)于初始 目標(biāo)區(qū)域12。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)換Tab隨后也被知曉。通過(guò)分別使用目標(biāo)區(qū)域13,13'和14,14' 從而使相同的方法被用于確定Tb。和Tm1，基于此如上所述地可以執(zhí)行使用哈爾算法的計(jì)算。 不然的話，存在兩種可能性。一種是放棄找到任何的相關(guān)性并因此不執(zhí)行任何測(cè)量的可能 性?？蛇x方案是，如果足夠的計(jì)算能力是可用的，則開(kāi)始搜索在由距離傳感器B所記錄的虛 像的另一地點(diǎn)中的目標(biāo)區(qū)域12'，比如以轉(zhuǎn)換Tab = (d'，1,0)或Tab = (d,y,0)開(kāi)始,其中 d'為比預(yù)期的d值更高的值或更低的值，并且y為橫向上從0開(kāi)始的正偏差或負(fù)偏差。
[0046] 然而，如果針對(duì)每個(gè)新添加的線條來(lái)執(zhí)行相關(guān)性算法，則關(guān)于AXab，Ayab,Λaab 的偏差可能是小的，因?yàn)獒槍?duì)具有滾動(dòng)輪撓度計(jì)1的質(zhì)量和尺寸的車(chē)輛而言，在圖4曲線中 的任何實(shí)質(zhì)上的不連續(xù)是不太可能的。
[0047] 如果更小的計(jì)算能力是可用的，則針對(duì)每個(gè)添加的新線條來(lái)執(zhí)行相關(guān)性算法也許 是不適合的。然而，在這個(gè)情形下，證明了仍然可以針對(duì)每個(gè)新線條來(lái)執(zhí)行哈爾算法。由于 缺乏關(guān)于ΛΧ，Ay，Λα的不連續(xù)性，因此針對(duì)中間近似匹配的線條，在兩個(gè)確定性之間來(lái) 使用ΛX，Λy，Λα的近似值仍然會(huì)產(chǎn)生足夠的精確撓度測(cè)量。
[0048] 還可以使用用來(lái)計(jì)算涉及角度簡(jiǎn)單位移值的上述轉(zhuǎn)換的可選方案。在這一點(diǎn)上， 為在由傳感器A所記錄的第一圖像中的每個(gè)像素而可以取得以及存儲(chǔ)一個(gè)集合的位移值 Δχ，Ay。通過(guò)從表格簡(jiǎn)單地將Δχ，Ay值添加到由傳感器A所記錄的圖像中的給定像素 的X，Y位置，將這些值制成查閱表會(huì)使得由傳感器A所記錄的圖像中的被識(shí)別像素的對(duì)應(yīng) 部分被發(fā)現(xiàn)在由傳感器B所記錄的第二圖像中。當(dāng)然，這具有附加條件，S卩，像素不會(huì)完全 落入第二圖像的外部。如果當(dāng)建立查閱表時(shí)未相關(guān)區(qū)域被發(fā)現(xiàn)了，比如對(duì)應(yīng)于圖4中的P1 和P2之間的區(qū)域，則這些區(qū)域的像素的值可以是被知曉在存在相關(guān)性的周?chē)鷧^(qū)域的、被內(nèi) 插形式的ΛΧ，Ay的值。表1的下面示例出了在由傳感器A所記錄的第一圖像和由傳感器 B所記錄的第二圖像之間的這種查閱表。其它圖像之間、比如從由傳感器B所記錄的圖像到 由傳感器C所記錄的圖像之間、或者從由傳感器C所記錄的圖像到由傳感器D所記錄的圖 像之間的位移的查閱表將被建立并且被對(duì)應(yīng)地使用。
[0049] 表I:ΔX，Δy，查閱表A-B
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于滾動(dòng)輪撓度測(cè)量的方法，包括： 提供在第一方向上沿測(cè)量表面移動(dòng)的滾動(dòng)輪， 提供從至少所述滾動(dòng)輪在所述第一方向上沿所述測(cè)量表面實(shí)質(zhì)上延伸的框架， 提供至少四個(gè)分隔開(kāi)的激光距離傳感器，其中，第一距離傳感器被布置在對(duì)應(yīng)于所述 滾動(dòng)輪的位置，并且其余距離傳感器以第一在前距離傳感器、第二在前距離傳感器和第三 在前距離傳感器在所述第一方向上分別在所述第一距離傳感器前面而被布置， 在第一時(shí)間間隔中掃描與每個(gè)所述距離傳感器的目標(biāo)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的所述測(cè)量表面上 的多個(gè)線條，以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的圖像， 在所述第一時(shí)間間隔中通過(guò)使用每個(gè)所述距離傳感器來(lái)掃描所述測(cè)量表面上的多個(gè) 線條，以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的虛像，在所述虛像中像素值代表距離， 通過(guò)使用數(shù)據(jù)處理裝置來(lái)對(duì)所述圖像進(jìn)行比較和匹配，以識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域，并且 基于對(duì)應(yīng)的區(qū)域的所述識(shí)別而從虛像中通過(guò)使用所述虛像的匹配像素值來(lái)計(jì)算撓度 值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像為所述虛像，并且在所述數(shù)據(jù)處理裝置 中對(duì)所述虛像進(jìn)行比較和匹配，以識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像包括光強(qiáng)度值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述圖像包括由相應(yīng)的距離傳感器提供的光強(qiáng) 度值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，對(duì)來(lái)自所述距離傳感器的成對(duì)的圖像執(zhí)行所 述比較和匹配。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)100X100像素或更小的優(yōu)選為 25X25像素的至少一個(gè)圖像部分進(jìn)行比較和匹配來(lái)識(shí)別所述區(qū)域的匹配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，通過(guò)針對(duì)所述區(qū)域變化AX、Ay和A a的 值來(lái)重復(fù)計(jì)算相關(guān)性以執(zhí)行所述比較和匹配，其中Ax為傳輸方向上的位移，Ay為跨所述 方向的橫向位移，而A a為由距離傳感器和隨后距離傳感器所記錄的第一圖像中所述區(qū) 域的定向中的角偏差。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，通過(guò)每次使用一個(gè)線條的像素值來(lái)逐行 地重復(fù)計(jì)算所述撓度值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其中，沿掃描線的分辨率至少為1000像素，優(yōu)選為 2000像素或更高。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其中，所述撓度值被計(jì)算為多個(gè)匹配像素的各個(gè) 撓度值的平均值。
11. 一種用于滾動(dòng)輪撓度測(cè)量的裝置，包括： 滾動(dòng)輪，其在第一方向上沿測(cè)量表面移動(dòng)， 框架，其從至少所述滾動(dòng)輪在所述第一方向上沿所述測(cè)量表面實(shí)質(zhì)上進(jìn)行延伸， 至少四個(gè)分隔開(kāi)的激光距離傳感器，其中，第一距離傳感器布置在對(duì)應(yīng)于所述滾動(dòng)輪 的位置，并且其余距離傳感器以第一在前距離傳感器、第二在前距離傳感器和第三在前距 離傳感器在所述第一方向上分別在所述第一距離傳感器前面而被布置， 用于在第一時(shí)間間隔中使用每個(gè)所述距離傳感器來(lái)掃描多個(gè)線條以獲得對(duì)應(yīng)數(shù)量的 虛像的裝置，在所述虛像中像素值代表距離， 適于對(duì)虛像進(jìn)行比較和匹配以識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域的數(shù)據(jù)處理裝置，以及 適于基于所述識(shí)別對(duì)應(yīng)的區(qū)域而從虛像中通過(guò)使用所述虛像的匹配像素值來(lái)計(jì)算撓 度值的數(shù)據(jù)處理裝置。
【文檔編號(hào)】G01B11/25GK104411887SQ201280073992
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】雅各布·芬·馬德森 申請(qǐng)人:迪納泰斯特國(guó)際有限公司