本实用新型专利技术公开一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，由可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜、照明光源、工控机组成，可见光摄像机、红外摄像机与二向色镜构成同轴分光成像装置，分别获取铁轨及扣件纹理图像和红外热图像；工控机位于车厢内，用于采集、存储、处理双光谱图像；在工控机中，采用纹理图像进行红外热图像中铁轨及扣件定位，采用背景模型比对进行扣件缺失、松动、断裂异常检测，共同使用纹理图像和红外热图像进行铁轨剥离、擦伤、波磨、裂纹检测。本实用新型专利技术可有效提升铁轨及扣件异常检测效率，保障轨道交通安全。
【技术实现步骤摘要】
一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置
本技术涉及铁轨交通安全检测
，特指一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置。
技术介绍
在铁路基础设施检测上，我国长期以人工和静态检测为主，养护费用高，强度高，安全性差，近年我国高速铁路迅猛发展，对铁路检测的自动化、实时性提出了更高的要求。国内外已有的铁轨及扣件检测技术为：基于线阵激光的连续扫描装置，如德国Sick公司；基于面阵图像传感器的计算机视觉检测装置，如美国ENSCO公司的VIS系统、德国AtlasElectronic公司开发的光电式轨道检测系统以及北京福斯达公司高速车载式轨道图像识别系统等。但两者的缺点在于检测速度较低，通用性不高，有时需要过多人工干预，而且不能在扣件丢失之前自动判断扣件是否产生松动并进行预警。经检索，专利Z.201210192641.2介绍一种基于红外热成像的铁路扣件松动高速探测系统与方法：利用红外摄像机获取扣件与钢轨的接触应力产生的红外热图像，通过红外热图像灰度值，判断扣件是否松动或缺失。但是，该方法存在以下缺点：1)采用面阵红外摄像机，采集图像数据量大、扣件区域成像难以对齐，且面阵红外摄像机的成像分辨率低、设备成本高；2)直接利用红外图像测量的温度值与最小、最大应力值对应的温度值做比较的检测方法，在实际应用中还存在着两个问题：首先，在不同的列车运行速度下，扣件所受到的挤压力大小不同，所产生的热量也不同，因此，这种方法难以适应不同速度条件下扣件松动检测需求；其次，该方法不能检测扣件裂纹异常，也没有检测铁轨异常。
技术实现思路
为了解决现有铁轨及扣件松动检测方法所存在的上述问题，本技术提供一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置。本技术采用的技术方案是：一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，其特征在于：由一个可见光摄像机、一个红外摄像机、一个二向色镜、三个面光源、一个工控机组成；所述可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜构成双光谱同轴成像装置，可见光摄像机的光轴与铁轨纵向垂直，红外摄像机光轴与铁轨纵向平行，可见光摄像机光轴与红外摄像机光轴垂直；二向色镜位于入射光路上、用于将入射光线分离为可见光与近红外混合光、中远红外光分别送入可见光摄像机和红外摄像机，二向色镜的分光面与可见光摄像机和红外摄像机的光轴成45度角；调整可见光摄像机、红外摄像机到二向色镜分光面的距离，使可见光摄像机拍摄的纹理图像与红外摄像机拍摄的红外图像视场重合。所述双光谱同轴成像装置位于铁轨上方，成像视场覆盖铁轨及两侧扣件区域。所述三个面光源照射范围不重叠，其中两个面光源分别位于铁轨两侧扣件上方，为扣件区域照明，一个面光源位于铁轨上方，与铁轨纵向成a角度入射，与可见光摄像机构成暗场照明，其中，a取值范围为10～90度。工控机位于车厢内，与可见光摄像机和红外摄像机连接，用于采集铁轨及扣件表面双光谱图像，并基于双光谱成像装置获取的纹理图像和红外热图像进行铁轨及扣件异常检测。优选地，光源采用单波长或窄带光谱范围光源，波长范围为800～1000nm，并在可见光摄像机前端设置与该光源波长相等的窄带滤光片，用于滤除环境光。优选地，可见光摄像机选用可见光线阵摄像机，红外摄像机选用红外线阵摄像机，构成双光谱线阵成像装置。所述可见光线阵摄像机的成像分辨率不低于1024像素，光谱感知范围为400nm～1000nm，红外线阵摄像机的成像分辨率不低于1024像素，红外线阵摄像机的温度灵敏度不低于0.5℃。所述可见光线阵摄像机和红外线阵摄像机位于铁轨正上方、光轴垂直于路面、成像切片垂直于铁轨纵向，拍摄视场重合且覆盖铁轨及两侧扣件区域。所述线阵摄像机成像切片是指：线阵摄像机中线阵图像传感器中成像区域与镜头光心构成的平面。优选地，将位于扣件上的两个面光源改为平行光线光源，位于铁轨上方的面光源选用平行光面光源；两个平行光线光源照射区域覆盖双光谱线阵成像装置的线阵成像区域。优选地，增加一个车轮转动角度编码器固定在车轮转动轴上，对车轮转动角度编码并产出触发信号用于驱动可见光线阵摄像机和红外线阵摄像机同步成像。优选地，分别在列车底部、左右铁轨上方，各设置一套双光谱线阵成像装置，对左右铁轨及其两侧扣件区域进行扫描成像；优选地，在左右两侧车轮上各安装一个车轮转动编码器，分别驱动左右两侧双光谱线阵成像装置。本技术有益效果：与现有技术相比，特别是与专利Z.201210192641.2相比，本技术的优点是：1)采用双光谱成像，同时获取铁轨及扣件表面纹理图像和红外热图像，利用纹理图像对红外图像进行检测区域定位，特别是扣件区域进行定位，以便于对扣件区域的红外图像进行精细化对比分析；2)在对铁轨进行可见光线阵摄像机扫描成像时，采用斜向入射的平行光源，与可见光摄像机构成暗场照明，可以突出显示铁轨表面波磨、裂纹、剥落等损伤，提升铁轨表面损伤检测能力；3)采用线阵红外摄像机代替面阵摄像机，可采用1024像素的红外线阵摄像机，获取高分辨率红外热图像，相比640*480分辨率的面阵红外摄像机，成像分辨率更高、成本低、拍摄图像数据量少；4)线阵红外摄像机成像平面垂直于铁轨和路面，拍摄对象在线阵图像中具有相同宽度尺寸(垂直于铁轨方向上宽度)，而面阵红外摄像机存在透射投影变形，在不同位置处拍摄的扣件区域尺寸不同，为了保证扣件在面阵红外摄像机拍摄图像中具有相同尺寸，必须精准控制摄像机在扣件正上方拍摄，而使成像控制系统变得复杂，而采用线阵红外摄像机则只需要采用车轮编码器，沿着铁轨方向扫描即可，这种成像控制方法具有简单、可靠的优点；5)本技术所采用同轴分光成像方法，可以保证双光谱图像是对齐的。附图说明图1本技术方法原理图；图2双光谱面阵成像装置示意图；图3可见光面阵摄像机前端设置滤光片示意图；图4光源照明及双光谱面阵成像装置安装示意图其中，(a)是铁轨横截面方向布局图，(b)是铁轨纵向侧视图；图5正常铁轨表面暗场照明成像示意图；图6铁轨表面缺陷暗场照明成像示意图；图7双光谱线阵成像装置示意图；图8双光谱线阵成像及光源照明区域俯视图；图9双光谱线阵成像装置列车安装示意图；图中，1-铁轨，2-扣件，3-可见光面阵摄像机，4-红外面阵摄像机，5-二向色镜，6-可见光、近红外和中远红外混合光，7-可见光与近红外混合光，8-中远红外光，9-滤光片，10-平行光面光源，11-双光谱面阵成像装置，12-铁轨表面缺陷，13-可见光线阵摄像机，14-红外线阵摄像机，15-平行光面光源照明区域，16-平行光线光源照明区域；17-双光谱线阵成像装置成像区域，18-双光谱线阵成像装置，19-车轮转动编码器，20-工控机，21-车厢。具体实施方式下面结合附图和具体实施对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本技术采用双光谱成像装置，对铁轨及扣件区域进行双光谱成像，分别获取铁轨及扣件纹理图像和红外热图像；利用纹理图像进行红外热图像中铁轨及扣件定位，采用背景模型比对进行扣件缺失、松动、断裂异常检测，共同使用纹理图像和红外热图像进行铁轨剥离、擦伤、波磨、裂纹检测。实施例1如图2所示，采用一台可见光面阵摄像机3、一台红外面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，其特征是：由一个可见光摄像机、一个红外摄像机、一个二向色镜、三个面光源、一个工控机组成；所述可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜构成双光谱同轴成像装置，可见光摄像机的光轴与铁轨纵向垂直，红外摄像机光轴与铁轨纵向平行，可见光摄像机光轴与红外摄像机光轴垂直；二向色镜位于入射光路上、用于将入射光线分离为可见光与近红外混合光、中远红外光分别送入可见光摄像机和红外摄像机，二向色镜的分光面与可见光摄像机和红外摄像机的光轴成45度角；调整可见光摄像机、红外摄像机到二向色镜分光面的距离，使可见光摄像机拍摄的纹理图像与红外摄像机拍摄的红外图像视场重合；所述双光谱同轴成像装置位于铁轨上方，成像视场覆盖铁轨及两侧扣件区域；所述三个面光源照射范围不重叠，其中两个面光源分别位于铁轨两侧扣件上方，为扣件区域照明，一个面光源位于铁轨上方，与铁轨纵向成a角度入射，与可见光摄像机构成暗场照明，其中，a取值范围为10～90度；工控机位于车厢内，与可见光摄像机和红外摄像机连接，用于采集铁轨及扣件表面双光谱图像，并基于双光谱成像装置获取的纹理图像和红外热图像进行铁轨及扣件异常检测。
【技术特征摘要】
1.一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，其特征是：由一个可见光摄像机、一个红外摄像机、一个二向色镜、三个面光源、一个工控机组成；所述可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜构成双光谱同轴成像装置，可见光摄像机的光轴与铁轨纵向垂直，红外摄像机光轴与铁轨纵向平行，可见光摄像机光轴与红外摄像机光轴垂直；二向色镜位于入射光路上、用于将入射光线分离为可见光与近红外混合光、中远红外光分别送入可见光摄像机和红外摄像机，二向色镜的分光面与可见光摄像机和红外摄像机的光轴成45度角；调整可见光摄像机、红外摄像机到二向色镜分光面的距离，使可见光摄像机拍摄的纹理图像与红外摄像机拍摄的红外图像视场重合；所述双光谱同轴成像装置位于铁轨上方，成像视场覆盖铁轨及两侧扣件区域；所述三个面光源照射范围不重叠，其中两个面光源分别位于铁轨两侧扣件上方，为扣件区域照明，一个面光源位于铁轨上方，与铁轨纵向成a角度入射，与可见光摄像机构成暗场照明，其中，a取值范围为10～90度；工控机位于车厢内，与可见光摄像机和红外摄像机连接，用于采集铁轨及扣件表面双光谱图像，并基于双光谱成像装置获取的纹理图像和红外热图像进行铁轨及扣件异常检测。2.根据权利要求1所述的双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，其特征是：光源采用单波长或窄带光谱范围光源，波长范围为800～1000nm，并在可见光摄像机前端设置与该光源波长相等的窄带滤光片，用于滤除环境光。3...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都精工华耀科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51
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