一种轨道可视化巡检RGBD成像装置制造方法及图纸

为获取轨道表面彩色图像与三维形貌数据，本实用新型专利技术公开一种轨道可视化巡检RGBD成像装置。它由RGBD成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块、支撑装置和遮光罩组成。其中，RGBD成像模块含有RGB线阵摄像机、白光照明光源、3D摄像机和线结构光发生器，对轨道进行彩色和三维成像；遮光罩用于遮挡外部环境光；成像控制模块用于成像控制；数据采集与融合模块用于数据采集和融合，得到整个轨道断面彩色图像和三维形貌数据。本实用新型专利技术可为轨道可视化巡检提供彩色图像和三维形貌数据，为轨道可视化巡检提供有效数据。

A visual inspection rgbd imaging device for orbit

In order to obtain the track surface color image and 3D shape data, the utility model discloses a track visual inspection rgbd imaging device. It consists of rgbd imaging module, imaging control module, data acquisition and fusion module, support device and hood. Among them, the rgbd imaging module includes RGB linear array camera, white light source, 3D camera and linear structured light generator to perform color and 3D imaging on the track; the hood is used to block the external environment light; the imaging control module is used for imaging control; the data acquisition and fusion module is used for data acquisition and fusion to obtain the color image and 3D shape data of the whole track section. The utility model can provide color image and three-dimensional shape data for visual inspection of track, and provide effective data for visual inspection of track.

【技术实现步骤摘要】
一种轨道可视化巡检RGBD成像装置
本技术涉及一种铁路基础设施检测领域的设备，具体指一种轨道可视化巡检RGBD成像装置。
技术介绍
铁路是国家运输大动脉，在国民经济、国民出行、国防运输等诸多领域发挥着重大价值。轨道是铁路运输的基础设施，轨道由道床系统、钢轨系统、扣件系统组成。轨道在长期运行过程中，钢轨系统会裂纹、龟裂等缺陷，扣件系统会产生螺栓松动、弹条断裂、弹条脱落等缺陷，道床系统会存在裂纹、断裂等缺陷。近年来，随着城市地铁的快速发展，为了保证城市地铁安全运行，每天晚上24:00-4:00之间，地铁必须对轨道进行安全巡视检测。巡视检测内容除常规轨道病害(扣件松动、钢轨破损、道床裂纹等)以外，还需重点查看是否存在道床异物(乘客遗漏的物品：手机、水瓶等)干扰。目前，国内地铁运行公司多采用人工巡道方式进行检查，每人每晚最多查看3km里程，对整个轨道进行巡视需要大量巡道工人，而增加地铁运行成本。更重要的是：受人为因素干扰，人难以准确、客观地查找出缺陷。为此，针对轨道日常安全巡检需求，必须开展快速、智能、高效的轨道巡检技术研究。近期，有学者尝试将线阵扫描成像技术应用于轨道巡检中，获取轨道灰度图像，采用图像处理方法对扣件、道床病害进行自动识别。但是，灰度图像只有纹理信息，没有颜色信息，对于道床异物的检测和判别精度较低，也不利于后期人工复核。为此，从提升巡检质量的角度来看，还需要获取轨道表面彩色图像。此外，对于扣件松动、道床异物等缺陷的检测，深度成像方法获取的三维形貌数据相比灰度图像具有更好的判别性，更能提升检测的准确度。比如：扣件螺栓松动，在深度图像中，可直接度量螺栓的高度值，但是在灰度图像中却很难区分螺栓的高度值。因此，将深度成像技术引入轨道巡检中，获取轨道三维形貌数据，可为轨道可视化巡检提供更加有效和可靠的数据。为此，本技术公开一种RGBD成像装置，用于同时获取轨道表面彩色图像(RGB)和深度图像(D)。
技术实现思路
为同时获取轨道表面彩色图像和三维形貌数据，本技术提供一种轨道可视化巡检RGBD成像装置。本技术的技术方案是：成像装置由RGBD成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块、支撑装置和遮光罩组成。所述RGBD成像模块由n1台彩色成像装置、n2台深度成像装置组成，其中n1台彩色成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行RGB彩色成像，n2台深度成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行深度成像，获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的三维形貌数据。所述n1台彩色成像装置、n2台三维成像装置之间位置固定且刚性连接，n1、n2的取值范围为1～9。所述彩色成像装置为彩色线阵扫描成像装置，由线阵摄像机和照明光源组成；所述线阵摄像机为RGB彩色线阵摄像机；线阵摄像机的成像平面与轨道纵向垂直；所述照明光源发出白光，由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成，条形光源由k个LED灯珠共线、串行排列而成，每1个LED灯珠前端设置1个聚光镜，k1个LED灯珠发出光线以拼接方式实现长条形区域照明；2个条形光源拼接后，垂直向下照射轨道表面，照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域，k1的取值范围为5-100。所述深度成像装置为线结构光三维扫描装置，由1个线结构光发生器和1台3D摄像机组成。所述线结构光由单波长激光器和柱面镜组成，其中激光器产生点状光源，柱面镜对点光源进行光路调制，产生锥形线结构光。所述线结构光平面与轨道纵向垂直，3D摄像机光轴与线结构光平面夹角为b，b的取值范围为30-60度，线结构光照射区域厚度不超过5mm、长度超出3D摄像机成像视场区域。所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式图像处理系统，具有线结构光3D测量功能，拍摄线结构光投射在轨道表面的光条，计算和输出光条处轨道表面三维数据。所述成像控制模块由角度编码器和控制信号发生器组成；所述角度编码器安装在里程计数轮上，对里程计数轮转动角度进行编码产生里程脉冲信号。所述里程计数轮为圆柱轮，通过轴承固定在运载平台上，里程计数轮是随动轮，里程计数轮搭在钢轨顶部，并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部，角度编码器的转动轴与里程计数轮固定。所述控制信号发生器为嵌入式硬件电路，用于产生n1+n2路同步的脉冲信号，分别输入n1台二维成像装置和n2台三维成像装置。所述数据采集与融合模块为计算机，用于产生控制指令，采集和存储脉冲数量、彩色图像和深度图像，得到整个轨道断面RGBD成像数据。所述支撑装置用于固定RGBD成像模块、计算机和遮光罩。所述遮光罩是由5块平板拼接而成的、底部开口方形盒，平板为不透光、非刚性材料；遮光罩套装在支撑装置上，用于遮挡顶部和四周区域的环境光；遮挡区域大于RGBD成像区域。进一步，所述照明光源为由k2个白光LED灯珠共线、串行排列而成的条形光源；所述照明光源斜向下照射轨道表面，照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域；所述光源照射方向与线阵摄像机成像方向的角度为a，a的取值为10-80度，k2的取值范围为5-100。进一步，所述深度成像装置中，采用折叠光路方式缩短三维成像装置长度，具体结构是：在3D摄像机成像光路上设置一块反射镜，在反射镜的反射光路上安装3D摄像机，3D摄像机通过反射镜对线结构光照射区域进行成像。进一步，所述深度成像装置中线结构光的波长范围为700-1000nm，并在3D摄像机前端加装对应波长的窄带滤光片。进一步，所述RGBD成像系统包括3台彩色成像装置、3台深度成像装置；所述3台彩色成像装置中，2台位于两根钢轨上方，1台位于轨道中心上方；所述3台彩色成像装置的成像平面平行、成像区域在轨道横向上投影可完全覆盖整个轨道横向区域；所述3台深度成像装置中，2台位于两根钢轨上方，1台位于轨道中心上方，3台深度成像装置的线结构光平面平行、深度测量区域在轨道横向上投影可完全覆盖整个轨道横向区域；所述3台彩色成像装置的线阵成像平面与3台三维成像装置中线结构光平面平行。进一步，所述深度成像装置由1台3D摄像机和n3个线结构光发生器组成，n3的取值范围为2-10，n3个线结构光共面、且均匀分布于3D摄像机两侧，以避免钢轨或道床异物遮挡导致无法3D测量。进一步，所述3台彩色成像装置垂直于钢轨纵向共线设置，位于钢轨上方2台深度成像装置的线结构光平面共面，位于轨道中心上方的深度成像装置与到钢轨上方2台深度成像装置的距离不小于d，任1台深度成像装置的线结构光照射区域，不出现在其余2台深度成像装置成像视场中，d的取值范围为50-1000mm。进一步，所述3台彩色成像装置共线设置、3台深度成像装置共线设置，沿轨道横向方向、3台深度成像装置中线结构光波长分别为：c1、c2、c3，c1≠c2，c2≠c3，c1、c2、c3的取值范围为700-900nm，并在3台深度成像装置的3D摄像机前端分别设置波长为c1、c2、c3的窄带滤光片。进一步，所述彩色成像装置的照明光源由n3个白光线结构光发生器产生，n3的取值范围为2-10；所述白光线结构光发生器由红色线结构光发生器、蓝色线结构光发生器、绿色线结构光发生器组成，分别产生红色线结构光、蓝色线结构光、绿色线结构光，三种颜色线结构光共面合色为白光片光，白光片光的厚度不超过4mm，白光片光与线阵摄像机成像平面共面。进一步，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道可视化巡检RGBD成像装置，其特征在于，由RGBD成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块、支撑装置和遮光罩组成；所述RGBD成像模块由n1台彩色成像装置、n2台深度成像装置组成，其中n1台彩色成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行RGB彩色成像，n2台深度成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行深度成像，获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的三维形貌数据；所述n1台彩色成像装置、n2台三维成像装置之间位置固定且刚性连接，n1、n2的取值范围为1～9；所述彩色成像装置为彩色线阵扫描成像装置，由线阵摄像机和照明光源组成；所述线阵摄像机为RGB彩色线阵摄像机；线阵摄像机的成像平面与轨道纵向垂直；所述照明光源发出白光，由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成，条形光源由k个LED灯珠共线、串行排列而成，每1个LED灯珠前端设置1个聚光镜，k1个LED灯珠发出光线以拼接方式实现长条形区域照明；2个条形光源拼接后，垂直向下照射轨道表面，照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域，k1的取值范围为5‑100；所述深度成像装置为线结构光三维扫描装置，由1个线结构光发生器和1台3D摄像机组成；所述线结构光由单波长激光器和柱面镜组成，其中激光器产生点状光源，柱面镜对点光源进行光路调制，产生锥形线结构光；所述线结构光平面与轨道纵向垂直，3D摄像机光轴与线结构光平面夹角为b，b的取值范围为30‑60度，线结构光照射区域厚度不超过5mm、长度超出3D摄像机成像视场区域；所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式图像处理系统，具有线结构光3D测量功能，拍摄线结构光投射在轨道表面的光条，计算和输出光条处轨道表面三维数据；所述成像控制模块由角度编码器和控制信号发生器组成；所述角度编码器安装在里程计数轮上，对里程计数轮转动角度进行编码产生里程脉冲信号；所述里程计数轮为圆柱轮，通过轴承固定在运载平台上，里程计数轮是随动轮，里程计数轮搭在钢轨顶部，并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部，角度编码器的转动轴与里程计数轮固定；所述控制信号发生器为嵌入式硬件电路，用于产生n1+n2路同步的脉冲信号，分别输入n1台二维成像装置和n2台三维成像装置；所述数据采集与融合模块为计算机，用于产生控制指令，采集和存储脉冲数量、彩色图像和深度图像，得到整个轨道断面RGBD成像数据；所述支撑装置用于固定RGBD成像模块、计算机和遮光罩；所述遮光罩是由5块平板拼接而成的、底部开口方形盒，平板为不透光、非刚性材料；遮光罩套装在支撑装置上，用于遮挡顶部和四周区域的环境光；遮挡区域大于RGBD成像区域。...

【技术特征摘要】
1.一种轨道可视化巡检RGBD成像装置，其特征在于，由RGBD成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块、支撑装置和遮光罩组成；所述RGBD成像模块由n1台彩色成像装置、n2台深度成像装置组成，其中n1台彩色成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行RGB彩色成像，n2台深度成像装置通过视场拼接，对整个轨道表面进行深度成像，获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的三维形貌数据；所述n1台彩色成像装置、n2台三维成像装置之间位置固定且刚性连接，n1、n2的取值范围为1～9；所述彩色成像装置为彩色线阵扫描成像装置，由线阵摄像机和照明光源组成；所述线阵摄像机为RGB彩色线阵摄像机；线阵摄像机的成像平面与轨道纵向垂直；所述照明光源发出白光，由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成，条形光源由k个LED灯珠共线、串行排列而成，每1个LED灯珠前端设置1个聚光镜，k1个LED灯珠发出光线以拼接方式实现长条形区域照明；2个条形光源拼接后，垂直向下照射轨道表面，照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域，k1的取值范围为5-100；所述深度成像装置为线结构光三维扫描装置，由1个线结构光发生器和1台3D摄像机组成；所述线结构光由单波长激光器和柱面镜组成，其中激光器产生点状光源，柱面镜对点光源进行光路调制，产生锥形线结构光；所述线结构光平面与轨道纵向垂直，3D摄像机光轴与线结构光平面夹角为b，b的取值范围为30-60度，线结构光照射区域厚度不超过5mm、长度超出3D摄像机成像视场区域；所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式图像处理系统，具有线结构光3D测量功能，拍摄线结构光投射在轨道表面的光条，计算和输出光条处轨道表面三维数据；所述成像控制模块由角度编码器和控制信号发生器组成；所述角度编码器安装在里程计数轮上，对里程计数轮转动角度进行编码产生里程脉冲信号；所述里程计数轮为圆柱轮，通过轴承固定在运载平台上，里程计数轮是随动轮，里程计数轮搭在钢轨顶部，并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部，角度编码器的转动轴与里程计数轮固定；所述控制信号发生器为嵌入式硬件电路，用于产生n1+n2路同步的脉冲信号，分别输入n1台二维成像装置和n2台三维成像装置；所述数据采集与融合模块为计算机，用于产生控制指令，采集和存储脉冲数量、彩色图像和深度图像，得到整个轨道断面RGBD成像数据；所述支撑装置用于固定RGBD成像模块、计算机和遮光罩；所述遮光罩是由5块平板拼接而成的、底部开口方形盒，平板为不透光、非刚性材料；遮光罩套装在支撑装置上，用于遮挡顶部和四周区域的环境光；遮挡区域大于RGBD成像区域。2.根据权利要求1所述的一种轨道可视化巡检RGBD成像装置，其特征在于，所述照明光源为由k2个白光LED灯珠共线、串行排列而成的条形光源；所述照明光源斜向下照射轨道表面，照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域；所述光源照射方向与线阵摄像机成像方向的角度为a，a的取值为10-80度，k2的取值范围为5-100。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：左丽玛，其他发明人请求不公开姓名，
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