一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置制造方法及图纸

技术编号:22551543 阅读:63 留言:0更新日期:2019-11-13 18:08
本实用新型专利技术针对现有轨道人工巡检所存在的效率低、成本高的问题,公开一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,用于获取轨道表面二维图像和三维形貌数据,为轨道自动化巡检提供有效数据。该系统由二维与三维成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块组成;其中,二维与三维成像模块由多个二维成像装置与三维成像装置组成,相邻二维/三维成像装置的成像/测量区域部分重叠,可对钢轨系统、扣件系统、道床系统进行全覆盖二维/三维成像;成像控制模块用于产生成像控制信号,数据采集与融合模块用于采集、融合二维/三维数据。本实用新型专利技术成像系统能够为轨道自动化巡检提供有效数据,提升轨道巡检效率,有效保证轨道运行安全。

A two-dimensional and three-dimensional fusion imaging device for orbit visual inspection

The utility model aims at the problems of low efficiency and high cost existing in the existing track manual inspection, discloses a two-dimensional and three-dimensional fusion imaging device for track visual inspection, which is used to obtain two-dimensional image and three-dimensional shape data of track surface, and provides effective data for automatic inspection of track. The system is composed of two-dimensional and three-dimensional imaging modules, imaging control modules, data acquisition and fusion modules. Among them, two-dimensional and three-dimensional imaging modules are composed of multiple two-dimensional imaging devices and three-dimensional imaging devices. The imaging / measurement areas of adjacent two-dimensional / three-dimensional imaging devices are partially overlapped, which can fully cover the two-dimensional / three-dimensional imaging of rail system, fastener system and ballast system Image control module is used to generate image control signals, and data acquisition and fusion module is used to collect and fuse 2D / 3D data. The imaging system of the utility model can provide effective data for automatic track inspection, improve the efficiency of track inspection and effectively ensure the safety of track operation.

【技术实现步骤摘要】
一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置
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二维与三维融合成像装置。
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。在地铁中,道床系统还存在道床异物(乘客遗漏的物品:手机、水瓶等)、道床积水、道床板结等问题。为保证列车运行安全,必须对轨道系统进行安全巡检,目前受技术限制,多采用人工巡检。在人工巡检过程中,受人为因素干扰,难以准确、客观地查找缺陷,且检测效率低、成本高。近期,有学者尝试将线阵扫描成像技术应用于轨道巡检中,通过获取的扣件纹理图像进行扣件缺陷检测。但是,在二维纹理图像上,很难有效判定螺栓松动、道床异物等缺陷。三维成像技术(《吴庆阳.线结构光三维传感中关键技术研究[D].四川大学,2006.》)可以获取被测对象表面的三维形貌数据,利用三维形貌数据,可容易地区分出口径弹条缺失、螺栓松动等具有形状或高度变化的缺陷。因此,在二维成像技术基础上,引入三维成像技术,同时获取轨道二维纹理图像和三维形貌数据,有利于提升轨道可视化巡检水平。为此,本技术拟提供一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,同时获取轨道表面二维图像与三维形貌数据,为开展轨道可视化巡检提供数据支撑。
技术实现思路
为实现高效的轨道可视化自动巡检,本技术提供一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,以获取轨道表面二维图像与三维形貌数据。本技术的技术方案是:一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,由二维与三维成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块组成。所述二维与三维成像模块由n1台二维成像装置、n2台三维成像装置组成,其中n1台二维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行成像,获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的二维图像,n2台三维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行三维成像,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台二维成像装置、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。所述二维成像装置为线阵扫描成像装置,由线阵摄像机和照明光源组成;所述线阵摄像机为单色线阵摄像机,线阵摄像机成像平面与轨道纵向垂直,对轨道进行线阵扫描成像;所述照明光源由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成,条形光源由k1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。进一步,述照明光源为由k2个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。此时,照明光源斜向钢轨投射,可减弱钢轨顶部的强光反射,并且使线阵摄像机工作于暗场照明条件下,有利于对钢轨表面的凹痕、波磨和掉块等缺陷进行显式成像。所述三维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,输出线结构光照射区域处轨道表面三维数据。进一步,所述二维成像模块中照明光源、三维成像模块中线结构光的波长范围为700-1000nm,并在线阵摄像机、3D摄像机前端加装对应波长的窄带滤光片,以消除环境中可见光干扰。进一步,所述三维成像装置中,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,所述二维成像装置的照明光源为线结构光发生器,线结构光发生器与线阵摄像机共线安装,线结构光向下照射轨道表面,线结构光平面与线阵摄像机的成像平面共面;所述线结构光照射区域完全覆盖线阵摄像机成像区域。进一步,所述二维成像装置由1台线阵摄像机和n3个线结构光发生器组成,n3的取值范围为1-10,n3个线结构光共面、且均匀分布于线阵摄像机两侧,以避免钢轨或道床异物遮挡产生阴影。进一步,所述三维成像装置由1台3D摄像机和n4个线结构光发生器组成,n4的取值范围为1-10,n4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,所述成像系统包括3台二维成像装置、3台三维成像装置;所述3台二维成像装置中,2台位于两根钢轨上方,1台位于轨道中心上方;所述3台二维成像装置的成像平面平行、成像区域完全覆盖整个轨道横向区域;所述3台三维成像装置中,2台位于两根钢轨上方,1台位于轨道中心上方,3台三维成像装置的线结构光平面平行、三维测量区域完全覆盖整个轨道横向区域;所述3台二维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;所述位于钢轨上方的二维成像装置中n3个线结构光发生器均匀分布于钢轨两侧;所述位于钢轨上方的三维成像装置中n4个线结构光发生器匀分布于钢轨两侧。进一步,所述3台二维成像装置的成像平面共面,二维成像装置到最近三维成像装置的距离不小于d,以使二维成像装置的线结构光照射区域不出现在三维成像装置成像视场中,进而避免3D摄像机拍摄图像中出现2根光条;所述位于钢轨上方的2台三维成像装置的线结构光平面共面,位于道床中心上方的三维成像装置到钢轨上方三维成像装置的距离不小于d,任一台三维成像装置的线结构光照射区域,不出现在其余2台三维成像装置成像视场中,d的取值范围为100-1000mm。进一步,所述3台二维成像装置共线设置、3台三维成像装置共线设置,3台二维成像装置的线结构光波长为c1,3台三维成像装置中线结构光波长分别为:c2、c3、c4,c1≠c2≠c3≠c4,并在线阵摄像机、3D摄像机前端分别设置对应波长的窄带滤光片,c1、c2、c3、c4的取值范围为300-1000nm。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,搭在钢轨顶部,并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部,贴合钢轨顶部进行滚动,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系统,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,与控制信号发生器、n1台二维成像装置和n2台三维成像装置连接,用于产生控制指令,采集和存储脉冲数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,其特征在于,由二维与三维成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块组成;所述二维与三维成像模块由n1台二维成像装置、n2台三维成像装置组成,其中n1台二维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行二维成像,获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的灰度图像,n2台三维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行三维成像,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台二维成像装置、n2台三维成像装置之间相对位置固定且刚性连接,n1、n2的取值范围为1~9;所述二维成像装置为线阵扫描成像装置,由线阵摄像机和照明光源组成;所述线阵摄像机为单色线阵摄像机,线阵摄像机成像平面与轨道纵向垂直,对轨道进行线阵扫描成像;所述照明光源由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成,条形光源由k1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;所述三维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2mm、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,输出线结构光照射区域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,搭在钢轨顶部,并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部,贴合钢轨顶部进行滚动,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系统,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,与控制信号发生器、n1台二维成像装置和n2台三维成像装置连接,用于产生控制指令,采集和存储脉冲数量、二维图像和三维形貌数据,对二维图像与三维形貌数据进行融合处理,得到整个轨道断面二维与三维融合数据。...

【技术特征摘要】
1.一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,其特征在于,由二维与三维成像模块、成像控制模块、数据采集与融合模块组成;所述二维与三维成像模块由n1台二维成像装置、n2台三维成像装置组成,其中n1台二维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行二维成像,获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的灰度图像,n2台三维成像装置通过视场拼接,对整个轨道表面进行三维成像,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台二维成像装置、n2台三维成像装置之间相对位置固定且刚性连接,n1、n2的取值范围为1~9;所述二维成像装置为线阵扫描成像装置,由线阵摄像机和照明光源组成;所述线阵摄像机为单色线阵摄像机,线阵摄像机成像平面与轨道纵向垂直,对轨道进行线阵扫描成像;所述照明光源由位于线阵摄像机两侧的2个条形光源组成,条形光源由k1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;所述三维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2mm、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,输出线结构光照射区域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,搭在钢轨顶部,并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部,贴合钢轨顶部进行滚动,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系统,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,与控制信号发生器、n1台二维成像装置和n2台三维成像装置连接,用于产生控制指令,采集和存储脉冲数量、二维图像和三维形貌数据,对二维图像与三维形貌数据进行融合处理,得到整个轨道断面二维与三维融合数据。2.根据权利要求1所述的一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,其特征在于,所述照明光源为由k2个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所述的一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像装置,其特征在于,所述三维成像装置采用折叠光路方式缩短三...

【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

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