一种轨道可视化巡检成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种轨道可视化巡检成像系统，该系统由1台2D成像模块A、2台2D成像模块B、3台3D成像模块组成，其中，2D成像模块B分别位于钢轨中心正上方，2D成像模块A位于道床中心正上方，3台2D成像模块呈一字形排列，对整个轨道表面进行二维扫描成像，3台3D成像模块呈一字形排列，对整个轨道表面进行三维扫描成像。本实用新型专利技术的成像系统能同时获取轨道表面二维与三维图像，并兼顾钢轨表面病害暗场照明成像和钢轨两侧区域扣件及道床区域明场照明成像需求，并有效降低功耗、减小设备尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道可视化巡检成像系统
本技术涉及轨道病害巡检
，具体涉及一种轨道可视化巡检成像系统。
技术介绍
轨道交通是我们交通运输的支撑产业，在国民经济发展、人民生活出行等诸多方面发挥着巨大价值。轨道作为轨道交通的基础设施，其性能状态与轨道交通运营安全密切相关。地铁经长时间运行后，由于列车行轧、地基沉降、材料老化等多种原因，轨道状态会逐渐恶化，随机出现轨距改变、钢轨断裂、扣件失效等多种病害，若不能及时发现和处理，便有可能酿成列车脱轨等重大交通事故。因此，轨道检测维护工作对于地铁安全运营管理显得尤为重要。近年来，国内外将视觉成像技术应用轨道可视化巡检，需要解决以下问题：对钢轨、道床、扣件三大系统进行清晰成像，获取关注病害的视觉信息。2D成像方法可以获取表面纹理信息，但是失去了高度方向的形状变化信息，难以实现螺栓浮起等高度变化病害的检测。为此，近年来，将二维与三维成像技术应用于轨道可视化巡检，同时获取轨道全断面二维与三维图像，其中的三维图像用于形状变化检测、二维图像用于纹理缺陷检测，比如裂纹、异物识别等。在二维与三维融合成像中，面临的挑战包括：如何最大限度地、有效地获取可用的视觉数据。其中，对于扣件系统而言，需要获取扣件的纹理和三维形状信息，在成像过程中，需要考虑解决钢轨头部遮挡干扰问题；对于道床系统而言，需要获取道床的纹理与三维形状信息，其中纹理图像主要用于裂纹检测、三维信息主要用异物检测、尺寸测量等；对于钢轨系统而言，需要将钢轨表面的剥落掉块、折断、裂纹等信息获取到，受三维成像精度的限制，难以获取大视场、高精度三维数据，为此，对于这类病害，需要采用暗场照明成像，以凸显出钢轨表面的不平顺性异常(比如裂纹、剥落掉块、擦伤、鱼鳞纹等)。但是，现有可视化视觉检测系统，多采用明场照明(明场照明是指：光源照射方向与摄像机成像方向相同)方法获取轨道表面图像。明场照明可以很清楚地拍摄到扣件、道床表面的图像，但是，因日常使用的钢轨被列车车轮长期摩擦，近似于镜面，而存在明显的镜面反射。从而导致，现有明场照明成像方法无法获取轨道表面的裂纹等病害图像。针对上述钢轨头部遮挡轨距挡板区域和钢轨表面镜面反射的这两个问题，中国专利CN201811188680.9提出采用2个线结构光布局于摄像机两侧提供照明，用于解决遮挡问题，但该方法的缺点是线结构光数量多，成本高。针对钢轨表面镜面反射干扰问题，采用斜向下照明的线光源为钢轨和扣件提供暗场照明，用于钢轨和扣件区域二维成像，用于解决钢轨表面镜面反射干扰问题，拍摄钢轨表面的裂纹等病害图像，但以这种方式同时为钢轨和两侧扣件区域提供照明，显著增加了线光源照射区域宽度。在专利CN201811188680.9实施例2中，光源照明方向与成像方向角度为60度，常规钢轨高度为176mm，线光源照明区域最小宽度为：176*tan(60)＝56.3mm，照射区域的长度一般为800mm，则需要800*56.3mm的照明区域，显著增加了LED阵列线光源的功率要求。特别是将该成像装置应用于轨检车或电客车等高速运载平台上时，为满足成像速度要求，所需功率要求更高。照明功率升高还会带来系统散热难度增加，应用范围受限(比如：难以在依赖电池供电的智能巡检机器人等小型化巡检平台使用)、光源尺寸增大增加安装复杂度等其他问题。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中在解决钢轨头部遮挡轨距挡板区域和钢轨表面镜面反射的问题时不能兼顾成像设备功率低的问题，本技术提供了一种轨道可视化巡检成像系统，能兼顾钢轨表面病害暗场照明成像和钢轨两侧区域扣件及道床区域明场照明成像需求，同时有效降低功耗、减小设备尺寸。为达到上述目的，本技术采用的技术方案为：一种轨道可视化巡检成像系统，该系统包含：1台2D成像模块A4，位于所述轨道的道床中心正上方；2台2D成像模块B3-1、3-2，位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方，与所述2D成像模块A呈一字排列；以及3台3D成像模块5-1、5-2、5-3，该3台3D成像模块位于同一平面并分别位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方和道床中心正上方；3台2D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面2D扫描成像；3台3D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面3D扫描成像。进一步的，所述2D成像模块A由线结构光发生器6和线阵摄像机7组成，线阵摄像机成像平面9与线结构光8照射平面共面。进一步的，所述线结构光发生器6为线激光器，产生的线结构光8的厚度为4mm，线结构光为线阵摄像机提供照明。进一步的，所述2D成像模块B由线结构光发生器6、线阵摄像机7和半透半反镜12组成；进一步的，3台线阵摄像机的成像平面共面。其中，线结构光发生器6平行放置于所述轨道平面，线阵摄像机7垂直放置于所述轨道平面，半透半反镜12与线结构光8和线阵摄像机成像平面9各成45度角。进一步的，所述线结构光发生器6的光心(即激光器的出发点)与线阵摄像机7的光心位于钢轨横截面中轴线13上，线阵摄像机光心到所述轨道的钢轨顶面的光路距离不小于500mm，线结构光的光心到钢轨顶面的光路距离不小于500mm，以避免钢轨顶部遮挡扣件的轨距挡板区域；对钢轨、钢轨两侧扣件和部分道床区域进行成像。进一步的，所述3D成像模块由线结构光发生器6和3D摄像机14组成；其中，线结构光发生器6垂直放置于所述轨道的钢轨顶面，产生垂直于钢轨纵向的线结构光，3D摄像机斜向下拍摄线结构光，通过线结构光成像方法，进行线结构光3D成像。进一步的，3台3D成像模块的线结构光平面共面。进一步的，所述线结构光发生器6的光心与3D摄像机14的光心位于所述轨道的钢轨横截面中轴线上，线结构光的光心、3D摄像机的光心到钢轨顶面的光路距离不小于500mm。进一步的，线结构光发生器产生的线结构光厚度不超过1mm。进一步的，所述3台线阵摄像机的成像平面共面，3台3D成像模块的线结构光平面共面；选择合适的线结构光、成像镜头参数，使3台2D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面2D扫描成像；使3台3D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面3D扫描成像。进一步的，所述2D成像模块B安装于3D成像模块靠近3D摄像机一侧，将2D成像模块A安装于3D成像模块靠近3D摄像机一侧，以避免2D成像模块中的线结构光对3D成像模块造成干扰。进一步的，所述2D成像模块B中还包含：位于线结构光发生器6出光口距离L的宽度为W的反射镜15；以及斜向下照射的线光源16；其中，反射镜15与线结构光平面的夹角为g，g不小于5度；线光源照射平面18与线阵摄像机成像平面的夹角为a，a的取值范围为60-90度；W＝L/H*U，单位为mm，其中，H为线结构光光心到钢轨顶面的光路距离，U为钢轨顶面宽度，所述光路距离是指光线从光心出发经过半透半反镜到达钢轨顶面的距离。进一步的，调整2D成像模块中线结构光、线光源的亮度，使线阵摄像机在同一曝光参数条件下，同时拍清钢轨和扣件区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道可视化巡检成像系统，其特征在于，该系统包含：/n1台2D成像模块A(4)，位于所述轨道的道床中心正上方；/n2台2D成像模块B(3-1、3-2)，位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方，与所述2D成像模块A呈一字排列；以及/n3台3D成像模块(5-1、5-2、5-3)，该3台3D成像模块的线结构光位于同一平面，并分别位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方和道床中心正上方；/n其中，3台2D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面2D扫描成像；3台3D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面3D扫描成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种轨道可视化巡检成像系统，其特征在于，该系统包含：
1台2D成像模块A(4)，位于所述轨道的道床中心正上方；
2台2D成像模块B(3-1、3-2)，位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方，与所述2D成像模块A呈一字排列；以及
3台3D成像模块(5-1、5-2、5-3)，该3台3D成像模块的线结构光位于同一平面，并分别位于所述轨道的两侧钢轨中心正上方和道床中心正上方；
其中，3台2D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面2D扫描成像；3台3D成像模块成像区域部分重叠，对轨道进行全断面3D扫描成像。


2.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述2D成像模块A由线结构光发生器(6)和线阵摄像机(7)组成，线阵摄像机成像平面(9)与线结构光(8)照射平面共面。


3.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述2D成像模块B由线结构光发生器(6)、线阵摄像机(7)和半透半反镜(12)组成；
其中，线结构光发生器(6)平行放置于所述轨道平面，线阵摄像机(7)垂直放置于所述轨道平面，半透半反镜(12)与线结构光(8)和线阵摄像机成像平面(9)各成45度角。


4.如权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述线结构光发生器(6)的光心与线阵摄像机(7)的光心位于钢轨横截面中轴线(13)上，线阵摄像机光心到所述轨道的钢轨顶面的光路距离不小于500mm，线结构光的光心到钢轨顶面的光路距离不小于500mm。


5.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述3D成像模块由线结构光发生器(6)和3D摄像机(14)组成；
其中，线结构光发生器(6)垂直放置于所述轨道的钢轨顶面，产生垂直于钢轨纵向的线结构光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：左丽玛，
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