[发明专利]一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统

说明书

本发明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系统，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、数据采集模块、二维与三维数据融合模块组成；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，数据采集模块用于采集二维/三维成像数据，二维与三维数据融合模块用于二维与三维成像数据的像素对齐和融合。本发明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。

技术领域

本发明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系统。

背景技术

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，本发明拟提供一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统，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。

发明内容

为实现高效的轨道可视化自动巡检，本发明提供一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统，以获取轨道表面二维图像与三维形貌数据。

本发明的技术方案是：一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统，由二维与三维成像模块、成像控制模块、数据采集模块、二维与三维数据融合模块组成。

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垂直于轨道纵向和轨道平面，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。