[发明专利]一种低功耗轨道二维与三维融合成像系统

说明书

为获取轨道巡检所需的二维与三维数据，本发明公开一种低功耗轨道二维与三维融合成像系统。该系统由片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元、支撑装置、外壳和遮光罩组成；片光发生器用于产生片光P，为线阵成像单元提供照明，为3D成像单元提供线结构光；片光P的波长位于线阵成像单元、3D成像单元中成像芯片高量子效率区域内；线阵成像单元由多个线阵摄像机组成，线阵成像平面与片光P共面；3D成像单元由多个3D摄像机组成；线阵成像单元、3D成像单元沿轨道纵向对轨道进行二维与三维成像扫描；支撑装置用于固定片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元和外壳；遮光罩位于外壳底部，用于遮挡外界环境光。本发明具备尺寸小、功耗低等优点，可应用于电池供电驱动的轨道巡检小车上，降低轨道巡检小车综合功耗，减小电池容量需求，减轻轨道巡检小车重量。

技术领域

本发明涉及一种铁路基础设施检测领域的设备，具体指一种低功耗轨道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。为此，本发明拟将三维成像技术应用于轨道可视化巡检中，同时获取轨道全断面二维与三维图像，基于二维与三维图像对轨道病害进行检测，将大幅提升检测的准确性和鲁棒性。

在地铁行业中，需要每天对轨道状态进行巡查。若在现有轨检车基础上加装二维与三维成像设备，对轨道进行二维与三维成像，则存在轨检车不能每天频繁使用的问题。为此，未来基于小型化轨道巡检机器人，挂载轨道巡检设备，是有效解决地铁等行业中日常巡检需求的有效方式。小型化轨道巡检机器人一般采用电池提供动力，为减少巡检机器人重量，特别是电池重量，所搭载的检测设备必须降低功率和功耗。研制低功耗轨道二维与三维融合成像装置，有利于降低轨道巡检机器人电池容量需求，减小机器人重量，对推动轨道智能巡检技术发展和推广应用具有重大意义。

发明内容

为了降低小型化轨道巡检机器人功率和总体功耗，本发明提供一种低功耗轨道二维与三维融合成像系统。

本发明的技术方案是：该装置由片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元、支撑装置、外壳和遮光罩组成；

所述片光发生器用于产生片光P，片光P在轨道表面照射区域宽度不小于2.5m，厚度不超过2mm；

所述片光P与轨道纵向、轨道路面垂直，为线阵成像单元提供照明，为3D成像单元提供线结构光；

所述片光P的波长为b，b位于线阵成像单元、3D成像单元中成像芯片高量子效率区域内；

所述片光发生器由n1个共线安置的线结构光发生器构成，产生n1个线结构光，共面串行拼接为片光P，n1的取值范围为3-10；

所述线结构光发生器由激光器和扩束镜组成，激光器用于产生点光源，扩束镜用于将点光源扩束为线结构光；

所述线阵成像单元由n2个线阵摄像机组成，n2个线阵摄像机的成像平面共面、并与片光P共面，线阵成像区域覆盖整个轨道横向区域，n2的取值范围为3-10；

所述n2个线阵摄像机前端加装波长为b的窄带滤光片；