[发明专利]基于偏振分光的钢轨廓形检测方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种基于偏振分光的钢轨廓形检测方法、系统及装置，该方法包括：获取钢轨表面反射光的P分量偏振图像和S分量偏振图像，其中，钢轨表面反射光经偏振分光棱镜分解为振动平面互相垂直的P分量透射光和S分量反射光，P分量偏振图像为P分量透射光形成的图像，S分量偏振图像为S分量反射光形成的图像；根据P分量偏振图像和S分量偏振图像，确定钢轨表面反射光的总强度图像；对P分量偏振图像、S分量偏振图像和总强度图像进行融合处理，得到融合图像；根据融合图像，提取钢轨廓形数据。本发明能够获得无局部过曝现象的高质量钢轨廓形光条图像，从中提取到准确的光条中心，提高钢轨廓形检测的准确性。

技术领域

本发明涉及钢轨检测领域，尤其涉及一种基于偏振分光的钢轨廓形检测方法、系统及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

由于钢轨廓形的变化直接关系到铁路轨道的安全运行，因而，钢轨廓形检测有助于掌握钢轨服役状态、指导钢轨打磨作业，是铁路运营维护的重要手段。

钢轨廓形检测的原理是将实际检测到的钢轨廓形数据，与标准钢轨廓形数据对比，从而得到钢轨的垂直磨耗量、侧面磨耗量等参数。目前，钢轨廓形检测的手段主要有两种类型：一种是接触式检测，将探头与钢轨接触来检测钢轨廓形数据；另一种是非接触式检测，利用钢轨表面反射光的强度信息来提取钢轨廓形数据。

对于接触式检测，由于其需要探头与钢轨接触，存在检测效率低、人工成本高等缺点。对于非接触式检测，由于铁路现场工况恶劣，钢轨在服役一段时间后，钢轨表面状态会发生改变(例如，表面不平顺、表面异物、钢轨光带、轨头生锈等)，从而干扰钢轨表面反射光的能量分布，造成能量分布异常。尤其是钢轨打磨后，采集的钢轨廓形光条图像中存在局部区域曝光过量的问题(即过曝问题)，导致难以准确提取光条中心，使得钢轨廓形检测结果误差较大的技术问题。

图1为采用传统钢轨廓形检测方法采集打磨后钢轨表面反射光形成的光条图像，可以看出，对于打磨后的钢轨，其表面形貌和粗糙度均发生了变化，影响了钢轨表面镜面反射能量和漫反射能量的分布情况，当局部区域的镜面反射光方向与成像镜头的光轴一致或接近时，大量的镜面反射光进入图像探测器，使得图像探测器采集到的钢轨廓形光条图像出现过曝现象，例如，图1中虚线矩形框所示的过曝区域。在过曝区域，由于光条能量分布异常，使得光条中心提取误差较大，往往得不到准确的光条中心，从而导致钢轨廓形检测结果存在较大误差。

图2所示为分别采用极大值法、灰度重心法和Steger法，对图1所示的光条图像进行光条中心提取的结果。如图2所示，图标a所示为采用极大值法提取出的光条中心，图标b所示为采用灰度重心法提取出的光条中心，图标c所示为采用Steger法提取出的光条中心，图标d所示为通过Miniprof轨廓仪测量的钢轨廓形数据映射到图像坐标中的结果。由于Miniprof轨廓仪能够实现钢轨廓形的接触式测量，测量结果比较准确，因而，可以作为不同光条中心提取方法的参考基准。

由图2可以看出，在非过曝区域(即虚线矩形框外的区域)，采用不同光条中心提取方法得到的钢轨廓形与Miniprof轨廓仪测量的钢轨廓形基本一致；在过曝区域(即虚线矩形框内的区域)，由于光条截面能量分布复杂，采用不同光条中心提取方法得到的光条中心出现不同程度的误差，导致钢轨廓形测量结果也出现不同程度的误差，其中，灰度重心法的误差最大达到0.95mm，即使是精度最高的Steger法，也产生了0.29mm的误差。

可见，现有基于线结构光的钢轨廓形检测方法，在遇到恶劣工况，尤其是新打磨后的钢轨时，直接采集钢轨表面反射光的强度信息，形成的光条图像存在局部过曝现象。在过曝区域，光条成像质量较差，光条能量分布复杂，使得真实的钢轨廓形信息被干扰，无法获得稳定、准确的光条中心，最终导致钢轨廓形检测结果误差较大。