[实用新型]一种轨道可视化巡检成像系统

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及轨道病害巡检技术领域，具体涉及一种轨道可视化巡检成像系统。

背景技术

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。

实用新型内容

为解决背景技术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，本实用新型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。