[发明专利]一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统

摘要

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。

主权项

1.一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统，其特征在于，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二维成像，获取钢轨系统、道床系统和扣件系统的灰度图像，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相对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；所述三维成像装置为线结构光三维扫描装置，由1个线结构光发生器和1台3D摄像机组成；所述线结构光由单波长激光器和柱面镜组成，其中激光器产生点状光源，柱面镜对点光源进行光路调制，产生锥形线结构光；所述线结构光平面与轨道纵向和轨道表面垂直，3D摄像机光轴与线结构光平面夹角为b，b的取值范围为30‑60度，线结构光照射区域厚度不超过2mm、长度超出3D摄像机成像视场区域；所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式图像处理系统，自带线结构光3D测量算法，3D摄像机拍摄线结构光投射在轨道表面的光条，直接计算光条中心亚像素坐标，并根据系统标定参数，计算和输出当前光条上轨道表面三维数据；所述成像控制模块由角度编码器和控制信号发生器组成；所述角度编码器安装在里程计数轮上，对里程计数轮转动角度进行编码产生里程脉冲信号；所述里程计数轮为圆柱轮，通过轴承固定在运载平台上，搭在钢轨顶部，并通过预压弹簧紧顶钢轨顶部，贴合钢轨顶部进行滚动，角度编码器的转动轴与里程计数轮固定；所述控制信号发生器为嵌入式硬件系统，根据数据采集模块发出的控制指令使能里程脉冲信号输入，产生n1+n2路同步的脉冲信号，分别输入n1台二维成像装置和n2台三维成像装置，并且对输出的脉冲信号进行计数，将脉冲数量传输给数据采集模块；所述数据采集模块为计算机，与控制信号发生器、n1台二维成像装置和n2台三维成像装置连接，通过计算机上运行的软件程序，产生控制指令，采集和存储脉冲数量、二维图像和三维数据；所述二维与三维数据融合模块为运行在计算机上的软件程序，根据n1台二维成像装置、n3台三维成像装置之间的几何位置关系，对采集的二维图像和三维数据进行对齐操作，并在轨道横截面上进行视场拼接，得到整个轨道断面二维与三维融合成像数据。