[發明專利]基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統與方法

有效

• 申請號: 201110383222.2
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102556116A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 趙輝;陶衛;王衛東;任盛偉;劉滿華;雷華明;劉偉文;楊金峰;張海波;張永杰;王夢雪;吳芳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;中國鐵道科學研究院
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;G01S5/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征在于：由激光定位系統、視覺識別系統和控制中心組成，這三個部分同處于列車車體下方的探測器內，正對扣件所在區域的正上方；激光定位系統和視覺識別系統沿著列車運行的方向前后錯開布置，激光定位系統在前，視覺識別系統在后，二者距離恒定；由激光定位系統對扣件的位置進行探測和定位，并發出同步信號，觸發視覺識別系統工作，當視覺識別系統接收到來自激光定位系統的同步信號之后，實時采集扣件區域的圖像，并實時將圖像數據送入圖像處理電路，進行圖像處理和識別，并對于缺失扣件的圖像進行存儲。

2.根據權利要求1所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征在于：所述激光定位系統采用高速半導體光電管形成的一維陣列完成的三角測距測量，當列車運行到達某一個扣件位置時，扣件及其基板的凸起將使得光斑產生垂直于軌面的位移，并導致光斑的成像位置發生變化，從而使得光電管陣列中的某個或某幾個光電管導通，并發出不同的電信號，這些電信號經過光電處理電路的邏輯分析處理后，形成最終的同步信號輸出，觸發后面的視覺識別系統工作。

3.根據權利要求1所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征是：所述視覺識別系統利用計算機視覺的方法識別和判斷扣件是否缺失，以扣件所在位置為中心，選擇小的視場范圍進行圖像采樣和處理。

4.根據權利要求1或2所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征是：所述視覺識別系統采用多個LED面光源，分別布置在高速設計的周圍，沿鋼軌方向排開。

5.根據權利要求1所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征是：所述激光定位系統與視覺識別系統的距離保證激光定位系統中半導體激光器產生的光斑處于視覺識別系統中攝像機的視場范圍之內。

6.一種基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步，在控制中心的控制下，激光定位系統打開半導體激光器，視覺識別系統打開照明光源；

第二步，激光定位系統連續采集扣件所在區域的高度信息，當到達扣件位置后，扣件高度的變化而使得光電陣列產生相應的電信號，經過光電處理電路后產生同步信號，并直接送達視覺識別系統；

第三步，視覺識別系統在接收到來自激光定位系統的同步信號后，直接觸發高速工業攝像機動作，快速捕獲扣件所在區域的圖像，并實時傳輸到圖像處理電路；

第四步，視覺識別系統的圖像處理電路對攝像機傳來的圖像進行處理、識別和判斷，當發現扣件缺失時立即向控制中心發出報警信號；

第五步，控制中心接收到來自視覺識別系統的扣件缺失報警信號之后，立即通過通訊接口將報警信號發送到車上，同時將扣件缺失的圖片及歷程信息自動記錄下來，以備人工查詢。

7.根據權利要求6所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測方法，其特征在于：所述激光定位系統采用高速半導體光電管形成的一維陣列完成的三角測距測量，當列車運行到達某一個扣件位置時，扣件及其基板的凸起將使得光斑產生垂直于軌面的位移，并導致光斑的成像位置發生變化，從而使得光電管陣列中的某個或某幾個光電管導通，并發出不同的電信號，這些電信號經過光電處理電路的邏輯分析處理后，形成最終的同步信號輸出，觸發后面的視覺識別系統工作。

8.根據權利要求6所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測方法，其特征是：所述視覺識別系統利用計算機視覺的方法識別和判斷扣件是否缺失，以扣件所在位置為中心，選擇小的視場范圍進行圖像采樣和處理。

9.根據權利要求6或8所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征是：所述視覺識別系統采用多個LED面光源，分別布置在高速設計的周圍，沿鋼軌方向排開。

10.根據權利要求1所述的基于激光和視覺的鐵路扣件缺失高速探測系統，其特征是：所述激光定位系統與視覺識別系統的距離保證激光定位系統中半導體激光器產生的光斑處于視覺識別系統中攝像機的視場范圍之內。