[實用新型]一種軌道可視化巡檢雙光譜二維與三維融合成像裝置

有效

• 申請號: 201921693284.1
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN211785175U
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 左麗瑪
• 申請（專利權）人: 成都精工華耀科技有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/64;G01N21/958
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

為實現具有透明玻璃或塑料的軌道表面二維與三維融合成像，本實用新型公開一種軌道可視化巡檢雙光譜二維與三維融合成像裝置。由2個線結構光發生器、1臺線陣攝像機、1臺雙光譜3D成像模塊組成。線結構光發生器產生片光P1、P2，波長范圍分別為：200?1000nm、200?400nm。P1為線陣攝像機提供照明、P2為雙光譜3D成像模塊提供照明。雙光譜3D成像模塊由1個同軸分光器和2臺3D攝像機組成，同軸分光器用于分光成像，1臺3D攝像機拍攝P2反射光，用于非透明、非鏡面反射對象三維測量；另1臺3D攝像機拍攝P2輻射光，用于玻璃或塑料等透明對象三維測量，可解決現有三維掃描系統無法獲取透明對象三維形貌數據的問題。

技術領域

本實用新型涉及一種鐵路基礎設施檢測領域的設備，具體指一種軌道可視化巡檢雙光譜二維與三維融合成像裝置。

背景技術

鐵路是國家運輸大動脈，在國民經濟、國民出行、國防運輸等諸多領域發揮著重大價值。軌道是鐵路運輸的基礎設施，軌道由道床系統、鋼軌系統、扣件系統組成。軌道在長期運行過程中，鋼軌系統會裂紋、龜裂等缺陷，扣件系統會產生螺栓松動、彈條斷裂、彈條脫落等缺陷，道床系統會存在裂紋、斷裂等缺陷。

近年來，隨著城市地鐵的快速發展，為了保證城市地鐵安全運行，每天晚上24:00-4:00之間，地鐵必須對軌道進行安全巡視檢測。巡視檢測內容除常規軌道病害(扣件松動、鋼軌破損、道床裂紋等)以外，還需重點查看是否存在道床異物(乘客遺漏的物品：手機、水瓶等)干擾。目前，國內地鐵運行公司多采用人工巡道方式進行檢查，每人每晚最多查看3km里程，對整個軌道進行巡視需要大量巡道工人，而增加地鐵運行成本。更重要的是：受人為因素干擾，人難以準確、客觀地查找出缺陷。

為此，針對軌道日常安全巡檢需求，必須開展快速、智能、高效的軌道巡檢技術研究。近期，有學者嘗試將線陣掃描成像技術應用于軌道巡檢中，獲取軌道灰度圖像，采用圖像處理方法對扣件、道床病害進行自動識別。但是，基于灰度圖像很難判斷螺栓松動等高度變化信息，近年來發展的基于線結構光的三維成像技術(比如：《吳慶陽.線結構光三維傳感中關鍵技術研究[D].四川大學,2006.》)，正好可以彌補該缺陷。線結構光三維成像技術，用面陣攝像機拍攝線結構光光條圖像，提取光條中心線坐標，根據線結構光平面與面陣攝像機之間位置關系，可以計算出線結構光平面內被測對象的橫截面剖面數據，通過掃描即可實現三維成像。所獲取的三維數據中，包含了被測對象的三維形貌數據。基于這些三維形貌數據，可以有效判別螺栓松動、彈條移位、道床是否存在異物等軌道缺陷。不過，由于三維數據不夠形象和直觀，在對可視化成像數據進行人工復核時，還需要軌道表面的灰度圖像，為此，對于軌道可視化巡檢任務而言，需要同時獲取軌道表面二維紋理圖像(灰度圖像)和三維形貌數據。

近期，我們采用線結構光三維成像技術獲取軌道三維形貌數據時，發現以下問題：1)對于地鐵等日常運行軌道，當道床上存在玻璃瓶、透明塑料等透明對象時，現有商業三維掃描成像系統不能對其進行三維成像；2)對非平面、光滑、透明對象(比如礦泉水瓶)進行三維成像時，產生錯誤的三維測量結果。其原因是：如圖1.a所示，現有三維成像系統基于線結構光4的反射光5進行三維測量，對于玻璃、塑料等透明對象，投射的線結構光被透射后，反射光非常微弱，進而3D成像系統無法檢測到線結構光，導致無法進行三維測量；對于非平面、光滑、透明對象而言，容易產生大面積的反射光，而使常用的線結構光中心線提取算法(比如閾值分割骨架法、質心法、高斯擬合法等)產生錯誤的結果。在我們的實際應用中，采用SICK公司的3D測量系統對礦泉水瓶進行三維掃描后，在三維測量數據中存在一片區域明顯高于水瓶自身輪廓區域，并且該區域的高度值已經超過了鋼軌頂部高度，從而產生誤報警(在軌道巡檢病害分級中，超出鋼軌頂部區域的異物是一級病害，會影響行車安全，必須及時解除)。

實用新型內容

為解決軌道可視化巡檢過程中、獲取軌道表面二維圖像與三維形貌數據時，所存在的無法對玻璃、塑料等透明對象進行三維測量、以及無法對塑料等鏡面反射對象進行準確三維測量的問題，本實用新型提供一種軌道可視化巡檢雙光譜二維與三維融合成像裝置。