[發(fā)明專利]基于偏振分光的鋼軌廓形檢測方法、系統(tǒng)及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010147291.2
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111307065B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方玥;王樂;王昊;王勝春;趙延峰;趙鑫欣;王寧;周謙;張翼;李海浪;黎國清;任盛偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所;北京鐵科英邁技術(shù)有限公司;中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/13;G06T7/66
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯;湯在彥

本發(fā)明公開了一種基于偏振分光的鋼軌廓形檢測方法、系統(tǒng)及裝置，該方法包括：獲取鋼軌表面反射光的P分量偏振圖像和S分量偏振圖像，其中，鋼軌表面反射光經(jīng)偏振分光棱鏡分解為振動平面互相垂直的P分量透射光和S分量反射光，P分量偏振圖像為P分量透射光形成的圖像，S分量偏振圖像為S分量反射光形成的圖像；根據(jù)P分量偏振圖像和S分量偏振圖像，確定鋼軌表面反射光的總強(qiáng)度圖像；對P分量偏振圖像、S分量偏振圖像和總強(qiáng)度圖像進(jìn)行融合處理，得到融合圖像；根據(jù)融合圖像，提取鋼軌廓形數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠獲得無局部過曝現(xiàn)象的高質(zhì)量鋼軌廓形光條圖像，從中提取到準(zhǔn)確的光條中心，提高鋼軌廓形檢測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼軌檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于偏振分光的鋼軌廓形檢測方法、系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)

本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明實(shí)施例提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

由于鋼軌廓形的變化直接關(guān)系到鐵路軌道的安全運(yùn)行，因而，鋼軌廓形檢測有助于掌握鋼軌服役狀態(tài)、指導(dǎo)鋼軌打磨作業(yè)，是鐵路運(yùn)營維護(hù)的重要手段。

鋼軌廓形檢測的原理是將實(shí)際檢測到的鋼軌廓形數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌廓形數(shù)據(jù)對比，從而得到鋼軌的垂直磨耗量、側(cè)面磨耗量等參數(shù)。目前，鋼軌廓形檢測的手段主要有兩種類型：一種是接觸式檢測，將探頭與鋼軌接觸來檢測鋼軌廓形數(shù)據(jù)；另一種是非接觸式檢測，利用鋼軌表面反射光的強(qiáng)度信息來提取鋼軌廓形數(shù)據(jù)。

對于接觸式檢測，由于其需要探頭與鋼軌接觸，存在檢測效率低、人工成本高等缺點(diǎn)。對于非接觸式檢測，由于鐵路現(xiàn)場工況惡劣，鋼軌在服役一段時(shí)間后，鋼軌表面狀態(tài)會發(fā)生改變(例如，表面不平順、表面異物、鋼軌光帶、軌頭生銹等)，從而干擾鋼軌表面反射光的能量分布，造成能量分布異常。尤其是鋼軌打磨后，采集的鋼軌廓形光條圖像中存在局部區(qū)域曝光過量的問題(即過曝問題)，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確提取光條中心，使得鋼軌廓形檢測結(jié)果誤差較大的技術(shù)問題。

圖1為采用傳統(tǒng)鋼軌廓形檢測方法采集打磨后鋼軌表面反射光形成的光條圖像，可以看出，對于打磨后的鋼軌，其表面形貌和粗糙度均發(fā)生了變化，影響了鋼軌表面鏡面反射能量和漫反射能量的分布情況，當(dāng)局部區(qū)域的鏡面反射光方向與成像鏡頭的光軸一致或接近時(shí)，大量的鏡面反射光進(jìn)入圖像探測器，使得圖像探測器采集到的鋼軌廓形光條圖像出現(xiàn)過曝現(xiàn)象，例如，圖1中虛線矩形框所示的過曝區(qū)域。在過曝區(qū)域，由于光條能量分布異常，使得光條中心提取誤差較大，往往得不到準(zhǔn)確的光條中心，從而導(dǎo)致鋼軌廓形檢測結(jié)果存在較大誤差。

圖2所示為分別采用極大值法、灰度重心法和Steger法，對圖1所示的光條圖像進(jìn)行光條中心提取的結(jié)果。如圖2所示，圖標(biāo)a所示為采用極大值法提取出的光條中心，圖標(biāo)b所示為采用灰度重心法提取出的光條中心，圖標(biāo)c所示為采用Steger法提取出的光條中心，圖標(biāo)d所示為通過Miniprof軌廓儀測量的鋼軌廓形數(shù)據(jù)映射到圖像坐標(biāo)中的結(jié)果。由于Miniprof軌廓儀能夠?qū)崿F(xiàn)鋼軌廓形的接觸式測量，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，因而，可以作為不同光條中心提取方法的參考基準(zhǔn)。

由圖2可以看出，在非過曝區(qū)域(即虛線矩形框外的區(qū)域)，采用不同光條中心提取方法得到的鋼軌廓形與Miniprof軌廓儀測量的鋼軌廓形基本一致；在過曝區(qū)域(即虛線矩形框內(nèi)的區(qū)域)，由于光條截面能量分布復(fù)雜，采用不同光條中心提取方法得到的光條中心出現(xiàn)不同程度的誤差，導(dǎo)致鋼軌廓形測量結(jié)果也出現(xiàn)不同程度的誤差，其中，灰度重心法的誤差最大達(dá)到0.95mm，即使是精度最高的Steger法，也產(chǎn)生了0.29mm的誤差。

可見，現(xiàn)有基于線結(jié)構(gòu)光的鋼軌廓形檢測方法，在遇到惡劣工況，尤其是新打磨后的鋼軌時(shí)，直接采集鋼軌表面反射光的強(qiáng)度信息，形成的光條圖像存在局部過曝現(xiàn)象。在過曝區(qū)域，光條成像質(zhì)量較差，光條能量分布復(fù)雜，使得真實(shí)的鋼軌廓形信息被干擾，無法獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的光條中心，最終導(dǎo)致鋼軌廓形檢測結(jié)果誤差較大。