[实用新型]一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置

说明书

本实用新型公开一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，由可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜、照明光源、工控机组成，可见光摄像机、红外摄像机与二向色镜构成同轴分光成像装置，分别获取铁轨及扣件纹理图像和红外热图像；工控机位于车厢内，用于采集、存储、处理双光谱图像；在工控机中，采用纹理图像进行红外热图像中铁轨及扣件定位，采用背景模型比对进行扣件缺失、松动、断裂异常检测，共同使用纹理图像和红外热图像进行铁轨剥离、擦伤、波磨、裂纹检测。本实用新型可有效提升铁轨及扣件异常检测效率，保障轨道交通安全。

技术领域

本实用新型涉及铁轨交通安全检测技术领域，特指一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置。

背景技术

在铁路基础设施检测上，我国长期以人工和静态检测为主，养护费用高，强度高，安全性差，近年我国高速铁路迅猛发展，对铁路检测的自动化、实时性提出了更高的要求。国内外已有的铁轨及扣件检测技术为：基于线阵激光的连续扫描装置，如德国Sick公司；基于面阵图像传感器的计算机视觉检测装置，如美国ENSCO公司的VIS系统、德国AtlasElectronic 公司开发的光电式轨道检测系统以及北京福斯达公司高速车载式轨道图像识别系统等。但两者的缺点在于检测速度较低，通用性不高，有时需要过多人工干预，而且不能在扣件丢失之前自动判断扣件是否产生松动并进行预警。

经检索，专利Z.201210192641.2介绍一种基于红外热成像的铁路扣件松动高速探测系统与方法：利用红外摄像机获取扣件与钢轨的接触应力产生的红外热图像，通过红外热图像灰度值，判断扣件是否松动或缺失。但是，该方法存在以下缺点：1)采用面阵红外摄像机，采集图像数据量大、扣件区域成像难以对齐，且面阵红外摄像机的成像分辨率低、设备成本高； 2)直接利用红外图像测量的温度值与最小、最大应力值对应的温度值做比较的检测方法，在实际应用中还存在着两个问题：首先，在不同的列车运行速度下，扣件所受到的挤压力大小不同，所产生的热量也不同，因此，这种方法难以适应不同速度条件下扣件松动检测需求；其次，该方法不能检测扣件裂纹异常，也没有检测铁轨异常。

实用新型内容

为了解决现有铁轨及扣件松动检测方法所存在的上述问题，本实用新型提供一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种双光谱成像铁轨及扣件异常检测装置，其特征在于：由一个可见光摄像机、一个红外摄像机、一个二向色镜、三个面光源、一个工控机组成；所述可见光摄像机、红外摄像机、二向色镜构成双光谱同轴成像装置，可见光摄像机的光轴与铁轨纵向垂直，红外摄像机光轴与铁轨纵向平行，可见光摄像机光轴与红外摄像机光轴垂直；二向色镜位于入射光路上、用于将入射光线分离为可见光与近红外混合光、中远红外光分别送入可见光摄像机和红外摄像机，二向色镜的分光面与可见光摄像机和红外摄像机的光轴成45度角；调整可见光摄像机、红外摄像机到二向色镜分光面的距离，使可见光摄像机拍摄的纹理图像与红外摄像机拍摄的红外图像视场重合。

所述双光谱同轴成像装置位于铁轨上方，成像视场覆盖铁轨及两侧扣件区域。

所述三个面光源照射范围不重叠，其中两个面光源分别位于铁轨两侧扣件上方，为扣件区域照明，一个面光源位于铁轨上方，与铁轨纵向成a角度入射，与可见光摄像机构成暗场照明，其中，a取值范围为10～90度。

工控机位于车厢内，与可见光摄像机和红外摄像机连接，用于采集铁轨及扣件表面双光谱图像，并基于双光谱成像装置获取的纹理图像和红外热图像进行铁轨及扣件异常检测。

优选地，光源采用单波长或窄带光谱范围光源，波长范围为800～1000nm，并在可见光摄像机前端设置与该光源波长相等的窄带滤光片，用于滤除环境光。

优选地，可见光摄像机选用可见光线阵摄像机，红外摄像机选用红外线阵摄像机，构成双光谱线阵成像装置。