[实用新型]一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置

说明书

为实现具有透明玻璃或塑料的轨道表面二维与三维融合成像，本实用新型公开一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置。由2个线结构光发生器、1台线阵摄像机、1台双光谱3D成像模块组成。线结构光发生器产生片光P1、P2，波长范围分别为：200‑1000nm、200‑400nm。P1为线阵摄像机提供照明、P2为双光谱3D成像模块提供照明。双光谱3D成像模块由1个同轴分光器和2台3D摄像机组成，同轴分光器用于分光成像，1台3D摄像机拍摄P2反射光，用于非透明、非镜面反射对象三维测量；另1台3D摄像机拍摄P2辐射光，用于玻璃或塑料等透明对象三维测量，可解决现有三维扫描系统无法获取透明对象三维形貌数据的问题。

技术领域

本实用新型涉及一种铁路基础设施检测领域的设备，具体指一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置。

背景技术

铁路是国家运输大动脉，在国民经济、国民出行、国防运输等诸多领域发挥着重大价值。轨道是铁路运输的基础设施，轨道由道床系统、钢轨系统、扣件系统组成。轨道在长期运行过程中，钢轨系统会裂纹、龟裂等缺陷，扣件系统会产生螺栓松动、弹条断裂、弹条脱落等缺陷，道床系统会存在裂纹、断裂等缺陷。

近年来，随着城市地铁的快速发展，为了保证城市地铁安全运行，每天晚上24:00-4:00之间，地铁必须对轨道进行安全巡视检测。巡视检测内容除常规轨道病害(扣件松动、钢轨破损、道床裂纹等)以外，还需重点查看是否存在道床异物(乘客遗漏的物品：手机、水瓶等)干扰。目前，国内地铁运行公司多采用人工巡道方式进行检查，每人每晚最多查看3km里程，对整个轨道进行巡视需要大量巡道工人，而增加地铁运行成本。更重要的是：受人为因素干扰，人难以准确、客观地查找出缺陷。

为此，针对轨道日常安全巡检需求，必须开展快速、智能、高效的轨道巡检技术研究。近期，有学者尝试将线阵扫描成像技术应用于轨道巡检中，获取轨道灰度图像，采用图像处理方法对扣件、道床病害进行自动识别。但是，基于灰度图像很难判断螺栓松动等高度变化信息，近年来发展的基于线结构光的三维成像技术(比如：《吴庆阳.线结构光三维传感中关键技术研究[D].四川大学,2006.》)，正好可以弥补该缺陷。线结构光三维成像技术，用面阵摄像机拍摄线结构光光条图像，提取光条中心线坐标，根据线结构光平面与面阵摄像机之间位置关系，可以计算出线结构光平面内被测对象的横截面剖面数据，通过扫描即可实现三维成像。所获取的三维数据中，包含了被测对象的三维形貌数据。基于这些三维形貌数据，可以有效判别螺栓松动、弹条移位、道床是否存在异物等轨道缺陷。不过，由于三维数据不够形象和直观，在对可视化成像数据进行人工复核时，还需要轨道表面的灰度图像，为此，对于轨道可视化巡检任务而言，需要同时获取轨道表面二维纹理图像(灰度图像)和三维形貌数据。

近期，我们采用线结构光三维成像技术获取轨道三维形貌数据时，发现以下问题：1)对于地铁等日常运行轨道，当道床上存在玻璃瓶、透明塑料等透明对象时，现有商业三维扫描成像系统不能对其进行三维成像；2)对非平面、光滑、透明对象(比如矿泉水瓶)进行三维成像时，产生错误的三维测量结果。其原因是：如图1.a所示，现有三维成像系统基于线结构光4的反射光5进行三维测量，对于玻璃、塑料等透明对象，投射的线结构光被透射后，反射光非常微弱，进而3D成像系统无法检测到线结构光，导致无法进行三维测量；对于非平面、光滑、透明对象而言，容易产生大面积的反射光，而使常用的线结构光中心线提取算法(比如阈值分割骨架法、质心法、高斯拟合法等)产生错误的结果。在我们的实际应用中，采用SICK公司的3D测量系统对矿泉水瓶进行三维扫描后，在三维测量数据中存在一片区域明显高于水瓶自身轮廓区域，并且该区域的高度值已经超过了钢轨顶部高度，从而产生误报警(在轨道巡检病害分级中，超出钢轨顶部区域的异物是一级病害，会影响行车安全，必须及时解除)。

实用新型内容

为解决轨道可视化巡检过程中、获取轨道表面二维图像与三维形貌数据时，所存在的无法对玻璃、塑料等透明对象进行三维测量、以及无法对塑料等镜面反射对象进行准确三维测量的问题，本实用新型提供一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置。