[实用新型]一种紧凑型轨道二维与三维成像装置

说明书

为获取轨道可视化巡检所需的二维图像与三维形貌数据，本实用新型公开一种紧凑型轨道二维与三维成像装置。该系统由片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元、支撑装置和外壳组成，其中片光发生器通过多个光源拼接产生两个片光，分别为线阵成像单元、3D成像单元提供照明。线阵成像单元与3D成像单元沿轨道纵向进行线阵扫描成像和三维扫描，获取轨道表面二维图像和三维形貌数据。进一步，将线阵成像单元、片光发生器进行集成，并采用光路折叠方法缩短3D成像单元长度，最终缩短成像系统沿轨道方向上长度，提供紧凑的轨道二维与三维成像系统。

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，具体指一种紧凑型轨道二维与三维成像装置。

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。在地铁中，道床系统还存在道床异物(乘客遗漏的物品：手机、水瓶等)、道床积水、道床板结等问题。

为保证列车运行安全，必须对轨道系统进行安全巡检，目前受技术限制，多采用人工巡检。在人工巡检过程中，受人为因素干扰，难以准确、客观地查找缺陷，且检测效率低、成本高。

近期，有学者尝试将线阵扫描成像技术应用于轨道巡检中，通过获取的扣件纹理图像进行扣件缺陷检测。但是，在二维纹理图像上，很难有效判定螺栓松动、道床异物等缺陷。三维成像技术(《吴庆阳.线结构光三维传感中关键技术研究[D].四川大学,2006.》)可以获取被测对象表面的三维形貌数据，利用三维形貌数据，可容易地区分出口径弹条缺失、螺栓松动等具有形状或高度变化的缺陷。因此，在二维成像技术基础上，引入三维成像技术，同时获取轨道二维纹理图像和三维形貌数据，有利于提升轨道可视化巡检水平。为此，本实用新型拟提供一种轨道可视化巡检二维与三维融合成像系统，同时获取轨道表面二维图像与三维形貌数据，为开展轨道可视化巡检提供数据支撑。

实用新型内容

为了解决现有轨道巡检方法所存在的上述问题，本实用新型提供一种紧凑型轨道二维与三维成像装置。

本实用新型的技术方案是：一种紧凑型轨道二维与三维成像装置，其特征在于，由片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元、支撑装置和外壳组成。

所述片光发生器用于产生两个片光P1、P2，片光P1的宽度不小于2m，厚度不超过1mm，片光P2的宽度不小于2m、厚度小于2mm。

所述片光发生器具有供电接口、开关接口、功率调节接口，可控制开启、关闭片光，并调节片光功率。

所述线阵成像单元用于对轨道进行线阵扫描成像，由n台线阵摄像机组成，n台线阵摄像机的成像平面共面，且成像平面位于片光P2照射范围内。

所述线阵成像单元具有供电接口、控制接口、数据传输接口，可控制线阵成像单元开闭、参数设置、控制信号输入、数据传输。

所述3D成像单元由n台3D摄像机组成，3D摄像机的光轴与片光P1平面成角度a，a的取值范围为20-80度；3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式处理系统，自带线结构光3D测量算法，拍摄片光P1投射在轨道表面的光条，根据3D摄像机标定参数，计算和输出光条位置处轨道表面三维数据。

所述3D成像单元具有供电接口、控制接口、数据传输接口，可控制3D成像单元开闭、参数设置、控制信号输入和数据传输。

所述线阵成像单元、3D成像单元通过控制接口输入外部触发脉冲信号，沿轨道纵向平移，可实现轨道全断面二维与三维成像扫描。

所述片光发生器、线阵成像单元、3D成像单元相对位置固定，刚性连接到支撑装置上。