CN205879131U - 一种基于无砟轨道的三维列车图像采集*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***，包括：沿所述无砟轨道长度方向设置的线光源和面阵相机；设置于所述线光源和所述面阵相机之间、且反光面沿所述无砟轨道宽度方向延伸的反光装置；其中，所述线光源经所述反光装置反射的光线投射方向与所述面阵相机经所述反光装置的成像方向设有夹角；所述线光源经所述反光装置反射的光线投射区域与所述面阵相机经所述反光装置的成像区域相重叠，所述成像区域覆盖所述光线投射区域。本实用新型的技术方案能够适应无砟轨道的结构特点，且能够获得较大的图像视野。

Description

一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***

技术领域

本实用新型涉及列车故障检测技术领域，更为具体地说，涉及一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***。

背景技术

列车图像采集***作为列车作业的重要组成部分，在提高列车运行质量和加强列车检修作业质量方面发挥着重要作用。其工作原理通常是通过设置在列车底部或侧部的相机摄取列车各个部件的图像，通过图像分析实现对列车的检测。例如，现有的三维动车组运行故障图像检测***(TEDS-3D)，作为典型的列车图像采集***，通过在传统的二维图像检测的基础上导入三维深度检测，能够实现对动车组的全方位检测，提高隐性故障的发现能力，进一步加强动车组的作业质量。

传统的列车图像采集***，通常是基于有砟轨道的，具体如图1所示，有砟轨道包括由碎石铺成的道床3、设置于道床3上的多个枕木以及垂直设置于枕木上且相互平行的轨道。列车图像采集***包括轨内底部图像检测***1和轨侧图像检测***2。其中，由于有砟轨道的道床3由碎石铺成，且道床3上的枕木较高，因此轨内底部图像检测***1可方便地设置于枕木之间的道床空隙内，同时轨侧图像检测***2可方便地设置于铁路下侧枕木之间道床空隙内，而不触碰到运行的列车。

然而，如图2所示，无砟轨道由混凝土结构的道床3、并排设置于道床3的扣件4以及固定于扣件4的轨道构成，由于道床3由混凝土构成，其结构较硬，且扣件4高度有限，导致按照常规方法设置的图像检测***容易碰触到运行而来的列车底部，且相机距离列车车底较近，拍摄的图像视野范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***的技术方案，以解决背景技术中所介绍的现有技术中传统的列车图像采集***的设置方法难以适应无砟轨道的结构，且拍摄的图像视野范围有限的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

根据本实用新型的第一方面，提供了一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***，该三维列车图像采集***包括：

沿所述无砟轨道长度方向设置的线光源和面阵相机；

设置于所述线光源和所述面阵相机之间、且反光面沿所述无砟轨道宽度方向延伸的反光装置；其中，

所述线光源经所述反光装置反射的光线投射区域与所述面阵相机经所述反光装置的成像区域相重叠，所述成像区域覆盖所述光线投射区域；

所述线光源经所述反光装置反射的光线投射方向与所述面阵相机经所述反光装置的成像方向设有夹角。

优选地，所述三维列车图像采集***还包括：设置于所述面阵相机相对侧的线阵相机，所述线阵相机的镜头朝向所述反光装置。

优选地，所述线阵相机与所述面阵相机位于垂直于轨道平面的同一竖直面内或平行于轨道的同一条直线上。

优选地，所述线阵相机与所述线光源同侧、且所述线阵相机的镜头轴线位于所述线光源的照射光线形成的平面内。

优选地，所述三维列车图像采集***还包括：设置于所述线光源侧的补光源，所述补光源的光线投射方向朝向所述反光装置。

优选地，所述反光装置包括：设置于所述线光源和所述面阵相机之间且反光面朝向所述线光源的第一反光镜；以及设置于所述线光源和所述面阵相机之间且反光面朝向所述面阵相机的第二反光镜；其中，所述第一反光镜的反光面和所述第二反光镜的反光面均朝上倾斜且形成有反光镜夹角；所述反光装置还包括与所述第一反光镜和所述第二反光镜分别相连的反光镜夹角调节装置。

优选地，所述三维列车图像采集***还包括：与所述线光源相连的光源俯仰角调节装置；以及，与所述面阵相机相连的相机俯仰角调节装置。

优选地，所述三维列车图像采集***还包括：分别设置于所述面阵相机侧且拍摄方向朝向所述反光装置的红外图像采集设备和紫外图像采集设备。

优选地，所述三维列车图像采集***还包括：容纳所述线光源、所述面阵相机和所述反光装置的防尘装置；所述防尘装置对应于所述反光装置的部位开设有透光口，所述透光口覆盖有镀膜的透光玻璃。

优选地，所述三维列车图像采集***包括：固定于所述无砟轨道的支轨中间道床的第一三维列车图像采集***；固定于所述无砟轨道的支轨内边侧道床的第二三维列车图像采集***；和/或，固定于所述无砟轨道的支轨外边侧道床的第三三维列车图像采集***。

本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，沿无砟轨道长度方向设置线光源和面阵相机，并且在线光源和面阵相机之间设置反光面沿无砟轨道宽度方向延伸的反光装置，线光源照射到反光装置的光线经过反光装置反射到列车底部，同样列车底部的成像区域经过反光装置的反射同样呈现到面阵相机中，当线光源经反光装置反射的光线投射区域与面阵相机经反光装置的成像区域相重叠时，面阵相机能够拍摄到清晰的列车结构图像；并且线光源经反光装置反射的光线投射方向与面阵相机经反光装置的成像方向设有夹角，由于列车表面上零部件尺寸和位置不同，所以在与光线投射方向设有夹角的面阵相机成像方向上观察，能够看到光线随着列车表面零部件深度而曲折变化的形状，因此，面阵相机能够采集到列车表面结构的三维图像。

通过上述工作过程可以得出，本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，线光源和面阵相机均水平设置，相比对传统的有砟轨道上线光源和面阵相机均竖直设置的方式，高度减小，能够适应无砟轨道道床距离列车底部的距离有限的特点，同时，通过设置反光装置，增加反光装置的宽度或改变反光装置的角度，面阵相机获取到的图像视野增大，相比于直接拍摄列车底部图像的面阵相机，能够采集到的列车结构增多。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是有砟轨道的一种结构示意图；

图2是无砟轨道的一种结构示意图；

图3是本实用新型实施例示出的第一种三维列车图像采集***的结构示意图；

图4是本实用新型实施例示出的第二种三维列车图像采集***的结构示意图；

图5是本实用新型实施例示出的第三种三维列车图像采集***的结构示意图；

图6是本实用新型实施例示出的第四种三维列车图像采集***的结构示意图；

图7是本实用新型实施例示出的第五种三维列车图像采集***的结构示意图；

图8是本实用新型实施例示出的第六种三维列车图像采集***的结构示意图；

图9是本实用新型实施例示出的第七种三维列车图像采集***的结构示意图。

图1至图9中各结构与附图标记的对应关系如下：

1-轨内底部图像检测***、2-轨侧图像检测***、3-道床、4-扣件、5-线光源、6-面阵相机、7-反光装置、71-第一反光镜、72-第二反光镜、73-反光镜夹角、74-反光镜夹角调节装置、8-线阵相机、9-补光源、10-光源俯仰角调节装置、11-相机俯仰角调节装置、12-红外图像采集设备、13-紫外图像采集设备、14-防尘装置、141-透光口、142-透光玻璃、15-第一三维列车图像采集***、16-第二三维列车图像采集***、17-第三三维列车图像采集***、18-无砟轨道。

具体实施方式

本实用新型实施例提供的基于无砟轨道的三维列车图像采集***的方案，解决了背景技术中所介绍的现有技术中传统的列车图像采集***难以适应无砟轨道的结构特点，且拍摄的图像视野范围有限的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图3，为本实用新型实施例示出的第一种三维列车图像采集***的结构图。如图3所示，本实施例提供的三维列车图像采集***基于无砟轨道，包括：

沿无砟轨道18长度方向设置的线光源5和面阵相机6；

设置于线光源5和面阵相机6之间、且反光面沿无砟轨道18宽度方向延伸的反光装置7；

线光源5和面阵相机6沿无砟轨道18长度方向设置，且在线光源5和面阵相机6之间设置反光面沿无砟轨道18宽度方向延伸的反光装置7，线光源5发出的光线经过反光装置7反射，能够照射到列车表面，并且面阵相机6通过反光装置7，能够拍摄到包含有列车表面结构的画面，相对于现有技术中的有砟轨道中需要面阵相机6和线光源5竖向设置才能够探测到列车图像的排布方式，本实施例中的线光源5和面阵相机6可横向分布，从而降低线光源5和面阵相机6的整体高度，能够适应无砟轨道18的扣件高度有限且道床较硬，无法将三维列车图像采集***深埋的结构特点。

其中，线光源5经反光装置7反射的光线投射区域与面阵相机6经反光装置7的成像区域相重叠，该成像区域覆盖光线投射区域。

线光源5经反光装置7反射的光线投射区域与面阵相机6经反光装置7的成像区域相重叠，则线光源5照射到列车的光线投射区域能够被面阵相机6拍摄到，面阵相机6能够获取到列车结构的清晰图像。

线光源5经反光装置7反射的光线投射方向与面阵相机6经反光装置7的成像方向设有夹角。

列车表面上的零部件尺寸和位置不同，在面阵相机6的成像方向观察光线投射到列车表面的区域，能够观察到线性光束的形状为随着列车表面零部件高度而曲折变化的形状，具体如图3中方框a所示，因此通过在光线投射方向与面阵相机6的成像方向设有夹角，能够拍摄到包含有列车结构深度信息的列车结构的三维图像，从而实现对列车的三维图像采集。

本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，沿无砟轨道18长度方向设置线光源5和面阵相机6，并且在线光源5和面阵相机6之间，设置反光面沿无砟轨道18宽度方向延伸的反光装置7。线光源5照射到反光装置7的光线经过反光装置7能够反射到列车，同样列车的成像区域经过反光装置7的反射同样呈现到面阵相机6中，当线光源5经反光装置7反射的光线投射区域与面阵相机6经反光装置7的成像区域相重叠时，面阵相机6能够拍摄到清晰的列车结构的图像；并且线光源5经反光装置7反射的光线投射方向与面阵相机6经反光装置7的成像方向设有夹角(图3中夹角α)，由于列车表面上零部件尺寸和位置不同，所以在与光线投射方向设有夹角的面阵相机6成像方向上观察，能够看到光线随着列车表面零部件深度而曲折变化的形状，因此，面阵相机6能够采集到列车表面结构的三维图像。

通过上述工作过程可以得出，本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，线光源5和面阵相机6均水平设置，相比对传统的有砟轨道上线光源5和面阵相机6均竖直设置的方式，高度减小，能够适应无砟轨道18道床距离列车底部的距离有限的特点，同时，通过设置反光装置7，增加反光装置7的宽度或改变反光装置7的角度，面阵相机6获取到的图像视野增大，相比于直接拍摄列车底部图像的面阵相机6，能够采集到的列车结构增多。

为了同时获取列车零部件结构的二维图像，方便对列车底部零部件进行检测分析，如图4所示，为本实用新型实施例示出的第二种三维列车图像采集***的结构示意图。图4所示的三维列车图像采集***除了图3中的结构外还包括：设置于面阵相机6相对侧的线阵相机8，线阵相机8的镜头朝向反光装置7，且线阵相机8经反光装置7的成像区域覆盖光线投射区域。

线阵相机8位于面阵相机6相对侧，即位于线光源5的一侧，且线阵相机8的成像区域覆盖光线投射区域，则从线阵相机8一侧观察，线阵相机8采集到的图像为一条线型图像，具体如图4中b方框所示，因此线阵相机8能够捕捉到列车底部结构的二维图像信息，从而实现对列车底部零部件结构的二维图像采集。

作为一种实施例，如图4所示，线阵相机8与面阵相机6位于垂直于轨道平面的同一竖直面内或平行于轨道的同一条直线上。

线阵相机8和面阵相机6位于垂直于轨道平面的同一竖直面内，或平行于轨道的同一直线上，则线阵相机8和面阵相机6能够拍摄到同一列车结构的图像，从而同时获取到列车同一结构的二维图像和三维图像，进一步方便结合二维图像和三维图像对列车底部零部件结构进行分析对比，方便对列车同一结构进行更加细致的分析。

其中，为了使得线阵相机8能够准确拍摄到列车的二维图像，如图4所示，线阵相机8与线光源5同侧、且线阵相机8的镜头轴线位于线光源5的照射光线形成的平面内。

线阵相机8的镜头轴线位于线光源5的照射光线形成的平面内，则现在相机的拍摄方向与线光源5的照射光线平齐，线阵相机8对线光源5的照射光线所在列车底部区域进行拍摄时，得到的将是直线形图像，即能够获取到列车表面结构的二维图像信息。

如图5所示，作为一种优选的实施例，图5所示的三维列车图像采集***除了图4所示的各个结构外还包括：设置于线光源5侧的补光源9，补光源9的光线投射方向朝向反光装置7。

通过设置补光源9，且补光源9的光线投射方向朝向反光装置7，能够对面阵相机6拍摄的列车底部结构进行补光，从而使得面阵相机6获取到清晰的列车底部结构图像。

同时补光源9与线阵相机8均设置在线光源5一侧，线阵相机8的拍摄方向与补光源9的光线照射区域相平齐，线阵相机8对补光源9照射到列车的区域进行拍摄时，得到的将是直线形图像，即能够获取到列车表面结构的二维图像信息。

另外，为了降低面阵相机6拍摄图像类型单一，存在的图像识别不确定性高，准确率低下的问题，如图6所示，图6所示实施例示出的三维列车图像采集***除了图3所示的各个结构外，还包括：分别设置于面阵相机6侧且拍摄方向朝向反光装置7的红外图像采集设备12和紫外图像采集设备13。

红外图像采集设备12(如红外相机)能够拍摄到红外图像，紫外图像采集设备13(如紫外相机)能够拍摄到紫外图像，通过设置红外图像采集设备12和紫外图像采集设备13，能够获取到普通的面阵相机6难以获取到的列车结构信息，从而发现更多的列车结构的细节，如通过红外信息采集设备检测列车零部件温度，可以进一步根据列车零部件温度，判断列车零部件是否过热。

另外，为了调节光线投射区域和成像区域的位置，如图3至图6所示，上述实施例中的三维列车图像采集***还包括：与线光源5相连的光源俯仰角调节装置10。

通过设置光源俯仰角调节装置10，能够调节线光源5经反光装置7反射到列车的光线投射区域的位置。

以及与面阵相机6相连的相机俯仰角调节装置11。

通过设置相机俯仰角调节装置11，能够调节面阵相机6经反光装置7在列车的成像区域的位置，同时光源俯仰角调节装置10和相机俯仰角调节装置11相互配合，使得成像区域和光线投射区域相互重叠，面阵相机6能够获取到列车底部不同结构的三维图像。

结合图3至图7所示，反光装置7包括：设置于线光源5和面阵相机6之间且反光面朝向线光源5的第一反光镜71。

第一反光镜71设置于线光源5和面阵相机6之间，且反光面朝向线光源5，能够将线光源5照射的光线反射到列车底部结构，从而在列车表面形成光线投射区域。

以及设置于线光源5和面阵相机6之间且反光面朝向面阵相机6的第二反光镜72；

第二反光镜72设置于线光源5和面阵相机6之间，且反光面朝向面阵相机6，能够将列车底部结构的图像反射至面阵相机6的镜头内，从而使得面阵相机6拍摄到列车底部结构的图像。

其中，第一反光镜71的反光面和第二反光镜72的反光面均朝上倾斜且形成有反光镜夹角73；

第一反光镜71的反光面和第二反光镜72的反光面均朝上倾斜且形成反光镜夹角73，能够将线光源5在列车表面的光线投射区域和面阵相机6拍摄到的列车表面结构的成像区域重叠，从而使得面阵相机6拍摄到线光源5在列车底部的光线投射区域，且由于列车底部零部件结构的尺寸和位置不同，从面阵相机6侧观察，能够拍摄到光线随着列车底部零部件深度而曲折变化的形状，从而实现对列车底部结构的三维图像采集。

反光装置7还包括与第一反光镜71和第二反光镜72分别相连的反光镜夹角调节装置74。

通过设置反光镜夹角调节装置74，该装置与第一反光镜71和第二反光镜72分别相连，能够调节第一反光镜71和第二反光镜72反光面之间的夹角，能够调节线光源5投射到列车底部的光线投射区域的位置，且能够调节面阵相机6经反光镜在列车底部的成像区域的位置，进而使得面阵相机6拍摄到列车底部不同结构的三维图像。

如图8所示，图8为本实用新型实施例示出的第六种三维列车图像采集***的结构示意图。本实施例提供的三维列车图像采集***除了图3所示的各个结构模块外还包括：容纳线光源5、面阵相机6和反光装置7的防尘装置14；

通过设置容纳线光源5、面阵相机6和反光装置7的防尘装置14，能够避免线光源5、面阵相机6和反光装置7落入灰尘，避免影响到面阵相机6拍摄到的列车底部结构图像的清晰度，影响到上述器件的灵敏度。

防尘装置14对应于反光装置7的部位开设有透光口141，透光口141覆盖有镀膜的透光玻璃142。

通过在对应于反光装置7的部位开设透光口141，能够避免防尘装置14遮挡到进出反光装置7的光线，同时在透光口141覆盖镀膜的透光玻璃142，能够避免反光装置7落入灰尘。

如图9所示，图9为本实用新型实施例示出的第七种三维列车图像采集***的结构示意图。本实用新型示例提供的三维列车图像采集***包括：固定于无砟轨道18的支轨中间道床的第一三维列车图像采集***15；

第一三维列车图像采集***15固定于无砟轨道18的支轨中间，能够采集无砟轨道18的支轨中间位置对应的列车底部结构的三维图像。

固定于无砟轨道18的支轨内边侧道床的第二三维列车图像采集***16；

第二三维列车图像采集***16固定与无砟轨道18的支轨内边侧道床，能够获取到无砟轨道18的支轨内边侧位置对应的列车底部结构的三维图像。

和/或，固定于无砟轨道18的支轨外边侧道床的第三三维列车图像采集***17。

第三三维列车图像采集***17固定于无砟轨道18的支轨外边侧道床，能够获取到无砟轨道18的支轨外边侧位置对应的列车结构的三维图像。

通过分别设置第一三维列车图像采集***15、第二三维列车图像采集***16、第三三维列车图像采集***17，能够采集到列车不同部位的三维图像，从而实现对列车各个部位的零部件结构的图像采集，避免对列车底部零部件结构的漏检漏修，提高检测效率。

本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，沿无砟轨道18长度方向设置线光源5和面阵相机6，并且在线光源5和面阵相机6之间设置反光面沿无砟轨道18宽度方向延伸的反光装置7，线光源5照射到反光装置7的光线经过反光装置7反射到列车底部，同样列车底部的成像区域经过反光装置7的反射同样呈现到面阵相机6中，当线光源5经反光装置7反射的光线投射区域与面阵相机6经反光装置7的成像区域相重叠时，面阵相机6能够拍摄到清晰的列车结构图像；并且线光源5经反光装置7反射的光线投射方向与面阵相机6经反光装置7的成像方向设有夹角，由于列车表面上零部件尺寸和位置不同，所以在与光线投射方向设有夹角的面阵相机6成像方向上观察，能够看到光线随着列车表面零部件深度而曲折变化的形状，因此，面阵相机6能够采集到列车表面结构的三维图像。

通过上述工作过程可以得出，本实用新型实施例提供的三维列车图像采集***，线光源5、反光装置7和面阵相机6水平共线，线光源5和面阵相机6均水平设置，相比传统的有砟轨道上线光源5和面阵相机6均竖直设置的方式，高度减小，能够适应无砟轨道18道床距离列车底部的距离有限的特点，同时，通过设置反光装置7，增加反光装置7的宽度或改变反光装置7的角度，面阵相机6获取到的图像视野更大，相比于直接拍摄列车底部图像的面阵相机6，能够采集到的列车结构增多。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无砟轨道的三维列车图像采集***，其特征在于，包括：

沿无砟轨道(18)长度方向设置的线光源(5)和面阵相机(6)；

设置于所述线光源(5)和所述面阵相机(6)之间、且反光面沿所述无砟轨道(18)宽度方向延伸的反光装置(7)；其中，

所述线光源(5)经所述反光装置(7)反射的光线投射区域与所述面阵相机(6)经所述反光装置(7)的成像区域相重叠，所述成像区域覆盖所述光线投射区域；

所述线光源(5)经所述反光装置(7)反射的光线投射方向与所述面阵相机(6)经所述反光装置(7)的成像方向设有夹角。

2.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，还包括：

设置于所述面阵相机(6)相对侧的线阵相机(8)，所述线阵相机(8)的镜头(81)朝向所述反光装置(7)。

3.根据权利要求2所述的三维列车图像采集***，其特征在于，所述线阵相机(8)与所述面阵相机(6)位于垂直于无砟轨道(18)平面的同一竖直面内。

4.根据权利要求2所述的三维列车图像采集***，其特征在于，所述线阵相机(8)与所述线光源(5)同侧、且所述线阵相机(8)的镜头轴线位于所述线光源(5)的照射光线形成的平面内。

5.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，还包括：

设置于所述线光源(5)侧的补光源(9)，所述补光源(9)的光线投射方向朝向所述反光装置(7)。

6.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，所述反光装置(7)包括：

设置于所述线光源(5)和所述面阵相机(6)之间且反光面朝向所述线光源(5)的第一反光镜(71)；以及设置于所述线光源(5)和所述面阵相机(6)之间且反光面朝向所述面阵相机(6)的第二反光镜(72)；其中，

所述第一反光镜(71)的反光面和所述第二反光镜(72)的反光面均朝上倾斜且形成有反光镜夹角(73)；

所述反光装置(7)还包括与所述第一反光镜(71)和所述第二反光镜(72)分别相连的反光镜夹角调节装置(74)。

7.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，还包括：

与所述线光源(5)相连的光源俯仰角调节装置(10)；以及，

与所述面阵相机(6)相连的相机俯仰角调节装置(11)。

8.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，还包括：

分别设置于所述面阵相机(6)侧且拍摄方向朝向所述反光装置(7)的红外图像采 集设备(12)和紫外图像采集设备(13)。

9.根据权利要求1所述的三维列车图像采集***，其特征在于，还包括：

容纳所述线光源(5)、所述面阵相机(6)和所述反光装置(7)的防尘装置(14)；

所述防尘装置(14)对应于所述反光装置(7)的部位开设有透光口(141)，所述透光口(141)覆盖有镀膜的透光玻璃(142)。

10.根据权利要求1至9任一项所述的三维列车图像采集***，其特征在于，所述三维列车图像采集***包括：

固定于所述无砟轨道(18)的支轨中间道床的第一三维列车图像采集***(15)；

固定于所述无砟轨道(18)的支轨内边侧道床的第二三维列车图像采集***(16)；和/或，

固定于所述无砟轨道(18)的支轨外边侧道床的第三三维列车图像采集***(17)。