CN207248770U - 一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，由激光散斑投射器、摄像机、激光位移传感器、车轮编码器、RFID探测器和工控机组成，其中，激光散斑投射器和摄像机构成双目立体视觉散斑成像系统，用于对扣件进行三维立体测量；激光位移传感器用于测量扣件安装支撑高度值，以此用于控制摄像机成像，车轮编码器和RFID探测器用于里程计数，工控机完成图像采集和处理，采用基于双目视觉立体匹配的方法检测扣件是否异常。该装置采用激光散斑光源人为增加扣件表面斑驳的纹理，可提高图像块匹配精度，准确重建扣件三维形貌，从而有效检测不同类型扣件的多种异常情况。
Description
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，具体指一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置。
背景技术
扣件是连接钢轨和轨枕使之形成轨排的部件，在保证轨道稳定性、可靠性方面起着重要作用。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异常并进行预警。
经检索，专利2011100073637.X、201410667430.9分别介绍了一种基于结构光的扣件缺失检测装置：利用多条线结构光照射扣件区域、采用面阵摄像机成像，对线结构光图像进行处理，以判断扣件是否缺失。该方法相比采用机器视觉的二维图像方法，可显著提升鲁棒性。但是，这类方法所采用的多条平行光条形状调制方法，难以检测出光条未照射区域的形状变化，因此，只能检测扣件缺失等大尺度缺陷，不能检测扣件弹条半脱落、扣件垫片缺失、扣件弹条局部损伤等缺陷。为此，本实用新型提供一种可瞬态三维测量的成像方法，用于获取扣件三维点云，利用稠密的扣件三维点云，采用三维模型比对方法，用于扣件异常检测。
实用新型内容
为了解决现有扣件异常检测系统所存在的上述问题，本实用新型提供一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征在于：由两台激光散斑投射器(Sa、Sb)、四台摄像机(Ca、Cb、Cc、Cd)、四个激光位移传感器(La、Lb、Lc、Ld)、一个车轮编码器、一个RFID探测器和一个工控机组成，所述激光散斑投射器Sa、摄像机Ca和Cb位于列车底部左侧，构成第一测量单元，对左侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器Sb、摄像机Cc和Cd位于列车底部右侧，构成第二测量单元，对右侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器位于铁轨正上方，向铁轨及两侧扣件投射激光散斑；所述摄像机位于铁轨正上方，其中摄像机Ca和Cb沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sa两侧，构成第一测量单元的双目立体视觉成像系统，摄像机Cc和Cd沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sb两侧，构成第二测量单元的双目立体视觉成像系统；所述双目立体视觉测量系统拍摄由激光散斑投射器投射在扣件表面的激光散斑图案，用于扣件三维测量；所述四个激光位移传感器用于测量扣件安装底座高度值；所述车轮编码器与车轮转轴连接，用于对车轮转动角度编码；所述RFID探测器位于车体底部，与铁路上设置的RFID标签进行通信；所述工控机位于车厢内，同时与摄像机、激光位移传感器、车轮编码器、RFID探测器连接，读取车轮编码器角度编码信号，对列车行驶里程计数和判定列车行驶方向；所述RFID探测器获取RFID标签信号，对列车行驶里程进行校准；读取四个激光位移传感器测量的铁轨扣件安装底座上表面高度值，判定扣件是否位于成像区域内，控制四台摄像机拍摄扣件区域散斑图像；采集、存储和处理散斑图像，进行双目立体视觉散斑图像三维重建，获取扣件三维点云，并基于扣件三维点云进行扣件异常检测。
所述激光散斑投射器的安装高度、角度，以及光源投射角度需完全覆盖铁轨两侧扣件区域，第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统公共视场需完全覆盖铁轨两侧扣件区域，第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统中两台摄像机同步成像。
所述第一、第二测量单元中两台摄像机和激光散斑投射器安装方式是：激光散斑投射器的光轴垂直于路面，激光散斑投射器的光轴、两台摄像机光轴共面，它们构成的平面穿过铁轨中心线，两台摄像机光轴与激光散斑投射器光轴夹角相等，夹角为15～60度，两台摄像机的基线长度为Lmm，L取值范围为1～10000，两台摄像机的成像面中有四条边平行，两台摄像机和激光散斑投射器刚性连接。
所述第一、第二测量单元通过被动减振结构固定在支撑梁上，支撑梁通过被动减振结构固定在列车转向架上。
所述第一、第二测量单元采用硬质橡胶或塑料垫片作为被动减振结构与支撑梁固定，支撑梁与列车转向架之间采用k个弹簧并行连接，k的取值范围为1～10。
所述四个激光位移传感器的安装方式是：激光位移传感器La位于第一测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感Lb沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器La d1位置处，激光位移传感器La和Lb到铁轨中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc位于第二测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感 Ld沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器Lc d1位置处，激光位移传感器Lc和Ld到铁轨中心线水平距离相等为d2；其中，d1取值为扣件安装底座上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器处于扣件安装底座的非扣件区域上方，以直接测量铁轨扣件安装底座高度值。
所述四个激光位移传感器的另一种安装方式是：激光位移传感器La位于第一或第二测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感Lb沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器La d1位置处，激光位移传感器La和Lb到铁轨中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc、Ld平行于La和Lb连线安置于铁路中轴线上方，用于测量轨枕上表面高度值，Lc和Ld的距离为轨枕上表面宽度1/2；La、Lc位于车头一侧，Lb和Ld位于车尾一侧；其中，d1取值为扣件安装底座上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器处于扣件安装底座的非扣件区域上方，以直接测量扣件安装底座高度值；所述铁轨扣件安装底座为：无砟铁路的矩形扣件支撑座和有砟铁路的轨枕。
所述激光散斑投射器由点状激光器和DOE衍射器件组成，产生点状斑点图案；散斑投射器的光源采用波长范围为800～1000nm的窄带近红外光源，并且在摄像机前端设置与散斑光源相同波长的窄带滤光片，以滤除环境光。
本实用新型有益效果：与现有技术相比，本实用新型优点是：1)提供了一种可瞬态三维测量的方法，通过向扣件表面投射激光散斑，增加人工纹理，用于提升双目立体视觉立体匹配可靠性和精度，采用DIC算法可以获取稠密的扣件三维点云，采用对极几何约束，可降低计算复杂度，提升立体匹配效率；2)利用本实用新型装置获取的稠密三维点云，采用三维模型比对方法，可有效检测扣件多种异常：扣件弹条缺失、扣件垫片缺失、扣件断裂、扣件局部损伤等；3)采用4个激光位移传感器用于判定扣件是否位于成像区域中，可保证拍摄图像不遗漏、且不增加摄像机成像帧率，可用于列车运行过程中，直接对扣件异常进行检测，以扣件间距为0.5m为例，摄像机帧率为200fps时，即可满足350Km/h速度列车进行扣件异常在线检测需求；4)采用前后两个传感器的测量值进行扣件位置判定，可有效消除铁道上异物，防止误判；5)4个激光位移传感器分别布置于扣件安装底座区域和铁路中轴线上，可满足有砟、无砟铁轨检测需求；6)2台面阵摄像机同步拍摄扣件区域散斑图像，可瞬态获取扣件三维点云，相比基于线结构光扫描的扣件三维点云获取方法，成像速度更快、且受列车振动干扰较小。因为，即使列车振动引起2台摄像机相对于扣件发生位置变化，使获取的扣件三维点云姿态和位置发生变化，瞬态成像获取的三维点云之间并不会有位置变化；相反，基于线结构光扫描的扣件三维点云获取方法，在扫描装置方位或高度变化时，扫描切片之间的位置会改变，而使扣件三维点云之间也存在位置偏差。因此，本实用新型装置可有效保证扣件三维点云的完整性和一致性，对提升扣件异常检测精度和能够适应的列车行驶速度，更具应用价值。
附图说明
图1是本实用新型装置安装示意图。
图2是本实用新型激光散斑投射器与摄像机安装示意图。
其中，(a)是铁轨横截面布局示意图，(b)是铁轨纵向布局示意图。
图3是无砟铁路示意图。
图4是有砟铁路示意图。
图5是无砟铁轨激光位移传感器安装示意图。
其中，(a)是铁轨横截面上示意图，(b)是铁轨纵向侧面示意图，(c)是俯视图。
图6是有砟铁轨激光位移传感器安装示意图。
图7是双目视觉激光散斑三维测量原理图像。
图8是窄带光谱成像装置示意图。
图9是设备安装示意图。
图中，1为铁轨，2为扣件，3为扣件安装底座，4为激光散斑投射器，5为摄像机，6为车轮编码器，7为RFID探测器，8为激光位移传感器，9为工控机，10为车厢，11为测量单元公共视场内路面平面，12为测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线，13为激光位移传感器La的测量点，14为激光位移传感器Lb的测量点，15为激光位移传感器Lc的测量点，16为激光位移传感器Ld的测量点，17为轨枕，18为铁路中轴线，19为激光散斑图案，20为窄带滤光片，21为第一测量单元，22为第二测量单元，23为支撑梁，24为列车转向架，25为被动减振结构，26为硬质橡胶垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图7所示，双目视觉激光散斑三维测量的基本原理是利用激光散斑投射器4投射激光散斑图案19到待测量扣件上，充分利用左右不同方位摄像机5-1和5-2的视差，恢复出待测扣件的三维几何信息，进行三维测量。
实施例1：
如图1所示，一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，由两台激光散斑投射器Sa4-1和Sb4-2，四台摄像机Ca5-1、Cb5-2、Cc5-3、Cd5-4，四个激光位移传感器La8-1、 Lb8-2、Lc8-3、Ld8-4，一个车轮编码器6、一个RFID探测器7和一个工控机9组成，其中激光散斑投射器Sa4-1、摄像机Ca5-1和Cb5-2位于列车底部左侧，构成第一测量单元21(如图9所示)，对左侧铁轨1两侧扣件2进行检测；激光散斑投射器Sb4-2、摄像机Cc5-3和Cd5-4 位于列车底部右侧，构成第二测量单元22，对右侧铁轨1两侧扣件2进行检测；如图2所示，激光散斑投射器4位于铁轨1正上方，向铁轨1及两侧扣件2投射激光散斑19；摄像机5位于铁轨1正上方，其中摄像机Ca5-1和Cb5-2沿铁轨1纵向安置于激光散斑投射器Sa4-1两侧，构成第一测量单元21的双目立体视觉成像系统，摄像机Cc5-3和Cd5-4沿铁轨1纵向安置于激光散斑投射器Sb4-2两侧，构成第二测量单元22的双目立体视觉成像系统；双目立体视觉测量系统拍摄由激光散斑投射器4投射在扣件2表面的激光散斑图案19，用于扣件2三维测量；四个激光位移传感器8用于测量扣件安装底座3高度值；车轮编码器6与车轮转轴连接，用于对车轮转动角度编码；RFID探测器7位于车体底部，与铁路上设置的RFID标签进行通信；工控机9位于车厢10内，同时与摄像机5、激光位移传感器8、车轮编码器6、 RFID探测器7连接，读取车轮编码器角度编码信号，对列车行驶里程计数和判定列车行驶方向；RFID探测器7获取RFID标签信号，对列车行驶里程进行校准；读取四个激光位移传感器8测量的铁轨扣件安装底座3上表面高度值，判定扣件2是否位于成像区域内，控制四台摄像机5拍摄扣件区域散斑图像；采集、存储和处理散斑图像，进行双目立体视觉散斑图像三维重建，获取扣件2三维点云，并基于扣件2三维点云进行扣件异常检测。
激光散斑投射器4的安装高度、角度，以及光源投射角度需完全覆盖铁轨1两侧扣件区域，第一、第二测量单元21和22的双目立体视觉成像系统公共视场需完全覆盖铁轨1两侧扣件区域，第一、第二测量单元21和22的双目立体视觉成像系统中两台摄像机5同步成像。
第一、第二测量单元21和22中两台摄像机5和激光散斑投射器4安装方式是：激光散斑投射器4的光轴垂直于路面，激光散斑投射器4的光轴、两台摄像机5的光轴共面，它们构成的平面穿过铁轨中心线，两台摄像机5光轴与激光散斑投射器4光轴夹角相等，夹角为15～60度，两台摄像机5的基线长度为Lmm，L取值范围为1～10000，两台摄像机5的成像面中有四条边平行，两台摄像机5和激光散斑投射器4刚性连接。
第一、第二测量单元21和22通过被动减振结构25固定在支撑梁上，支撑梁23通过被动减振结构25固定在列车转向架24上。
实施例1中四个激光位移传感器4的安装方式是：激光位移传感器La8-1位于第一测量单元21公共视场内路面平面11垂直于铁轨的中轴线12平面内，激光位移传感Lb8-2沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器La8-1d1位置处，激光位移传感器La8-1和Lb8-2到铁轨中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc8-3位于第二测量单元22公共视场内路面平面 11垂直于铁轨的中轴线12平面内，激光位移传感Ld8-4沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器Lc8-3d1位置处，激光位移传感器Lc8-3和Ld8-4到铁轨中心线水平距离相等为d2；其中，d1取值为扣件安装底座3上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器处于扣件安装底座3的非扣件区域上方，以直接测量铁轨扣件安装底座3的高度值；
对应的摄像机成像控制方法是：
1)工控机9读取车轮编码器6信号，判定列车是前进还是后退；
2)在列车处于前进状态下：在激光位移传感器La8-1测量值da，满足|da-t1|<e条件下，当激光位移传感Lb8-2测量值db由小变大到满足|db-t1|<e时，扣件2位于摄像机5成像区域内，同步触发第一测量单元21中两台摄像机5-1和5-2进行图像采集；在激光位移传感器Lc8-3 测量值dc，满足|dc-t1|<e条件下，当激光位移传感Ld8-4测量值dd由小变大到满足|dd-t1|<e 时，扣件2位于摄像机3成像区域内，同步触发第二测量单元22中两台摄像机5-3和5-4进行图像采集；
3)在列车处于后退状态：在激光位移传感器Lb8-2测量值db，满足|db-t1|<e条件下，当激光位移传感Lb8-2测量值db由小变大到满足|db-t1|<e时，扣件2位于摄像机5成像区域内，同步触发第一测量单元21中两台摄像机5-1和5-2进行图像采集；在激光位移传感器Ld8-4 测量值dd，满足|dd-t1|<e条件下，当激光位移传感Lc8-3测量值dc由小变大到满足|dc-t1|<e 时，扣件2位于摄像机5成像区域内，同步触发第二测量单元22中两台摄像机5-3和5-4进行图像采集；
其中t1分别是扣件安装底座3上表面高度，e是判定阈值，取值范围为0～5mm。
其中，激光位移传感器La的测量点13，激光位移传感器La的测量点14，激光位移传感器La的测量点15，激光位移传感器La的测量点16如图5和图6所示。
基于双目视觉立体匹配方法检测扣件是否异常的具体流程是：
步骤1.1：列车行驶时，车轮编码器6对车轮转动角度编码，工控机9采集车轮编码器6 的角度编码信号，判定列车行驶方向，根据列车行驶方向和激光位移传感器8测量值，判定扣件2是否位于成像区域内，控制测量单元中两台摄像机5同步拍摄扣件2表面的激光散斑图像对IL和IR；
步骤1.2：根据测量单元中两台摄像机5构成的双目立体视觉系统标定结果，计算双目视觉立体成像系统的基本矩阵F，F满足极限约束关系x'TFx＝0，其中x'和x分别为图像对IL和 IR中对应点的齐次坐标，根据基本矩阵F对获取的激光散斑图像对IL和IR进行对极几何校正，得到对极几何校正后的图像对IL'和IR'，将匹配维度从二维降到一维；
步骤1.3：对已进行对极几何校正的图像对IL'和IR'，采用DIC(Digital imagecorrelation) 算法，在对极几何对齐的行方向上，进行稠密立体匹配，获取左右视图校正图像的视差图；
步骤1.4：根据测量单元中两台摄像机5构成的双目立体视觉系统标定结果和视差图，计算扣件2三维形貌点云数据；
步骤1.5：根据扣件2三维形貌点云数据，与正常扣件三维点云模型进行对比，进行扣件 2缺失、松动、断裂、损坏等缺陷异常检测。
上述步骤1.2中对极几何校正的具体方法是：
步骤1.2.1：p1表示左图像点集合中的一点，首先根据双目视觉系统的极限约束关系写出 p1的右极限方程，计算右图像点集合中所有点到该极线的距离，距离最短的就是与p1相匹配的对应点p2(整像素)，或者按距离最短的两点之间的连线与极线的交点计算(亚像素)；
步骤1.2.2：反向计算确认上一步匹配有效，用同样的方法反向计算p2的左图像对应点p1'，当p1'与p1误差在阈值范围内，则视为有效匹配，否则匹配不成功，应踢出；
步骤1.2.3：反复执行步骤1.2.1与步骤1.2.2，直到没有需要匹配的点，完成对极几何校正。
实施例2：
与实施例1不同之处在于，如图9所示，检测装置还包括：第一、第二测量单元21和22采用硬质橡胶垫26或塑料垫片作为被动减振结构25与支撑梁23固定，支撑梁23与列车转向架24之间采用k个弹簧并行连接，k的取值范围为1～10。
实施例3：
与实施例1不同之处在于，四个激光位移传感器8采取另外一种安装方式：如图6所示，激光位移传感器La8-1位于第一或第二测量单元21和22公共视场内路面平面11垂直于铁轨的中轴线12平面内，激光位移传感Lb8-2沿铁轨1纵向安置于距离激光位移传感器La8-1d1 位置处，激光位移传感器La8-1和Lb8-2到铁轨1中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc8-3、Ld8-4平行于La8-1和Lb8-2连线安置于铁路中轴线18上方，用于测量轨枕17上表面高度值，Lc8-3和Ld8-4的距离为轨枕17上表面宽度1/2；La8-1、Lc8-2位于车头一侧，Lb8-3和Ld8-4位于车尾一侧；其中，d1取值为扣件安装底座3上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器8处于扣件安装底座3的非扣件区域上方，以直接测量扣件安装底座 3的高度值；铁轨扣件安装底座3为：无砟铁路的矩形扣件支撑座和有砟铁路的轨枕，分别如图3和图4所示；
对应的摄像机成像控制方法是：
1)工控机9读取车轮编码器6信号，判定列车是前进还是后退；
2)对于无砟铁路，如图5所示，在列车处于前进状态下，在激光位移传感器La8-1测量值da，满足|da-t1|<e条件下，当激光位移传感Lb8-2测量值db由小变大到满足|db-t1|<e时，扣件2位于摄像机成像区域内，触发四台摄像机5进行图像采集；在列车处于后退状态下，在激光位移传感器Lb8-2测量值db，满足|db-t1|<e条件下，当激光位移传感La8-1测量值da 由小变大到满足|da-t1|<e时，扣件2位于摄像机成像区域内，触发四台摄像机5进行图像采集；
3)对于有砟铁路，如图6所示，在列车处于前进状态下，在激光位移传感器La8-1和Lc8-3测量值da、dc，满足|da-t1|<e和|dc-t2|<e条件下，当激光位移传感Lb8-2和Ld8-4测量值db、dd由小变大到满足|db-t1|<e且|dd-t2|<e时，扣件2位于摄像机5成像区域内，触发四台摄像机5进行图像采集；在列车处于后退状态下，在激光位移传感器Lb8-2和Ld8-4测量值db、dd，满足|db-t1|<e和|dd-t2|<e条件下，当激光位移传感La8-1和Lc8-3测量值da、dc由小变大到满足|da-t1|<e且|dc-t2|<e时，扣件2位于摄像机5成像区域内，触发四台摄像机5 同步进行图像采集，其中t1、t2分别是扣件安装底座3上表面高度、轨枕在铁路中轴线18 位置处高度，e是判定阈值，取值范围为0～5mm。
实施例4：
与实施例1不同之处在于，激光散斑投射器由点状激光器和DOE衍射器件组成，产生点状斑点图案；散斑投射器的光源采用波长范围为800～1000nm的窄带近红外光源，并且在摄像机前端设置与散斑光源相同波长的窄带滤光片20，以滤除环境光，如图8所示。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应该被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：由两台激光散斑投射器(Sa、Sb)、四台摄像机(Ca、Cb、Cc、Cd)、四个激光位移传感器(La、Lb、Lc、Ld)、一个车轮编码器、一个RFID探测器和一个工控机组成，所述激光散斑投射器Sa、摄像机Ca和Cb位于列车底部左侧，构成第一测量单元，对左侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器Sb、摄像机Cc和Cd位于列车底部右侧，构成第二测量单元，对右侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器位于铁轨正上方，向铁轨及两侧扣件投射激光散斑；所述摄像机位于铁轨正上方，其中摄像机Ca和Cb沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sa两侧，构成第一测量单元的双目立体视觉成像系统，摄像机Cc和Cd沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sb两侧，构成第二测量单元的双目立体视觉成像系统；所述双目立体视觉测量系统拍摄由激光散斑投射器投射在扣件表面的激光散斑图案，用于扣件三维测量；所述四个激光位移传感器用于测量扣件安装底座高度值；所述车轮编码器与车轮转轴连接，用于对车轮转动角度编码；所述RFID探测器位于车体底部，与铁路上设置的RFID标签进行通信；所述工控机位于车厢内，同时与摄像机、激光位移传感器、车轮编码器、RFID探测器连接，读取车轮编码器角度编码信号，对列车行驶里程计数和判定列车行驶方向；所述RFID探测器获取RFID标签信号，对列车行驶里程进行校准；读取四个激光位移传感器测量的铁轨扣件安装底座上表面高度值，判定扣件是否位于成像区域内，控制四台摄像机拍摄扣件区域散斑图像；采集、存储和处理散斑图像，进行双目立体视觉散斑图像三维重建，获取扣件三维点云，并基于扣件三维点云进行扣件异常检测。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：所述激光散斑投射器的安装高度、角度和以及光源投射角度，需完全覆盖铁轨两侧扣件区域；第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统公共视场，需完全覆盖铁轨两侧扣件区域；第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统中两台摄像机，需同步成像。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：所述第一、第二测量单元中两台摄像机和激光散斑投射器安装方式是：激光散斑投射器的光轴垂直于路面，激光散斑投射器的光轴、两台摄像机光轴共面，它们构成的平面穿过铁轨中心线，两台摄像机光轴与激光散斑投射器光轴夹角相等，夹角为15～60度，两台摄像机的基线长度为Lmm，L取值范围为1～10000，两台摄像机的成像面中有四条边平行，两台摄像机和激光散斑投射器刚性连接。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：所述第一、第二测量单元通过被动减振结构固定在支撑梁上，支撑梁通过被动减振结构固定在列车转向架上。
5.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：所述第一、第二测量单元采用硬质橡胶或塑料垫片作为被动减振结构与支撑梁固定，支撑梁与列车转向架之间采用k个弹簧并行连接，k的取值范围为1～10。
6.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：所述四个激光位移传感器的安装方式是：激光位移传感器La位于第一测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感Lb沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器La d1位置处，激光位移传感器La和Lb到铁轨中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc位于第二测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感Ld沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器Lc d1位置处，激光位移传感器Lc和Ld到铁轨中心线水平距离相等为d2；其中，d1取值为扣件安装底座上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器处于扣件安装底座的非扣件区域上方，以直接测量铁轨扣件安装底座高度值。
7.根据权利要求6所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征在于：所述四个激光位移传感器的另一种安装方式是：激光位移传感器La位于第一或第二测量单元公共视场内路面平面垂直于铁轨的中轴线平面内，激光位移传感Lb沿铁轨纵向安置于距离激光位移传感器La d1位置处，激光位移传感器La和Lb到铁轨中心线水平距离相等为d2；激光位移传感器Lc、Ld平行于La和Lb连线安置于铁路中轴线上方，用于测量轨枕上表面高度值，Lc和Ld的距离为轨枕上表面宽度1/2；La、Lc位于车头一侧，Lb和Ld位于车尾一侧；其中，d1取值为扣件安装底座上表面宽度的1/2，d2的取值应使激光位移传感器处于扣件安装底座的非扣件区域上方，以直接测量扣件安装底座高度值；所述铁轨扣件安装底座为：无砟铁路的矩形扣件支撑座和有砟铁路的轨枕。
8.根据权利要求1所述的基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征在于：所述激光散斑投射器由点状激光器和DOE衍射器件组成，产生点状斑点图案；散斑投射器的光源采用波长范围为800～1000nm的窄带近红外光源，并且在摄像机前端设置与散斑光源相同波长的窄带滤光片，以滤除环境光。
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