CN211785175U - 一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置

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。

本实用新型的技术方案是：一种轨道可视化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。

所述线结构光发生器用于产生锥形片光，其中，第1线结构光产生的片光P1厚度不小于2mm，片光P1平面与线阵摄像机成像平面共面，为线阵摄像机提供照明；第2线结构光产生的片光P2厚度不超过1mm，片光P2平面与片光P1平面平行，片光P2为双光谱3D成像模块提供照明。

所述片光P1的波长为c1，c1的取值范围为：200-1000nm。

所述片光P2的波长为c2，c2的取值范围为：200-400nm。

所述片光P1、P2垂直于轨道平面照射，投射平面与轨道纵向垂直。

所述线阵摄像机为单色线阵摄像机，在线阵摄像机前端加装波长为c1的窄带滤光片。

所述线阵摄像机的成像平面垂直于轨道平面、且与轨道纵向垂直，线阵摄像机具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行线阵扫描成像，获取轨道表面二维图像。

所述双光谱3D成像模块由1个同轴分光器和2台3D摄像机组成。

所述同轴分光器为分光棱镜，透射波长为c2的光线，反射波长范围为c3～c4的光线，用于将入射光线分离为不同颜色光线，c3、c4取值范围为400-1000nm。

所述2台3D摄像机中，第1台3D摄像机位于分光棱镜的透射光路上，第2台3D摄像机位于分光棱镜的反射光路上，2台3D摄像机的成像光轴相互垂直；第1台3D摄像机前端加装波长为c2的窄带滤光片，对片光P2投射在轨道表面的光条成像；第2台3D摄像机前端加装波长为c3～c4的带通滤光片，对片光P2投射到轨道表面后的辐射光进行成像。

所述第1台3D摄像机的成像光轴与片光P2在钢轨纵向平面内角度为a，a的取值范围为20-80度。

所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式处理系统，具有线结构光3D测量功能，计算并输出拍摄光条处轨道表面三维数据。

所述3D摄像机具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行三维扫描成像，获取轨道表面三维形貌数据。

当片光P1和片光P2的波长相等时，即c1＝c2，片光P1的照射区域不能出现在双光谱3D成像模块的成像视场中。

进一步，所述片光P1、片光P2和线阵摄像机沿轨道横向方向共线设置，片光P1、片光P2的照射平面与线阵摄像机的成像平面共面，片光P1、片光P2的波长不相等:c1≠c2。

进一步，在双光谱3D成像模块的前端增加一块反射镜，对双光谱3D成像光路进行折叠，以缩短双光谱3D成像模块到片光P2的距离，进而缩短整个装置在轨道纵向上长度，具体结构是：在原3D成像光路上安置一块反射镜，在反射镜的反射光路上安置双光谱3D成像模块；所述反射镜反射光谱范围为：200-1000nm。

进一步，片光P1、P2可以通过合色镜进行合束，得到双波长片光P12，双波长片光P12平面垂直于轨道表面和钢轨纵向；所述合色镜透射波长为c1光线，反射波长为c2的光线；在第1线结构光发生器的光路上设置合色镜，片光P1与合色镜镜面成45度角入射；第2线结构光发生器水平放置，片光P2与片光P1投射方向垂直、与合色镜镜面成45度角入射；合色镜透射片光P1、反射片光P2，在片光P1平面内产生双波长合色片光P12。

进一步，再增加1个波长为c1的线结构光发生器，产生片光P3，波长为c1＝808nm，厚度不小于2mm，命名为第3线结构光发生器；再增加1个波长为c2的线结构光发生器，产生片光P4，波长为c2＝400nm，厚度不超过1mm，命名为第4线结构光发生器；使第1线结构光发生器、第3线结构光发生器位于线阵摄像机一侧，第2线结构光发生器、第4线结构光发生器位于线阵摄像机对侧，片光P1、P2、P3、P4和线阵摄像机成像平面共面；片光P1的发光点到片光P3的发光点的距离为d1，片光P2的发光点到片光P4的发光点的距离为d2，d1、d2的距离不小于d3，d1、d2、d3的取值范围为：50-1000mm。

进一步，采用2个合色镜，分别将片光P1、P2合色为P12，将片光P3、P4合色为P34，使P12、P34位于线阵摄像机2侧，P12、P34与线阵摄像机成像平面共面。

在实际应用时，沿轨道横向方向，分别布置第1、2、3组双光谱二维与三维融合成像装置，其中，第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置位于钢轨正上方，第2组双光谱二维与三维融合成像装置位于轨道中心正上方；3组双光谱二维与三维融合成像装置成像区域在轨道纵向上投影存在交叉重叠，可完成覆盖轨道横向方向区域，通过视场拼接可对整个轨道进行二维与三维融合成像；所述第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置中，片光P12、P34分别位于钢轨上方两侧；任1组双光谱二维与三维融合成像装置中投射的片光不出现在其余2组双光谱二维与三维融合成像装置的成像区域中。

进一步，在实际应用时，所述3组双光谱二维与三维融合成像装置沿轨道横向方向共线设置；使3组双光谱二维与三维融合成像装置中的片光P12、P34、线阵摄像机成像平面共面；其中第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝300nm，c3＝450，c4＝600nm；第2组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝400nm，c3＝500，c4＝600nm。

进一步，为了消除环境光干扰，增加环形遮光罩用于遮挡外界光线干扰，采用底部开口的方形盒，罩在整个成像装置上，用于遮挡顶部和四周外界光线；遮光罩由5片非透明、非刚性材料拼接而成；遮光罩底部距离钢轨顶部距离不超过50mm；遮光区域大于成像区域。

本实用新型有益效果：1)本实用新型成像系统可同时获取轨道表面灰度图像和三维形貌数据，为查看轨道表面真实状态，实现轨道病害自动检测提供有效数据；2)本实用新型成像系统采用的二维与三维一体化成像装置，线阵成像平面与3D成像的线结构光平面平行或共面，二维图像与三维形貌数据之间位置关系简单，可简化二维图像与三维形貌数据对齐操作复杂度，获取点到点对齐的二维与三维融合数据；3)不同于现有三维成像系统，通过反射光进行三维测量，在本实用新型中三维成像装置中，采用200-400nm波长线结构光照明，玻璃或塑料等透明或反射材料在200-400nm光源激发下，向外辐射荧光(波长范围为：400-600nm)，采用2台3D摄像机分别拍摄场景中反射光(200-400nm)和辐射荧光(400-600nm)进行三维测量，其中拍摄反射光的3D摄像机可对非透明、非镜面反射区域进行三维测量，拍摄辐射荧光的3D摄像机可对透明、镜面反射的玻璃或塑料对象进行三维测量，两种数据相互补充，即可完成整个轨道表面含玻璃、透明塑料对象的三维成像，获取准确的三维测量数据；4)并且，本实用新型还通过同轴分光成像、片光合色、折叠3D成像光路等方式，缩小整个成像装置的尺寸，有利于成像装置的搬运、挂载和安装，可灵活应用于轨道巡检车、轨道巡检小车、手推式轨道巡检小车等平台上。

附图说明

图1基于反射光与辐射光成像三维测量对比，(a)基于反射光成像，(b)基于辐射光成像；

图2实施例1中双光谱二维与三维融合成像装置组成示意图：(a)俯视图，(b)前视图；

图3实施例1中双光谱3D成像模块组成示意图；

图4实施例3中双光谱二维与三维融合成像装置组成示意图：(a)俯视图，(b)前视图；

图5实施例4中双光谱二维与三维融合成像装置组成示意图：(a)俯视图，(b)前视图；

图6实施例5中片光P1、P2合束示意图；

图7实施例6中线结构光发生器与线阵摄像机布局示意图：(a)俯视图，(b)右视图；

图8实施例6中双光谱二维与三维融合成像装置位于钢轨上方示意图：(a)俯视图，(b)右视图；

图9实施例8中3台双光谱二维与三维融合成像装置布局俯视图；

图10实施例9中3台双光谱二维与三维融合成像装置布局俯视图；

图中，1-测量对象，2-线结构光发生器，3-3D摄像机，4-线结构光，5-反射光，6-辐射荧光，7-滤光片，8-线阵摄像机，9-双光谱3D成像模块，10-3D摄像机，11-分光棱镜，12-窄带滤光片，13-带通滤光片，14-反射镜，15-合色镜,16-钢轨，17-遮挡区域，18-双光谱二维与三维融合成像装置，19-道床，20-扣件。

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。

实施例1：

如图2所示，双光谱二维与三维融合成像装置，由2个线结构光发生器2、1台线阵摄像机8、1台双光谱3D成像模块9组成。

所述线结构光发生器2用于产生锥形片光，其中，第1线结构光发生器(2-1)产生的片光P1厚度不小于2mm，片光P1平面与线阵摄像机8的成像平面共面，为线阵摄像机8提供照明；第2线结构光发生器(2-2)产生的片光P2厚度不超过1mm，片光P2平面与片光P1平面平行，片光P2为双光谱3D成像模块9提供照明。

所述片光P1的波长为c1＝400nm。

所述片光P2的波长为c2＝400nm。

所述片光P1、P2垂直于轨道平面照射，投射平面与轨道纵向垂直。

所述线阵摄像机8为单色线阵摄像机，在线阵摄像机8前端加装波长为c1的窄带滤光片。

所述线阵摄像机8的成像平面垂直于轨道平面、且与轨道纵向垂直，线阵摄像机具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行线阵扫描成像，获取轨道表面二维图像。

如图3所示，所述双光谱3D成像模块9由1个同轴分光器和2台3D摄像机10组成。同轴分光器为分光棱镜11，透射波长为c2的光线，反射波长范围为c3～c4的光线，用于将入射光线分离为不同颜色光线，c3＝450nm，c4＝600nm。2台3D摄像机中，第1台3D摄像机10-1位于分光棱镜11的透射光路上，第2台3D摄像机10-2位于分光棱镜11的反射光路上，2台3D摄像机的成像光轴相互垂直；第1台3D摄像机前端加装波长为c2的窄带滤光片12，对片光P2投射在轨道表面的光条成像；第2台3D摄像机前端加装波长为c3～c4的带通滤光片13，对片光P2投射到轨道表面后的辐射光进行成像。第1台3D摄像机10-1的成像光轴与片光P2在钢轨纵向平面内角度为a，a＝60度。

调整线阵摄像机与片光P2的距离，使片光P1的照射区域不出现在双光谱3D成像模块的成像视场中。

3D摄像机为基于FPGA的嵌入式处理系统，自带线结构光3D测量算法(相关算法参考论文《吴庆阳.线结构光三维传感中关键技术研究[D].四川大学,2006.》)，计算所成像片光光条中心亚像素坐标，并根据3D摄像机标定结果，计算并输出当前光条处轨道表面三维数据。

2台3D摄像机10具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行三维扫描成像，获取轨道表面三维形貌数据。其中，第1台3D摄像机直接对片光P2照射区域进行测量，接收片光P2的反射光。与现有三维成像系统相同，获取轨道表面、非透明、非镜面反射区域的三维形貌数据；第2台3D摄像机对片光P2照射区域内辐射荧光进行成像，可对玻璃、塑料等透明、镜面反射对象进行三维测量。基于这2台3D摄像机，可实现具有玻璃、透明塑料等异物轨道表面准确三维扫描。从而有效解决现有三维测量系统，无法对轨道表面玻璃、透明塑料等对象进行准确三维测量的问题。

因线阵摄像机8的成像平面与片光P2平行，因此，在获取的线阵扫描二维图像和2台3D摄像机获取的三维形貌数据中，二维图像与三维数据在沿轨道纵向方向只存在平移关系，通过简单的几何变换，即可实现二维图像与三维数据行对齐，在行对齐基础上，再根据线阵摄像机参数和3D摄像机参数，即可实现二维图像与三维数据点到点对齐，获取整个轨道的二维与三维融合数据，为轨道病害自动检测和人工复核提供有效数据。

实施例2

与实施例1不同之处在于，片光P1的波长c1＝500nm，片光P2的波长c2＝300nm。

实施例3

与实施1不同之处在于，如图4所示，使第1线结构光发生器(2-1)、第2线结构光发生器(2-2)和线阵摄像机8沿轨道横向方向共线设置，使片光P1、片光P2的照射平面与线阵摄像机的成像平面共面，片光P1波长c1＝808nm，c2＝400nm。

实施例4

与实施例3不同之处在于，如图5所示，在双光谱3D成像模块9的前端增加一块反射镜14，对双光谱3D成像光路进行折叠，以缩短双光谱3D成像模块9到片光P2的距离，进而缩短整个装置在轨道纵向上长度.具体结构是：在原3D成像光路上安置一块反射镜14，在反射镜14的反射光路上安置双光谱3D成像模块9，反射镜14的反射光谱范围为：200-1000nm。

实施例5

与实施例4不同之处在于，将片光P1、P2可以通过合色镜进行合束，得到双波长片光P12，双波长片光P12平面垂直于轨道表面和钢轨纵向。所述合色镜15透射波长为c1光线，反射波长为c2的光线。如图6所示，在第1线结构光发生器(2-1)的光路上设置合色镜15，片光P1与合色镜镜面成45度角入射；第2线结构光发生器(2-2)水平放置，片光P2与片光P1投射方向垂直、与合色镜镜15面成45度角入射；合色镜15透射片光P1、反射片光P2，在片光P1平面内产生双波长合色片光P12。

实施例6

与实施例4不同之处在于，再增加1个波长为c1的线结构光发生器，产生片光P3，波长为c1＝808nm，厚度不小于2mm，命名为第3线结构光发生器(2-3)；再增加1个波长为c2的线结构光发生器，产生片光P4，波长为c2＝400nm，厚度不超过1mm，命名为第4线结构光发生器(2-4)。如图7所示，使第4线结构光发生器、第1线结构光发生器位于线阵摄像机8一侧，第2线结构光发生器、第3线结构光发生器位于线阵摄像机8对侧，片光P1、P2、P3、P4和线阵摄像机成像平面共面；片光P1的发光点到片光P2的发光点的距离为d1，片光P4的发光点到片光P3的发光点的距离为d2，d1、d2的距离不小于d3，d1＝200、d2＝250、d3＝100。

再增加2个线结构光发生器的好处是：如图8所示，当把二维与三维融合成像装置放置与钢轨16正上方时，当只采用第1线结构光为线阵摄像机提供照明时，存在遮挡区域17-2；当只采用第2线结构光为3D摄像机提供照明时，存在遮挡区域17-1。而在本实施例中，采用第1、3线结构光为线阵摄像机照明时，可利用第3线结构光产生的片光P3消除遮挡区域17-2，同样地，利用第4线结构光产生的片光P4消除遮挡区域17-1。

实施例7

与实施例6不同之处在于，采用2个合色镜，分别将片光P1、P2合色为P12，将片光P3、P4合色为P34，使P12、P34位于线阵摄像机2侧，P12、P34与线阵摄像机成像平面共面。

实施例8

在实际应用时，如图9所示，沿轨道横向方向，分别布置第1、2、3组双光谱二维与三维融合成像装置(18-1、18-2、18-3)，其中，第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置(18-1、18-3)位于钢轨正上方，第2组双光谱二维与三维融合成像装置(18-2)位于轨道中心正上方；3组双光谱二维与三维融合成像装置成像区域在轨道纵向上投影存在交叉重叠，可完成覆盖轨道横向方向区域，通过视场拼接可对整个轨道进行二维与三维融合成像；所述第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置中，片光P12、P34分别位于钢轨上方两侧；任1组双光谱二维与三维融合成像装置中投射的片光不出现在其余2组双光谱二维与三维融合成像装置的成像区域中。

实施例9

与实施例8不同之处在于，如图10所示，3组双光谱二维与三维融合成像装置沿轨道横向方向共线设置；使3组双光谱二维与三维融合成像装置中的片光P12、P34、线阵摄像机成像平面共面；其中第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝300nm，c3＝450，c4＝600nm；第2组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝400nm，c3＝500，c4＝600nm。

实施例10

在实施例9基础上，增加环形遮光罩用于遮挡外界光线干扰，采用底部开口的方形盒，罩在整个成像装置上，用于遮挡顶部和四周外界光线；遮光罩由5片黑色硬橡胶拼接而成；遮光罩底部距离钢轨顶部距离不超过50mm；遮光区域大于成像区域。

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 (10)

1.一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；

所述线结构光发生器用于产生锥形片光，其中，第1线结构光产生的片光P1厚度不小于2mm，片光P1平面与线阵摄像机成像平面共面，为线阵摄像机提供照明；第2线结构光产生的片光P2厚度不超过1mm，片光P2平面与片光P1平面平行，片光P2为双光谱3D成像模块提供照明；

所述片光P1的波长为c1，c1的取值范围为：200-1000nm；

所述片光P2的波长为c2，c2的取值范围为：200-400nm；

所述片光P1、P2垂直于轨道平面照射，投射平面与轨道纵向垂直；

所述线阵摄像机为单色线阵摄像机，在线阵摄像机前端加装波长为c1的窄带滤光片；

所述线阵摄像机的成像平面垂直于轨道平面、且与轨道纵向垂直，线阵摄像机具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行线阵扫描成像，获取轨道表面二维图像；

所述双光谱3D成像模块由1个同轴分光器和2台3D摄像机组成；

所述同轴分光器为分光棱镜，透射波长为c2的光线，反射波长范围为c3～c4的光线，用于将入射光线分离为不同颜色光线，c3、c4取值范围为400-1000nm；

所述2台3D摄像机中，第1台3D摄像机位于分光棱镜的透射光路上，第2台3D摄像机位于分光棱镜的反射光路上，2台3D摄像机的成像光轴相互垂直；第1台3D摄像机前端加装波长为c2的窄带滤光片，对片光P2投射在轨道表面的光条成像；第2台3D摄像机前端加装波长为c3～c4的带通滤光片，对片光P2投射到轨道表面后的辐射光进行成像；

所述第1台3D摄像机的成像光轴与片光P2在钢轨纵向平面内角度为a，a的取值范围为20-80度；

所述3D摄像机为基于FPGA或DSP或ARM的嵌入式处理系统，具有线结构光3D测量功能，计算并输出拍摄光条处轨道表面三维数据；

所述3D摄像机具有外部触发接口，接受里程编码脉冲信号，沿轨道纵向对轨道表面进行三维扫描成像，获取轨道表面三维形貌数据。

2.根据权利要求1所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，当片光P1和片光P2的波长相等时，即c1＝c2，片光P1的照射区域不能出现在双光谱3D成像模块的成像视场中。

3.根据权利要求1所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，所述片光P1、片光P2和线阵摄像机沿轨道横向方向共线设置，片光P1、片光P2的照射平面与线阵摄像机的成像平面共面，片光P1、片光P2的波长不相等:c1≠c2。

4.根据权利要求1所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，在双光谱3D成像模块的前端增加一块反射镜，对双光谱3D成像光路进行折叠，以缩短双光谱3D成像模块到片光P2的距离，进而缩短整个装置在轨道纵向上长度，具体结构是：在原3D成像光路上安置一块反射镜，在反射镜的反射光路上安置双光谱3D成像模块；所述反射镜反射光谱范围为：200-1000nm。

5.根据权利要求4所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，片光P1、P2可以通过合色镜进行合束，得到双波长片光P12，双波长片光P12平面垂直于轨道表面和钢轨纵向；所述合色镜透射波长为c1光线，反射波长为c2的光线；在第1线结构光发生器的光路上设置合色镜，片光P1与合色镜镜面成45度角入射；第2线结构光发生器水平放置，片光P2与片光P1投射方向垂直、与合色镜镜面成45度角入射；合色镜透射片光P1、反射片光P2，在片光P1平面内产生双波长合色片光P12。

6.根据权利要求5所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，再增加1个波长为c1的线结构光发生器，产生片光P3，波长为c1＝808nm，厚度不小于2mm，命名为第3线结构光发生器；再增加1个波长为c2的线结构光发生器，产生片光P4，波长为c2＝400nm，厚度不超过1mm，命名为第4线结构光发生器；使第1线结构光发生器、第3线结构光发生器位于线阵摄像机一侧，第2线结构光发生器、第4线结构光发生器位于线阵摄像机对侧，片光P1、P2、P3、P4和线阵摄像机成像平面共面；片光P1的发光点到片光P3的发光点的距离为d1，片光P2的发光点到片光P4的发光点的距离为d2，d1、d2的距离不小于d3，d1、d2、d3的取值范围为：50-1000mm。

7.根据权利要求4或6所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，采用2个合色镜，分别将片光P1、P2合色为P12，将片光P3、P4合色为P34，使P12、P34位于线阵摄像机2侧，P12、P34与线阵摄像机成像平面共面。

8.根据权利要求7所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，在实际应用时，沿轨道横向方向，分别布置第1、2、3组双光谱二维与三维融合成像装置，其中，第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置位于钢轨正上方，第2组双光谱二维与三维融合成像装置位于轨道中心正上方；3组双光谱二维与三维融合成像装置成像区域在轨道纵向上投影存在交叉重叠，可完成覆盖轨道横向方向区域，通过视场拼接可对整个轨道进行二维与三维融合成像；所述第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置中，片光P12、P34分别位于钢轨上方两侧；任1组双光谱二维与三维融合成像装置中投射的片光不出现在其余2组双光谱二维与三维融合成像装置的成像区域中。

9.根据权利要求8所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，所述3组双光谱二维与三维融合成像装置沿轨道横向方向共线设置；使3组双光谱二维与三维融合成像装置中的片光P12、P34、线阵摄像机成像平面共面；其中第1、3组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝300nm，c3＝450，c4＝600nm；第2组双光谱二维与三维融合成像装置片光波长为c1＝808nm，c2＝400nm，c3＝500，c4＝600nm。

10.根据权利要求9所述的一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像装置，其特征在于，增加环形遮光罩用于遮挡外界光线干扰，采用底部开口的方形盒，罩在整个成像装置上，用于遮挡顶部和四周外界光线；遮光罩由5片非透明、非刚性材料拼接而成；遮光罩底部距离钢轨顶部距离不超过50mm；遮光区域大于成像区域。

Images