铁轨表面缺陷机器视觉检测成像方法与装置研究

研究背景与意义

铁路交通事故中，铁轨表面缺陷是主要诱因之一。及时维护铁轨表面缺陷可有效减少交通事故。随着机器视觉技术发展，其应用于铁轨表面缺陷检测日益便捷，但现有方法存在局限性。

研究内容与方法

本文提出基于线扫描成像的铁轨表面缺陷检测方法，并设计实验室仿真成像系统和室外手推车成像系统进行验证。主要研究内容包括：

• 国内外铁轨表面缺陷检测技术综述：分析现有方法如激光探测、电涡流、漏磁检测、红外线检测等的优缺点。
• 线扫描成像原理：对比线阵CCD和面阵CCD，说明选择线阵CCD的原因，并阐述线扫描工作原理和同步机制。
• 实验室仿真成像系统：设计系统结构，分析光源、相机、镜头等模块的选型准则及工作原理，并通过实验测试系统可行性。
• 室外手推车成像系统：研发系统硬件和软件，进行真实在线铁轨成像测试。
• 图像质量评价与成像参数自适应调节：提出以信息熵作为图像质量评价标准，并使用模糊PI控制器对相机曝光积分时间进行自适应控制，使图像亮度保持稳定。

研究结论

实验结果表明，本文研究的铁轨表面缺陷机器视觉检测成像方法与装置可很好地对真实在线铁轨进行成像，系统运行正常，各模块参数计算准确度高，选型合理，为以后的产品研发奠定了基础。