重轨多曲面轮廓表面视觉成像优化研究

郑 国，孔建益，刘源泂 ，何 可

1 引言

重轨作为我国高速铁路系统快速发展的重要构成部分，其表面质量直接关系到铁路运输的安全与稳定。视觉光源作为重轨表面检测的重要一环，其直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果[1]。在视觉检测领域，文献[2]分析研究了重轨视觉成像中摄像机环绕布置的成像角度位姿，文献[3]利用双目结构光原理对钢轨踏面进行检测并提出一种检测仪视角优化方法；文献[4]分析研究了光照强度对图像质量的影响；文献[5]采用远心成像和柯勒照明相结合的成像方式设计了一套刀具几何参数检测装置；文献[6]通过对环形光源LED颗粒的参数计算与设计，实现了密封圈内外径的自动测量。但是，考虑到重轨复杂多曲面多平面特性，必须设计具有针对性的成像方案。

对于既定的成像系统，光源入射角度的合理配置有助于提高成像质量。本课题针对重轨表面的平面和曲面部分，通过对曲面视觉成像光学的研究，选取重轨踏面、轨头底面和轨底顶面，以LED光源入射角度作为优化对象，结合图像质量评价函数，在光源不同入射角度下分别对这三个表面的图像特性进行综合评价分析，获得了光源在重轨表面视觉检测中的最佳入射角度。

2 重轨轮廓曲面视觉光学传递规律

机器视觉检测中，光源以一定角度照射在物体表面，光线经物体表面反射到摄像机传感器上，传感器接收到光照后将光信号转换为电压信号。……