一种光源系统

技术领域

本发明属于均匀光照技术领域，具体为一种光源系统。

背景技术

在钢轨表面缺陷检测过程中，采集的图像数据是原始数据，是整个系统的基础。其质量决定了后期缺陷提取的精度和算法的速度。在采集系统运行平稳的情况下，当钢轨表面出现凹坑、裂纹、剥落、掉块等缺陷时，图像灰度值下降。灰度值增大，图像灰度值随着不同位置缺陷的深度或高度而变化。基于机器视觉的轨道表面缺陷检测是对采集到的图像进行图像处理，包括图像增强、阈值分割、目标识别等，其中阈值分割是根据图像的灰度将图像分为目标图像和背景图像。那么，缺陷位置的原始图像与非缺陷位置的原始图像对比度越大，就越容易分割和识别。因此，提高原始图像特定位置的对比度可以大大降低后期图像处理的难度和计算复杂度。为了采集到高质量的钢轨表面图像，获取较大的对比度图像，要求光照系统能够提供稳定、均匀的照明条件，有利于图像后期处理中的图像识别。此外，均匀照明的入射角分布均匀，有效消除了检测过程中由于振动等原因造成的图像质量影响。

然而，现有的技术主要采用主动照明光束照明，光束的光源非常不均匀。而且已有的技术是通过复杂机器随时调整光线角度和光源强度，这样的设备不但没有解决均匀光照的问题，所采集的数据质量提升有限，而且造价成本高，复杂的系统故障率高，如果不克服这一矛盾，将限制其识别性能和精度以及普及性。

发明内容

本发明提出了一种光源系统。

实现本发明目的的技术方案为：一种光源系统包括遮光盒、LED灯、两个反光板、偏光片和两个散光板，两个反光板对称设置在遮光盒内，且每个反光板的一边沿着遮光盒第一面的第一条边设置，所述反光板一边相对的另一边沿与遮光盒第一面相对的第二面的且平行于第一面的第一条边的中心线设置；所述LED灯分别沿反光板的两边设置，且向反光板发射光源；所述偏光片设置在LED灯上，两个散光板关于两个反光板的对称轴对称设置在遮光盒内，每个散光板相对的两条边分别沿设置在同一反光板两边的LED灯设置，且所述LED灯以及所述反光板位于每个散光板靠近遮光盒壁的一侧，每个散光板中心设置有摄像机，通过摄像机采集遮光盒内底部的待检测物的图像。

优选地，所述反光板为抛物线纵向拉伸构成的曲面。

优选地，所述LED灯为条形光源。

优选地，所述散光板为平面板。

优选地，所述散光板为曲面板。

优选地，所述LED灯与对应的反光板的边所在遮光盒平面垂直。

优选地，所述遮光盒的尺寸根据待检测物确定。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的入射角度分布范围广，光源通过散光板在钢轨表面形成270度环绕；本发明无需进一步调整光源即可获得对比鲜明的缺陷图像；本发明的光源系统稳定均匀，在受到振动和距离变化时，钢轨表面的照明条件不会发生变化，消除了振动干扰。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是实施例提供的一种钢轨表面损伤检测光源系统的横截面的示意图。

图2是实施例提供的一种钢轨表面损伤检测光源系统的侧面俯视的示意图。

图3是实施例提供的一种钢轨表面损伤检测光源系统与传统光源的灰度值分布对比图。

图4是实施例提供的一种钢轨表面损伤检测光源系统与传统光源的检测结果对比图。

具体实施方式

作为第一种实施例，一种光源系统，用于检测钢轨的缺陷，所述光源系统包括遮光盒、LED灯、两个反光板、偏光片和两个散光板，两个反光板对称设置在遮光盒内，且每个反光板的一边沿着遮光盒第一面的第一条边设置，所述反光板一边相对的另一边沿与遮光盒第一面相对的第二面的且平行于第一面的第一条边的中心线设置；所述LED灯分别沿反光板的两边设置，且向反光板发射光源；所述偏光片设置在LED灯上，两个散光板关于两个反光板的对称轴对称设置在遮光盒内，每个散光板相对的两条边分别沿设置在同一反光板两边的LED灯设置，且所述LED灯以及所述反光板位于每个散光板靠近遮光盒壁的一侧，保证条形LED光源都被散光板覆盖。每个散光板中心设置有摄像机，通过摄像机采集遮光盒内底部的待检测物的图像。

本发明中，所述遮光盒用于阻挡自然环境不稳定光照条件的影响；所述LED灯是条形LED点灯，为所述遮光盒内环境提供光源；所述反光板用于反射所述条形光源的光线，主要作用是引导光线经过多次反射后才射向钢轨表面；所述偏光片和所述散光板粘接在一起、整体位于光源和反光板内侧，更加靠近钢轨，主要作用是将光线尽可能均匀的分布在钢轨表面。各部件安装的位置关系如图1所示。

根据安装的位置可以确定光线走向，光线由条形LED光源发射，经过随机安装的偏光片，射向抛物曲面构成的反光板，经过多次反射后，穿过散射板形成均匀的随机方向的光线，照射在钢轨表面。经过钢轨表面的反射由摄像头采集记录成需要的钢轨表面损伤数据。在使用时只需要将本发明的光照系统安装在轨道巡检车，安装时遮光盒底部平行于钢轨表面，遮光盒顶部的预留孔处安装摄像头，摄像头的焦距与要提前调整，摄像头连接列车内部的数据采集器。可以实现实时采集钢轨表面数据的功能。

具体地，本实施例中，在两个散光板的中心有直径3cm的预留孔，用于安装高清摄像头。

具体地，本实施例中，所述遮光盒，高度为14cm，宽度为23cm，长度可以根据实际需求调节。

具体地，本实施例中，所述条形光源长度与所述遮光盒长度相等，光源亮度可以根据外界自然光照亮度进行调节。

本实施例中，反光板为抛物线曲面的纵向拉伸结果，增加光线到达钢轨表面前所需的反射次数。

在某些实施例中，散光板的位置为遮盖底部和顶部所述条形光源的平面。也可以根据实际需要调节为对应曲面。

作为第二种实施例，所述遮光盒是整个光源系统的框架，顶部中心处留有对应摄像头大小的圆孔，宽为23cm，高为15cm，初始长度为30cm，如有需要长度可以适当增加并增加摄像头孔数。遮光盒可以有效隔离外部自然光和杂散光影的影响。

所述LED灯用于提供初始光源，因为轨道缺陷的颜色一般为深黑色，颜色单一。根据色温特性，光源与被测物色温越近，得到的图像越亮，色温越远，图像颜色越暗。导轨表面为金属亮白色。光源为LED光条，在LED长条上随机角度覆盖一层偏光片，以调节光源强度和角度。为了提高钢轨表面图像非缺陷区域的亮度，降低缺陷区域的亮度，需要选择与背景颜色相近的光源，因此使用白色光源。

光线由光源产生后在曲面反光板是抛物面反射膜结构，使反射光避免直接照射位于底部中间的导轨面，而是经过多次反射后以随机角度进入扩散器。

光线照射到散光板上后，其内部的光扩散剂会发挥作用，使部分光线发生折射、反射和散射。这样既保证了通过光线的纯度，又阻挡了光源的直接影响。散光器的主要作用是使光源尽可能均匀，破坏原光束入射角的规律。

本发明建立了机器视觉采集系统的一般光学模型，普通照明系统需要调整入射角度来增强缺陷与背景的对比度，而本系统的入射角度分布范围广，光源通过散光板在钢轨表面形成270度环绕。无需进一步调整光源即可获得对比鲜明的缺陷图像。稳定均匀的照明系统，在受到振动和距离变化时，钢轨表面的照明条件不会发生变化，消除了振动干扰。

通过图3和图4对比可以明显看出，均匀光照下的检测结果具有更多的表面损伤信息。与普通照明条件不同，采集到的图像信息也会随着照明角度的变化而变化。在均匀稳定的照明条件下，可以一次性全面采集所有损伤信息。此外，由于本文设备不需要提供入射角度调节装置，均匀照明对列车振动的影响不会发生明显变化，减少了光强调节装置。因此，除了装置的稳定性较高外，只需要较低的价格即可。