本發(fā)明屬于民航機(jī)場飛機(jī)地面殘冰檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可補(bǔ)償飛機(jī)涂裝反射影響的飛機(jī)殘冰檢測裝置。

背景技術(shù)：

在冬季，我國北方大部分機(jī)場易受冰雪天氣的影響，飛機(jī)積冰容易導(dǎo)致大量航班延誤，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高飛機(jī)冬季除冰保障水平是降低冬季飛機(jī)延誤的有效方法之一。而飛機(jī)除冰后的殘冰檢測又極為關(guān)鍵，直接影響除冰效率和飛行安全，并且成為國際民航領(lǐng)域研究的重點(diǎn)課題。

基于近紅外多光譜的飛機(jī)地面殘冰自動檢測方法是基于冰、水在不同的波段下不同發(fā)射特性的差異而對飛機(jī)表面的殘冰進(jìn)行識別的。視覺檢測區(qū)域利用CCD相機(jī)和特定機(jī)型結(jié)構(gòu)特征的檢測定位，以便于確定殘冰位置。系統(tǒng)工作時飛機(jī)表面反射的紅外光線經(jīng)濾光片、相機(jī)鏡頭進(jìn)入CCD相機(jī)并經(jīng)圖像采集、圖像處理等環(huán)節(jié)得到特定光譜范圍檢測區(qū)域每一個點(diǎn)的反射光強(qiáng)值。圖像采集時用分時采集的方法，四個波段的濾光片在輪盤的控制下分時轉(zhuǎn)動到鏡頭前部采集相應(yīng)波長通道下的圖像。

上述方法存在的問題就是沒有考慮飛機(jī)涂裝的反射影響，飛機(jī)涂裝覆蓋機(jī)身表面，不同涂裝具有的發(fā)射特性差異較大，對殘冰檢測精度有影響，為了提高殘冰檢測效果，需要考慮補(bǔ)償涂裝反射帶來的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置，在采集飛機(jī)殘冰圖像的同時對飛機(jī)涂裝的反射特性進(jìn)行檢測，以達(dá)到減小飛機(jī)涂裝反射誤差的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置包括三角支架、紅外光源、多相機(jī)圖像采集裝置、紅外光譜分析儀、圖像處理系統(tǒng)和計算機(jī)；其中三角支架的下端固定在地面上；紅外光源安裝在三角支架的中下部位，用于對飛機(jī)蒙皮表面的待檢測區(qū)進(jìn)行照射；紅外光譜分析儀安裝在三角支架中部，用于實(shí)時檢測飛機(jī)蒙皮表面的紅外光譜，并通過對紅外光譜的分析得到蒙皮各區(qū)域的紅外反射特性；多相機(jī)圖像采集裝置包括四部CCD相機(jī)，四部CCD相機(jī)安裝在三角支架的頂部兩側(cè)，以紅外光譜分析儀為中心排列成一個矩形，每部CCD相機(jī)的鏡頭前面都安裝有一個濾光片，四個濾光片具有不同帶通，并且四部CCD相機(jī)均與圖像處理系統(tǒng)連接；圖像處理系統(tǒng)和紅外光譜分析儀均與計算機(jī)連接，計算機(jī)控制四部CCD相機(jī)同時拍照，同時處理圖像處理系統(tǒng)和紅外光譜分析儀傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行殘冰檢測分析和判斷。

所述的CCD相機(jī)1采用工業(yè)紅外CCD相機(jī)。

本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置在模板匹配算法中采用了兩種約束條件：像素相關(guān)性約束和機(jī)身固定結(jié)構(gòu)約束。首先將待匹配圖像經(jīng)過像素相關(guān)性匹配算法去除無用點(diǎn)，然后根據(jù)飛機(jī)機(jī)身固定結(jié)構(gòu)的特征采用機(jī)身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法再進(jìn)一步剔除誤匹配對，從而提取出精確的匹配點(diǎn)。這樣模板圖像中所有的特征點(diǎn)均可由此匹配算法在待匹配圖像中精確提取出來。另外，本裝置中的計算機(jī)處理時是將四部CCD相機(jī)采集的近紅外數(shù)字圖像與模板圖像上的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，可以快速處理圖像，節(jié)省時間，并且能夠減少環(huán)境因素干擾，依據(jù)光譜儀檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，減少飛機(jī)涂裝反射干擾，提高殘冰檢測速度和效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的模板匹配過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置包括三角支架9、紅外光源8、多相機(jī)圖像采集裝置6、紅外光譜分析儀7、圖像處理系統(tǒng)5和計算機(jī)10；其中三角支架9的下端固定在地面上；紅外光源8安裝在三角支架的中下部位，用于對飛機(jī)蒙皮表面的待檢測區(qū)進(jìn)行照射；紅外光譜分析儀7安裝在三角支架中部，用于實(shí)時檢測飛機(jī)蒙皮表面的紅外光譜，并通過對紅外光譜的分析得到蒙皮各區(qū)域的紅外反射特性；多相機(jī)圖像采集裝置6包括四部CCD相機(jī)1，四部CCD相機(jī)1安裝在三角支架6的頂部兩側(cè)，以紅外光譜分析儀7為中心排列成一個矩形，每部CCD相機(jī)1的鏡頭前面都安裝有一個濾光片，四個濾光片具有不同帶通，并且四部CCD相機(jī)1均與圖像處理系統(tǒng)5連接；圖像處理系統(tǒng)5和紅外光譜分析儀7均與計算機(jī)10連接，計算機(jī)10控制四部CCD相機(jī)1同時拍照，同時處理圖像處理系統(tǒng)5和紅外光譜分析儀7傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行殘冰檢測分析和判斷。

所述的CCD相機(jī)1采用工業(yè)紅外CCD相機(jī)。

現(xiàn)將本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補(bǔ)償功能的飛機(jī)殘冰檢測裝置工作原理闡述如下：當(dāng)需要進(jìn)行飛機(jī)蒙皮表面殘冰檢測時，如圖1所示，首先由工作人員調(diào)整好三角支架9的位置，使得三角支架9與飛機(jī)蒙皮待檢測區(qū)保持一個合適的距離和方向，并調(diào)整好紅外光源8的照射角度，調(diào)整好四部CCD相機(jī)1的對應(yīng)位置和拍照角度。然后打開紅外光源8而向飛機(jī)蒙皮待檢測區(qū)照射紅外光，紅外光到達(dá)飛機(jī)蒙皮表面會進(jìn)行反射、折射和吸收一系列過程。接下來在計算機(jī)10的控制下，利用四部CCD相機(jī)1同時采集飛機(jī)蒙皮待檢測區(qū)的近紅外數(shù)字圖像，拍照一次分別通過不同濾光片的作用得到4個不同波段的近紅外數(shù)字圖像并同時傳送給圖像處理系統(tǒng)5；圖像處理系統(tǒng)5將得到的近紅外數(shù)字圖像進(jìn)行邊緣檢測、去噪、濾波等處理，得到有效近紅外數(shù)字圖像，然后將上述有效近紅外數(shù)字圖像傳送給計算機(jī)10；這是因為機(jī)場區(qū)域的背景比較復(fù)雜，存在各種標(biāo)志線，建筑等，這樣會對飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特征造成干擾，因此，一些過長的邊緣應(yīng)提前去除。計算機(jī)10先將上述有效近紅外數(shù)字圖像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的有效近紅外數(shù)字圖像與其內(nèi)部預(yù)先存儲的模板圖像利用像素相關(guān)性約束算法匹配，進(jìn)行特征點(diǎn)的提取，然后根據(jù)飛機(jī)機(jī)身固定結(jié)構(gòu)的特征利用機(jī)身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法再進(jìn)一步剔除誤匹配對，從而提取出精確的匹配點(diǎn)。同時利用紅外光譜分析儀7對飛機(jī)蒙皮待檢測區(qū)的紅外光譜進(jìn)行掃描，然后傳送給計算機(jī)10，由計算機(jī)10對上述紅外光譜進(jìn)行分析，得到飛機(jī)蒙皮表面涂裝的反射特性，并根據(jù)上述反射特性進(jìn)行補(bǔ)償，以減少涂裝因素的影響，提高飛機(jī)殘冰檢測精度。通過機(jī)身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法的計算以及飛機(jī)涂裝表面反射影響的補(bǔ)償，可以判定飛機(jī)蒙皮表面檢測區(qū)域有無殘冰。

由于四部CCD相機(jī)1所安裝的位置不重合，對飛機(jī)蒙皮一個特定區(qū)域采集圖像時會有不同的角度，因此本發(fā)明需要進(jìn)行外部方位的坐標(biāo)匹配。在四部CCD相機(jī)1中，將其中一個CCD相機(jī)1的坐標(biāo)設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，其它三部CCD相機(jī)1各自通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下，這樣各CCD相機(jī)1采集的近紅外數(shù)字圖像中每一個像素點(diǎn)都能一一對應(yīng)，方便系統(tǒng)進(jìn)行處理。

對于數(shù)字圖像，一定鄰域內(nèi)像素之間具有一定的相關(guān)性，并且相關(guān)性隨著像素間距離的增大而減小。在此截取模板圖像和待匹配圖像中的一個特征點(diǎn)進(jìn)行說明。在圖2(a)所示的模板圖像中，選取一特征點(diǎn)P，將以該點(diǎn)為中心的(2M+1)×(2N+1)區(qū)域作為比對范圍。在圖2(b)所示的待匹配圖像中也同樣選取(2M+1)×(2N+1)大小的區(qū)域作為比對范圍。將待匹配圖像上比對范圍內(nèi)的所有特征點(diǎn)P’均與模板圖像中特征點(diǎn)P進(jìn)行比對運(yùn)算，計算其相關(guān)系數(shù)。為了達(dá)到最佳匹配效果，本發(fā)明將相關(guān)系數(shù)閾值定為0.8，即當(dāng)求得的相關(guān)系數(shù)大于0.8時，初始認(rèn)為此點(diǎn)是模板圖像中特征點(diǎn)P的匹配點(diǎn)并將其保留、記錄。如果待匹配圖像中僅有一點(diǎn)與模板圖像中的特征點(diǎn)P相匹配，那么就將該點(diǎn)定義為完全匹配點(diǎn)，如果有多個點(diǎn)與模板圖像中特征點(diǎn)P匹配則作為候選匹配點(diǎn)。當(dāng)求得的相關(guān)系數(shù)小于0.8時，則認(rèn)為此點(diǎn)不是模板圖像中特征點(diǎn)P的匹配點(diǎn)并將其剔除，經(jīng)過上述像素相關(guān)性匹配算法可去除無用點(diǎn)。

另外，飛機(jī)目標(biāo)是一個多邊形的立體結(jié)構(gòu)，其角點(diǎn)特征比較明顯，而角點(diǎn)是特征點(diǎn)的重要組成部分，對于飛機(jī)的輪廓應(yīng)該提前提取出特征點(diǎn)，通過多次試驗選取出比較容易檢測的特征點(diǎn)，定義為模板圖像并保存在計算機(jī)10中，這樣在得到采集的近紅外數(shù)字圖像后便于進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)分析。