BR112016009206B1 - Sistema de detecção de gelo e água - Google Patents

Abstract

sistema de detecção de gelo e água. um sistema para detectar gelo ou água dentro de uma área de interesse tendo um sistema de detecção medindo a radiância ou a refletância da área de interesse quando exposta à radiação de infravermelho de onda curta tendo um comprimento de onda na faixa contendo um ponto de cruzamento entre as curvas representando a absorção de radiação eletromagnética por gelo e água. o sistema de detecção mede a radiância ou a refletância em uma primeira banda tendo um comprimento de onda em uma banda espectral em um primeiro lado do ponto de cruzamento e emitindo um primeiro sinal de banda, e mede adicionalmente a radiância ou a refletância em uma segunda banda tendo um comprimento de onda em uma banda espectral em um segundo lado oposto do mesmo ponto de cruzamento e emitindo um segundo sinal de banda. uma unidade de processamento determina uma razão do primeiro sinal de banda e o segundo sinal de banda e compara a razão com uma razão crítica predeterminada e emite um sinal de determinação indicando a presença de gelo ou água.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido é um Pedido do PCT Internacional que reivindica a prioridade do Pedido de Utilidade dos EUA No. 14/336.224, depositado em 21 de julho de 2014, que é um pedido de continuação de parte do Pedido de Utilidade dos EUA No. 14/277.082, depositado em 14 de maio de 2014, que reivindica o benefício do Pedido Provisório dos EUA No. 61/895.040, depositado em 24 de outubro de 2013. Este pedido também reivindica a prioridade direta do Pedido de Utilidade dos EUA No. 14/277.082, depositado em 14 de maio de 2014. Este pedido também reivindica o benefício do Pedido Provisório dos EUA No. 61/895.040, depositado em 24 de outubro de 2013. Toda a descrição de cada um dos pedidos acima é incorporada aqui por referência.

CAMPO

[0002] A presente descrição se refere a um sistema óptico capaz de detectar gelo e água em uma grande variedade de superfícies, tais como pontes, estradas, calçadas, trilhos, vias, para o uso com veículo com base terrestres e adicionalmente capaz de detectar gotículas super-resfriadas de água que congelam quando impactam as superfícies de veículos de via aérea, tais como aeronaves, Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs) e outros objetos de interesse.

FUNDAMENTOS E SUMÁRIO

[0003] Esta seção provê informação de conhecimento relacionada com a presente descrição que não é necessariamente do estado da técnica. Esta seção provê adicionalmente um sumário geral da descrição, e não é uma descrição compreensiva do seu escopo completo ou de todas as suas funcionalidades.

[0004] A detecção de água, gelo e condições de congelamento associadas é um fator importante na maximização de segurança associada com vários modos de transporte. É bem conhecido que tanto o acúmulo de gelo quanto de água nas superfícies pode aumentar o número de acidentes de veículo, lesões pessoais que resultam de quedas, e interrupções no transporte e em outras atividades humanas.

[0005] Em conjunto com viagem de veículo, gelo em rodovia geralmente pode ocorrer de maneira que são difíceis para um motorista prudente detectar. Tal gelo geralmente referido como ‘gelo escorregadio’ ou ‘gelo preto’ — é comumente suave e translúcido. De maneira similar, em conjunto com a viagem da aeronave, condições de congelamento de via aérea geralmente podem ocorrer de modos que são difíceis para um piloto discernir. Congelamento de via aérea pode ocorrer em quase todas as regiões do globo através do ano, fazendo a detecção e evitando importante para a segurança do vôo.

[0006] Infelizmente, poucos sistemas existem que são capazes de detectar de maneira confiável gelo ou água e provendo um alerta associado. Em termos de veículos terrestres, tais como carros, caminhões, trens, movimentadores de pessoa automatizados, trilhos, monotrilhos, metrôs, ônibus, motocicletas, biciclos, e veículos similares, existe uma falta surpreendente de sistemas adequados para detectar e avisar usuários da presença de gelo ou água nas superfícies, tais como estradas, pontes, trilhos, calçadas, ou até pistas de voo (tais como em conjunto com operações de terra de aeronave). Por exemplo, detecção de gelo na maioria dos veículos meramente inclui uma notificação simples uma vez que a temperatura do ar está no ou próxima do ponto de congelamento da água. No entanto, infelizmente, isto tipicamente não é uma indicativa da presença de gelo de superfície que pode afetar a segurança e/ou capacidade de direção de um veículo. Isto invariavelmente leva a um grande número de acidentes e fatalidades devido aos motoristas e operadores que não estão avisados das condições de deterioração ou alertas falsos que são desconsiderados por último por eles. Em termos de veículos aerotransportados, tais como aeronaves, helicópteros, UAVs, e veículos similares, sistemas adicionais estão disponíveis, mas cada um sofre de um número de desvantagens.

[0007] Abordagens do estado da técnica para detectar gelo escorregadio nas superfícies, tais como estradas, o uso de um formador de imagem capaz de medir a polarização da luz refletida pelo gelo escorregadio. No entanto, deve ser entendido que apesar da luz ser polarizada quando refletida pelos materiais dielétricos, tais como gelo, gelo não é o único material dielétrico que polariza a luz. De fato, reflexões por superfícies molhadas e/ou oleosas e até asfalto também causa a polarização, que pode levar ao relatório falso de gelo. Portanto, a polarização não é capaz de distinguir dentre os tipos possíveis de materiais dielétricos que refletem a luz. Consequentemente, não pode ser usado para detectar a presença de gelo de maneira não ambígua. Por exemplo, Pat. dos EUA No. 2008/0129541A1 se refere a um sistema de aviso de gelo escorregadio capaz de monitorar a estrada a frente de um veículo. Uma ou duas câmeras são usadas para formar imagem da mesma cena em duas polarizações ortogonais. Quando uma única câmera é usada, um divisor de feixe de polarização é usado para separar a luz refletida em duas polarizações ortogonais. A possível (mas ambígua) determinação da existência de gelo escorregadio à frente do veiculo é detectada medindo a polarização da luz refletida. No entanto, novamente, este sistema é incapaz de discernir se a polarização detectada é devido ao gelo ou algum outro material refletivo.

[0008] Sistemas de detecção de gelo adicionais estão baseados em medições no local e são aplicados apenas para aplicações de via aérea. Por exemplo, Pat. dos EUA No. 7.104.502 é para um sistema capaz de detectar o acúmulo de gelo medindo alterações na frequência de vibração de uma escora exposta ao fluxo de ar em uma aeronave. A escora contém pelo menos uma funcionalidade que permite gelo para agregar no mesmo em maior taxa do que em outras partes da aeronave. De maneira similar, Pat. dos EUA No. 7.370.525 se refere a um sistema em vôo de canal duplo que detecta o crescimento de gelo em superfícies de aeronave. O sistema ilumina a superfície da aeronave com luz polarizada de maneira linear. Condutores de luz com sensibilidade de polarização alinhada com a luz transmitida, e com sensibilidade de polarização ortogonal aos mesmos, adquire a luz retroespalhada. A razão das intensidades da luz nos dois condutores é usada para detectar a presença de gelo.

[0009] Além disso, a Pat. dos EUA No. 6.269.320 descreve um detector de Gotícula Grande Super-resfriada no local (SLD). Este sistema toma vantagem dos padrões de escoamento de camada limite para detectar SLD. É capaz de distinguir entre a presença de gotículas de água que causa a formação de gelo de nuvem regular e formação de gelo de SLD. No entanto, este sistema detecta gelo após se acumular nas superfícies de aeronaves e assim não origina avisos antes de uma situação de perigo ocorrer. Em particular, não detecta gotículas líquidas super-resfriadas de água no espaço aéreo em torno das aeronaves.

[0010] Em alguns casos, abordagens do estado da técnica para distinguir entre partículas de água líquida e de gelo no espaço aéreo à frente das aeronaves medem a despolarização da luz retroespalhada emitida por um feixe de laser polarizado. Pat. dos EUA No. 6.819.265 se refere a um sistema de aviso de gelo capaz de monitorar o espaço aéreo à frente da aeronave. O sistema contém uma fonte de laser, elementos ópticos para direcionar o feixe de laser para o espaço aéreo à frente da aeronave e para receber a luz de laser retroespalhada pelos alvos, elementos ópticos para separar a luz de laser recebida em vários comprimentos de onda e para direcionar os mesmos para detectores de luz, e um processador para conduzir os cálculos necessários para gerar avisos. A Pat. dos EUA No. 7.986.408 se refere a um sistema ativo de via aérea que emprega tanto polarizações lineares quanto circulares para detectar gotículas de água e partículas de gelo no espaço aéreo à frente de uma aeronave.

[0011] De acordo com os princípios dos presentes ensinamentos, um sistema de detecção de gelo e água é provido que supera as desvantagens do estado da técnica e particularmente é útil em aplicações com base em terra e com base em via aérea. Na maioria das concretizações dos presentes ensinamentos, o sistema detecta gelo e água de maneira não ambígua fazendo medições multi-espectrais de radiância. Em algumas concretizações, o sistema pode ser passivo, mas uma fonte de luz pode ser incluída, detectores multiespectrais e/ou câmera multiespectral, uma unidade de processador de dados, e interfaces com exibições, sistemas de segurança, e/ou sistemas de vôo proveem uma indicação de congelamento e uma resposta aos mesmos.

[0012] Ainda adicionalmente, em algumas aplicações de via aérea convencionais, a detecção de condições de congelamento no espaço aéreo à frente de uma aeronave requer sistemas capazes de distinguir a realidade entre gotículas líquidas super-resfriadas de água e partículas de gelo. De maneira apropriada, em algumas concretizações dos presentes ensinamentos, o sistema é capaz de detectar gotículas líquidas de água e partículas de gelo em uma área de interesse do espaço aéreo, e de estimar o tamanho de gotículas líquidas super-resfriadas potencialmente perigosas de água. Esta concretização aumenta a segurança da aviação adicionando a capacidade de detectar condições de congelamento e Gotículas grandes super-resfriadas (SLD) para exibições de vôo tais como Sistemas de Visão Aprimorados (EVS).

[0013] Áreas adicionais de aplicabilidade serão aparentes a partir da descrição provida aqui. A descrição e exemplos específicos neste sumário estão intencionados para os propósitos de ilustração apenas e não estão intencionados a limitar o escopo da presente descrição.

DESENHOS

[0014] Os desenhos descritos aqui são para propósitos ilustrativos apenas de concretizações selecionadas e nem todas as implementações possíveis. Eles não estão intencionados a limitar o escopo da presente descrição.

[0015] A FIG. 1 é um gráfico mostrando a parte imaginária do índice complexo de refração de água líquida e gelo, indicando que as curvas representando a absorção de radiação eletromagnética por água e gelo se cruzam em torno de 0,4, 0,6, 1,6, 2,1, 3,0, 6,2, e 10,8 μm. Medições de refletância (ou radiância simples como justificado abaixo) em cada lado destes pontos de cruzamento podem ser usadas para distinguir facilmente água de gelo já que não necessitam de calibração absoluta. A melhor banda espectral para alcançar este objetivo é a banda de 2,0 a 2,3 μm já que está absorvendo fortemente, está localizada em uma região de radiação refletida, e está em uma janela de vapor de água. A banda visível também pode ser usada para este propósito, mas absorve radiação fazendo de maneira fraca a detecção mais desafiadora. A ubiquidade de formadores de imagem colorida de alta qualidade mais baratos mitiga este problema até um grande grau. Uma combinação de medições de refletância na absorção e nas bandas não absorventes pode ser usada para detectar ou verificar a presença de substância de água no espaço aéreo à frente das aeronaves ou depositadas nas superfícies de interesse tais como vias ou estradas.

[0016] A FIG. 2 é um gráfico mostrando a parte imaginária do índice de refração complexo de água líquida e gelo nas bandas espectrais que são ideais para distinguir gotículas líquidas de água a partir de partículas de gelo. Medições da intensidade relativa da refletância (ou radiância simples como justificado abaixo) em bandas espectrais de infravermelho de onda curta (SWIR) entre cerca de 2,00 e 2,15 μm (banda À1) e entre cerca de 2,15 e 2,30 μm (banda À2) podem ser usadas para distinguir facilmente gelo de água.

[0017] A FIG. 3A é um esboço de distribuição de probabilidade ilustrando que a razão de radiância (Y = RÀI/RÀ2, a razão das refletâncias espectrais em 2,10 μm (RÀ1) e 2,30 μm (RÀ2)) pode ser usada para distinguir gotículas de água de partículas de gelo.

[0018] A FIG. 3B mostra razões de radiância derivadas das medições de uma nuvem convectiva indicando que regiões de água líquida podem ser distintas de regiões de partículas de gelo com base nos cálculos de y.

[0019] A FIG. 4A é um ‘diagrama de Twomey’ indicando que refletância relativa em cerca de 2,2 μm (R2.2μm) pode ser usada para estimar o raio de gotícula de nuvem (rθ) .

[0020] A FIG. 4B é um ‘diagrama de Nakajima-King’ indicando que valores de refletância (ou valores de radiância) em bandas espectrais de absorção e não absorventes podem ser usados para determinar o raio de gotículas de nuvem (re) .

[0021] A FIG. 5 é um fluxograma de um algoritmo para determinar a presença de gotículas líquidas super-resfriadas de água.

[0022] A FIG. 6A é um fluxograma de um algoritmo para determinar a presença de Gotículas grandes super-resfriadas (SLD) em torno e/ou a frente dos veículos.

[0023] A FIG. 6B é um fluxograma de um algoritmo para determinar a presença de SLD quando maior precisão é desejável.

[0024] A FIG. 7 mostra um esboço da refletância típica ou média (albedo) da neve, do gelo, da água e de asfalto/concreto (seco, congelado e úmido) nas porções de infravermelho visível e próximo do espectro. A refletância bidirecional destes materiais varia de maneira fraca com a direção, sugerindo que a refletância média é uma quantidade útil para estimativas simples de brilho. Reflexões internas e espalhamento de volume aprimora a absorção quando uma camada de água ou gelo claro é depositado nas superfícies, reduzindo a sua refletância. O esboço indica que as medições de refletância ou radiância nas porções de azul/verde e porções de vermelho do espectro podem ser usadas para detectar neve, gelo ou água depositados nas estradas cobertas por asfalto ou concreto.

[0025] A FIG. 8 mostra a refletância média (albedo espectral) de gelo, neve, água, concreto e asfalto nas bandas espectrais de azul - verde e de vermelho.

[0026] A FIG. 9 indica que a razão de azul - verde com a refletância de vermelho pode ser usada para distinguir neve/gelo e água a partir de asfalto e concreto.

[0027] A FIG. 10 mostra imagens de gelo em uma estrada de asfalto iluminada por luz azul e vermelha. A fusão parcial do gelo molha a área em torno do gelo. Como sugerido pelo esboço mostrado na Fig. 7, o gelo e a área molhada da estrada são mais brilhantes do que a estrada seca no azul do que na porção de vermelho do espectro. Assim, o brilho relativo nas porções de azul e de vermelho do espectro pode ser usado para detectar gelo e água em concreto, asfalto, e provavelmente em superfícies feitas de outros materiais.

[0028] A FIG. 11 é uma descrição de um algoritmo para determinar a presença de gelo em vias, estradas e outras superfícies de interesse.

[0029] A FIG. 12A é um diagrama de bloco do sistema de detecção de água super-resfriada e gelo de acordo com algumas concretizações dos presentes ensinamentos.

[0030] A FIG. 12B é um diagrama de bloco do sistema de detecção de água super-resfriada e gelo de acordo com algumas concretizações dos presentes ensinamentos.

[0031] A FIG. 13A ilustra sistema de detecção de água super-resfriada e gelo para o uso em conjunto com aplicações com base em vias aéreas.

[0032] A FIG. 13B ilustra sistema de detecção de água super-resfriada e gelo para o uso em conjunto com aplicações com base em vias terrestres.

[0033] A FIG. 13C ilustra um sistema simplificado de detecção de água super-resfriada e gelo.

[0034] Numerais de referência correspondentes indicam partes correspondentes através das várias vistas dos desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] Concretizações de exemplo serão descritas agora de maneira mais completa com referência aos desenhos anexos. Concretizações de exemplo são providas de forma que esta descrição será completa, e vai transportar completamente o escopo destas para os peritos na técnica. Vários detalhes específicos são definidos tais como exemplos de específicos componentes, dispositivos, e métodos, para prover um entendimento completo das concretizações da presente descrição. Será aparente para os peritos na técnica que detalhes específicos não precisam ser empregados, que concretizações de exemplo podem ser incorporadas em muitas formas diferentes e que não devem ser interpretadas para limitar o escopo da descrição. Em algumas concretizações de exemplo, processos bem conhecidos, estruturas de dispositivo bem conhecidas, e tecnologias bem conhecidas não são descritas em detalhe.

[0036] A terminologia usada aqui é para o propósito de descrever particulares concretizações de exemplo apenas e não está intencionada a ser limitante. Como usado aqui, as formas singulares “um,” “uma,” “o” e “a” também podem estar intencionadas a incluir as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Os termos “compreende,” “compreendendo,” “incluindo,” e “tendo,” são inclusivos e portanto especificam a presença de funcionalidades, inteiros, etapas, operações, elementos, e/ou componentes declarados, mas não impedem a presença ou a adição de uma ou mais outras funcionalidades, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou grupos dos mesmos. As etapas, processos, e operações do método descrito aqui não devem ser interpretados como necessariamente necessitando que o seu desempenho na ordem particular discutida ou ilustrada, a menos que seja especificamente identificado como uma ordem de desempenho. Também deve ser entendido que etapas adicionais ou alternativas podem ser empregadas.

[0037] Quando um elemento ou camada é referido como estando “ligado,” “engatado com,” “conectado com,” ou “acoplado com” outro elemento ou camada, podem estar diretamente ligado, engatado, conectado ou acoplado com o outro elemento ou camada, ou elementos ou camadas intervenientes podem estar presentes. Em contraste, quando um elemento é referido como estando “diretamente ligado,” “diretamente engatado com,” “diretamente conectado com,” ou “diretamente acoplado com” outro elemento ou camada, pode não haver elemento ou camada interveniente presente. Outras palavras usadas para descrever a relação entre elementos devem ser interpretadas de um modo semelhante (por exemplo, “entre” contra “diretamente entre,” “adjacente” contra “diretamente adjacente,” etc.). Como usado aqui, o termo “e/ou” inclui qualquer uma e todas as combinações de um ou mais dos itens listados associados.

[0038] Apesar de os termos primeiro, segundo, terceiro, etc. podem ser usados aqui para descrever vários elementos, componentes, regiões, camadas e/ou seções, estes elementos, componentes, regiões, camadas e/ou seções não devem estar limitados por estes termos. Estes termos podem ser usados apenas para distinguir um elemento, componente, região, camada ou seção a partir de outra região, camada ou seção. Termos tais como “primeiro,” “segundo,” e outros termos numéricos quando usados aqui não implicam uma sequência ou ordem a menos que seja indicado claramente pelo contexto. Assim, um primeiro elemento, componente, região, camada ou seção discutido abaixo pode ser chamado de um segundo elemento, componente, região, camada ou seção sem fugir dos ensinamentos das concretizações de exemplo.

[0039] Termos espacialmente relativos, tais como “interno,” “externo,” “embaixo,” “abaixo,” “inferior,” “acima,” “superior,” e semelhantes, podem ser usados aqui para a facilidade de descrição para descrever um elemento ou relação de funcionalidade com outros elementos ou funcionalidades como ilustrados nas figuras. Termos espacialmente relativos podem ser intencionados a englobar diferentes orientações do dispositivo em uso ou operação em adição à orientação representada nas figuras. Por exemplo, se o dispositivo nas figuras é virado, elementos descritos como “abaixo” ou “embaixo” de outros elementos ou funcionalidades então podem estar orientados “acima” de outros elementos ou funcionalidades. Assim, o termo de exemplo “abaixo” pode englobar tanto uma orientação de acima quanto de abaixo. O dispositivo pode ser orientado de outra forma (girado em 90 graus ou em outras orientações) e os descritores espacialmente relativos usados aqui interpretados de maneira apropriada.

[0040] De acordo com os princípios dos presentes ensinamentos, um sistema de detecção de gelo e água 10 é provido tendo uma fonte de luz 12, pelo menos um detector 14, uma unidade de processamento de dados 16, e um sistema de saída 18. Estes componentes serão descritos em maior detalhe aqui. No entanto, deve ser entendido que os presentes ensinamentos proveem utilidade em uma grande variedade de aplicações, incluindo aplicações com base em terra e de vias aéreas ou espaciais. Mais particularmente, e sem limitação, os presentes ensinamentos são bem adequados para o uso na detecção de gelo nas pontes, estradas, trilhos, rampas, calçadas, entradas de edificação, deques de construção, garagens e áreas de estacionamento, vias e vias de táxi, marinas, deques de barco, plataformas, e qualquer outra superfície sujeita ao congelamento. Deve ser entendido que aplicações com base em via terrestre, com base em via aérea ou com base em via espacial podem ser monitoradas adicionalmente em localizações ou regiões fixas, tais como em pontes, edificações, garagens, estradas, ou localizações similares. Além disso, os presentes ensinamentos podem ser incorporados em um número de veículos terrestres, tais como, mas não limitado a, carros, caminhões, trens, movimentadores de pessoa automatizados, trilhos, monotrilhos, metrôs, ônibus, motocicletas, biciclos, aeronave (taxiando), e veículos similares, e localizações de infraestrutura com base em terra, tais como nos pólos, edificações, localizações elevadas, barreiras de estrada, e semelhantes.

[0041] Deve ser entendido adicionalmente que os presentes ensinamentos podem ser incorporados em um número de veículos aerotransportados, tais como, mas não limitados a, aeronave incluindo motores, turbinas, propulsores, lâminas, admissões de ar, superfícies de controle, asas, estabilizantes, e outros componentes de aeronave; helicópteros; UAVs; dirigíveis; balões (por exemplo, balões meteorológicos); e outros objetos de interesse.

[0042] Em todas as aplicações, a localização de montagem particular e sensor ou orientação de câmera não são necessariamente cruciais, tanto quanto iluminação apropriada e o desempenho de detecção é mantido. Portanto, os presentes ensinamentos não devem ser considerados como estando limitados a qualquer especificação de montagem particular no veículo terrestre, infraestrutura com base terrestre, ou veículos aéreos. Princípios Fundamentais

[0043] No início, é importante entender vários princípios fundamentais que são empregados como parte dos presentes ensinamentos. Para este fim, deve ser entendido que água líquida e gelo exibem características fundamentais quando expostos à radiação eletromagnética, em particular em comprimentos de onda de cerca de 0,4, 0,6, 1,6, 2,1, 3,0, 6,2, e 10,8 μm onde as curvas representando a absorção de radiação eletromagnética por água e gelo se cruzam como indicado na Fig. 1. Medições do brilho relativo entre cada lado de um ponto de cruzamento podem ser usadas para detectar partículas de gelo e gotículas de água de nuvem, ou gelo e água nas superfícies tais como estradas e vias. A alteração em brilho relativo pode ser causada pela absorção de radiação eletromagnética atingindo o gelo e água (atenuando reflexões) já que ocorre nas porções de IV e visível refletidas do espectro, ou pela modulação da emissão térmica já que ocorre na porção de IV térmica do espectro em torno de 10,8 μm (ver as anotações na FIG. 1).

[0044] Para os propósitos da presente discussão, bandas espectrais em torno dos pontos de cruzamento (faixa espectral de interesse) são usados. A banda espectral ideal para a detecção de gelo e água é que variando de 2,05 para 2,30 μm (ver a FIG. 2). Assim, esta banda é usada aqui para exemplificar a aplicação da técnica. Nesta região espectral, 2,05 μm foi determinado como sendo um limite inferior devido ao fato de que a atmosfera tende a absorver uma maior porção da luz abaixo de 2,05 μm, afetando de maneira negativa desta forma a eficiência de detecção. No entanto, em comprimentos de onda entre cerca de 2,05 e 2,30 μm a absorção atmosférica é desprezível e as propriedades de absorção de água líquida e gelo exibem características previsíveis (Kuo et al., 1993; Martins et al., 2007) que permite a detecção fácil de gelo e água como ilustrado na Fig. 2, Como discutido abaixo, bandas espectrais de infravermelho de onda curta (SWIR) entre cerca de 2,05 e cerca de 2,15 μm e entre cerca de 2,15 e cerca de 2,30 μm podem ser usadas para distinguir gotículas líquidas de água de partículas de gelo de maneira não ambígua. Esta faixa (2,05 a 2,30 μm) em geral é referida como uma ‘janela de vapor de água’.

[0045] Com a revisão cuidadosa da FIG. 2, pode-se notar que uma transição ou cruzamento ocorre em cerca de 2,15 μm onde as características de absorção de água líquida invertem com relação às características de absorção de gelo. Deste modo, a comparação da absorção de água líquida e gelo nesta janela de vapor de água ou faixa espectral de interesse (cerca de 2,05 μm até cerca de 2,30 μm), especificamente usando medições de refletância ou radiância obtidas a partir de lados opostos desta transição ou ponto de cruzamento (cerca de 2,15 μm), permite que se detecte/determine a presença de água líquida ou gelo de maneira não ambígua. Assim, medindo a radiância/refletância em comprimentos de onda em lados opostos deste ponto de cruzamento, pode-se determinar a presença de água líquida ou gelo com base em uma razão da radiância/refletância medida. Idealmente, estas regiões nos lados opostos do ponto de cruzamento proveem bandas espectrais ótimas que levam à detecção não ambígua — designadamente uma primeira banda espectral ótima de cerca de 2,05 a 2,15 μm (aqui a seguir referida como banda À1 = 2,10 μm) e outra banda espectral ótima de cerca de 2,20 e 2,30 μm (aqui a seguir referida como a banda À2 = 2,25 μm).

[0046] Deve ser entendido que apesar de os presentes ensinamentos serem direcionados para a medição da radiância, medições de refletância de maneira similar podem ser usadas. No entanto, deve ser notado que as medições de radiância (em vez de medições de refletância) são mais simples e tipicamente suficientes para aplicações práticas já que alvos típicos de interesse são iluminados com fontes de luz contendo variações de potência conhecidas ou relativamente pequenas entre 2,05 e 2,30 μm (por exemplo, nuvens ou superfícies iluminadas por luz do sol direta ou indireta, ou iluminadas por uma fonte de luz conhecida). Portanto, os presentes ensinamentos não devem ser considerados como limitados a apenas medições de radiância quando as medições de refletância também são antecipadas.

[0047] Com referência à FIG. 3A, um esboço de distribuição de probabilidade é provido ilustrando no mesmo uma razão de radiância (Y) pode ser usado para distinguir gotículas de água a partir de partículas de gelo. Em algumas concretizações, uma razão de radiância de cerca de 0,40 pode indicar a presença de partículas de gelo e uma razão de radiância de cerca de 0,85 pode indicar a presença de gotículas de água. Como será discutido aqui, a razão exata pode ser irrelevante desde que a razão de radiância seja maior do que ou menor do que uma razão crítica predeterminada. Gelo possui uma razão de radiância relativamente que permite que seja detectada quando depositada nos materiais tais como sujeiras, concreto, e asfalto por exemplo. Com referência à FIG. 3B, razões de radiância são ilustradas em conjunto com medições de uma nuvem convectiva indicando regiões de partículas de água líquida e de gelo, com base nos cálculos de y = RÀI/ RÀ2, a razão das refletâncias espectrais em 2,10 μm (RXI = R2.ioμm) e 2,25μm (RÀ1 = R2.25μm).

[0048] Se voltando agora à FIG. 4A, um ‘diagrama de Twomey’ é provido indicando que valores de refletância (ou valores de radiância) pode ser usado para determinar tamanho de gotículas de nuvem. Isto pode ser alcançado já que, em espessura óptica de nuvem fixa (T), a refletância em torno de 2,2 μm (R2.2μm) diminui com tamanho de gotícula de nuvem na taxa de aproximadamente (k rθ )1/2, onde k é o coeficiente de absorção (a parte imaginária do índice de refração) de água e re é o raio de gotícula de nuvem (eficaz) (Twomey e Seton, 1980). A dependência da refletância de nuvem no tamanho de gotícula é causada pelo fato de que a absorção pela água líquida aumenta com relação ao espalhamento com aumentos no tamanho de gotícula. Para nuvens grossas, o efeito das alterações na espessura óptica de nuvem é desprezível. Portanto, a relação entre a refletância e o raio de gotícula de nuvem providos pelo ‘diagrama de Twomey’ é uma aproximação excelente para nuvens grossas (nuvens de grande espessura óptica). Medições em outros comprimentos de onda de absorção também podem ser usadas para determinar o raio de gotícula de nuvem (eficaz), por exemplo, em torno de 3,7 μm. A determinação de tamanho de gotícula de nuvem pode ser refinada usando as medições de radiância em um comprimento de onda não absorvente como descrito aqui.

[0049] A FIG. 4B ilustra um ‘diagrama de Nakajima- King’ indicando que valores de refletância (ou valores de radiância) em bandas espectrais de absorção e não absorventes pode ser usado para determinar tamanho de gotícula de nuvem ou raio eficaz (rθ) , mesmo quando as espessuras ópticas são variáveis (Martins et al., 2007) ou pequenas tais como em leve chuvisco ou chuva. As medições em comprimentos de onda não absorventes também mitigam os efeitos de variações na iluminação tais como sombreamento. Chuva comumente ocorre quando re > 10-15 μm, mas Gotículas grandes super-resfriadas (SLD) podem ter raio de até 2,5 mm. Aeronaves certificadas para vôos em condições de congelamento podem lidar com gotículas de raio de até cerca de 25 μm. Infelizmente, gotículas tão grandes não são incomuns em nuvens convectivas.

[0050] Durante a operação, gotículas de água e partículas de gelo podem ser detectadas nas superfícies de aeronave e/ou espaço aéreo (imediatamente adjacentes a uma aeronave quando em nuvens e a frente de uma aeronave quando a aeronave está voando fora das nuvens). Para este fim, como será discutido aqui, o sistema de detecção de água super- resfriada e gelo 10 pode compreender uma câmera ou detector 14 para fazer as medições da radiância nas duas bandas espectrais mencionadas anteriormente. Em algumas concretizações, a câmera ou detector 14 pode estar olhando para frente, olhando para trás, ou direcionada para outra direção, tal como abaixo do veículo, como for desejado. Em algumas concretizações, um sensor no local para fazer as medições da temperatura externa pode ser adicionalmente usado. Algoritmos são providos para detectar gotículas líquidas super-resfriadas de água e estimar o tamanho das gotículas como descrito nas FIGS. 5, 6A e 6B.

[0051] Durante operações noturnas, tais como aplicações com base em vias aéreas, nuvens no espaço aéreo imediatamente à frente de uma aeronave podem ser iluminadas com fontes de luz contendo o espectro desejado. Em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode ser usada para iluminar o espaço aéreo em torno da aeronave enquanto a radiância pode ser medida através do detector 14. Em concretizações mais complexas, nuvens no espaço aéreo milhas à frente da aeronave podem ser iluminadas com feixes de laser contendo o espectro desejado. No entanto, tal complexidade pode não ser necessária na maioria das aplicações já que concretizações mais simples dos presentes ensinamentos podem ser usadas para detectar perigos de congelamento antes do acúmulo de gelo ocorrer e, portanto, a aeronave pode ser manobrada de maneira segura para longe das áreas de congelamento. Descrição do Sistema

[0052] Em algumas concretizações, como referenciado aqui, a fonte de luz 12 pode compreender qualquer fonte que é capaz de emitir radiação eletromagnética dentro de uma banda de espectro de luz predeterminada. Como descrito aqui, é desejado realizar a detecção em uma banda de espectro eletromagnético, ou uma combinação de bandas de espectro em torno de um ponto de cruzamento. Em particular, em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode emitir luz em uma única banda espectral que cobre a faixa de interesse tal como a banda ideal que varia a partir de cerca de 2,05 μm até cerca de 2,30 μm. No entanto, em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode emitir luz que cobre duas ou mais bandas espectrais, tais como cerca de 2,05 μm até cerca de 2,15 μm e uma segunda banda espectral a partir de cerca de 2,15 μm até cerca de 2,30 μm (ou cerca de 2,20 μm até cerca de 2,30 μm).

[0053] Ainda adicionalmente, em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode compreender qualquer fonte de luz capaz de emitir luz nas bandas espectrais em torno de pontos de cruzamento tais como, por exemplo, em SWIR ou na porção visível do espectro, incluindo lasers, luzes halógenas, luzes de infravermelho, diodos de emissão de luz, e semelhantes. Também deve ser entendido que fontes de luz alternativas podem ser usadas, tais como fontes de luz que ocorrem naturalmente (por exemplo, luz do sol, etc.). Portanto, deve ser reconhecido que em algumas concretizações os presentes ensinamentos não necessitam de fonte de luz fornecida ou de outra forma energizada, mas pode confiar em luz do sol ou outras fontes de luz que ocorrem naturalmente ou providas de maneira separada.

[0054] Em algumas concretizações, detector 14 pode compreender qualquer detector ou sistema de câmera/formação de imagem adequado capaz de detectar e/ou monitorar radiância e/ou refletância em bandas espectrais em torno dos pontos de cruzamento. Deve ser entendido que em algumas concretizações, o detector 14 pode ser com base em tecnologia de Índio Gálio Arsênio (InGaAs), ou pode incluir ou empregar fotodetectores, fotodiodos, detectores piroelétricos, detectores de termopilha, fotocondutores, e outros sensores, detectores, ou câmera, incluindo câmeras de RGB. Em algumas concretizações, detector 14 pode compreender um único detector, câmera, ou outro dispositivo para medir a radiância e/ou a refletância. No entanto, em algumas concretizações, o detector 14 pode compreender dois ou mais detectores, câmeras, ou outros dispositivos que são cada um adequado para medir a radiância e/ou a refletância para uma faixa espectral específica que é mais estreita do que a faixa espectral de interesse total. Em outras palavras, um primeiro detector pode ser usado para detectar radiância e/ou refletância em conjunto com espectro na esquerda de um ponto de cruzamento enquanto um segundo detector pode ser usado para detectar a radiância e/ou a refletância em conjunto com espectro na direita de um ponto de cruzamento. Este arranjo pode permitir que o monitoramento e/ou a detecção ocorra simultaneamente quando usado com uma fonte de luz 12 que emite a faixa espectral de interesse. Em algumas concretizações, o detector 14 pode compreender uma ou mais câmeras ou detectores tendo um sistema de filtro 20 que emprega uma pluralidade de filtros para limitar a detecção de comprimentos de onda recebidos para uma banda espectral predeterminada. Em outras concretizações os detectores sensíveis para as bandas espectrais de interesse podem ser usados eliminando a necessidade para filtros (por exemplo, os detectores de azul e de vermelho de uma câmera de RGB pode ser usada para fazer medições nas bandas espectrais na esquerda e na direita do ponto de cruzamento em torno de 0,6 μm). Por exemplo, um filtro pode ser usado para permitir que luz em uma banda espectral a partir de cerca de 2,05 μm até cerca de 2,15 μm a ser detectada enquanto um segundo filtro pode ser usado para permitir que a luz em uma banda espectral a partir da faixa de cerca de 2,20 μm até cerca de 2,30 μm seja detectada. Independentemente do método de medição e/ou de monitoramento da luz refletida/recebida, o detector 14 emite um sinal de detector representativo da radiância/refletância medida.

[0055] Em algumas concretizações, a unidade de processamento de dados 16 pode compreender qualquer unidade de processamento adequada capaz de determinando uma razão de radiância medida na primeira banda espectral e na segunda banda espectral em resposta ao sinal de detector. A unidade de processamento de dados 16 pode compreender uma unidade de processamento central (CPU), em algumas concretizações, ou pode simplificar e ser adicionalmente implementado através do projeto de hardware. A unidade de processamento de dados 16 pode implementar adicionalmente os algoritmos descritos aqui e emitir um sinal de saída.

[0056] Finalmente, o sinal de saída pode ser recebido pelo dispositivo de saída 19 e, em algumas concretizações, adicionalmente processado em conjunto com outros sistemas de veículo, tais como exibidores de alerta, controle de tração, ABS, equipamento descongelante ou anticongelante, ou outros sistemas ou avisos.

[0057] Com referência particular às FIGS. 13A, 13B, o sistema de detecção de água super-resfriada e gelo 10 é ilustrado de acordo com algumas concretizações dos presentes ensinamentos. O sistema de detecção de água super-resfriada e gelo 10 é ilustrado para o uso particular em conjunto com a detecção de água líquida super-resfriada e SLD pelas aeronaves, helicópteros e UAVs. O sistema de detecção de água super-resfriada e gelo 10 pode ser implementado facilmente nos sistemas de vôo tais como EVS contendo uma câmera que cobre a banda espectral de cerca de 2,05 a 2,30 μm ou qualquer outra banda de interesse. Em algumas destas concretizações, apenas filtros nas bandas espectrais de 2,10 μm e 2,25 μm e software de processamento de imagem são necessários para a implementação do sistema. Estes dois filtros podem ser implementados em uma grade semelhantes a jogo de xadrez ou nas tiras. Isto permite que a refletância nas duas bandas espectrais de interesse seja medida em pixels próximos, evitando a necessidade por partes móveis ou múltiplas câmeras. De fato, permite a implementação do algoritmo de detecção de gelo/água enquanto mantém as funções de EVS correntes com apenas menor degradação na resolução de imagem. Em algumas concretizações, tiras de filtro vertical podem ser usadas para alcançar as medições multi-espectrais necessárias ao longo do caminho de vôo sem afetar o resto da imagem. Portanto, água líquida super-resfriada e SLDs podem ser detectados facilmente implementando os algoritmos descritos nas FIGS. 11, 12A e/ou 12B para alguns sistemas de EVS existentes.

[0058] Deve ser entendido que o detector 14 pode ser montado em qualquer local no veículo, incluindo o cone de nariz de uma aeronave. Detector 14 pode ser montado externo ou interno ao veículo. No entanto, deve ser reconhecido que qualquer janela ou cobertura protetora 30 posicionada na frente do detector 14 deve permitir a transmissão do espectro de radiância de interesse (por exemplo, deve ser transparente para infravermelho de onda curta). Sensores de temperatura, termostatos, e/ou aquecedores podem ser usados com as coberturas ou janelas para garantir a transmissão apropriada.

[0059] Com particular referência à FIG. 13B, o sistema de detecção de gelo e água 10 é ilustrado para o uso particular em conjunto com veículos terrestres. Em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode ser montada sob uma extremidade frontal do veículo e o correspondente detector 14 pode ser montado em uma posição complementar para detectar a radiância/refletância da fonte de luz da superfície de interesse. Deste modo, a frente do veículo pode ser usada para maximizar o ângulo (medido a partir do zênite) de incidência (e reflexão) na superfície. Isto é feito para maximizar a refletância já que aumenta com o ângulo de incidência.

[0060] Em algumas concretizações, a fonte de luz 12 pode ser montada ao longo de uma borda de poço de roda ou outro painel lateral e detector 14 pode ser montado em um painel lateral ou espelho de vista lateral, enquanto maximiza a refletância. Ainda adicionalmente, em algumas concretizações, o sistema de detecção de gelo e água 10 pode ser usado para detectar gelo à frente do veículo (em vez de abaixo ou ao lado do veículo). Deste modo, a fonte de luz e detector 14 ou a câmera multiespectral (por exemplo, usando as porções de azul/verde e de vermelho do espectro) podem ser montadas em uma posição elevada e projetada para frente do veículo. No entanto, como indicado aqui, a fonte de luz e/ou o detector 14 podem ser direcionados em qualquer orientação que é condutora para a operação, tal como para frente, para trás, para o lado, abaixo, acima, ou uma combinação dos mesmos.

[0061] Reflexão especular pode ser determinada formando a imagem da área de interesse à frente do veículo com uma câmera auxiliar. Se a radiância de uma área da imagem é significativamente maior (por exemplo, uns poucos desvios padrão acima) do que o valor médio, estes pixels de imagem “brilhantes” são marcados como contendo a reflexão especular, uma indicação de gelo escorregadio. Outros critérios estatísticos também podem ser usados para determinar reflexão especular. Se os critérios para a reflexão especular são satisfeitos e gelo é detectado em qualquer local em torno do veículo (Y > Ycrit) os pixels de imagem contendo reflexão especular são marcados como contendo gelo escorregadio. Isto permite que as áreas à frente do veículo provavelmente contendo gelo escorregadio a ser mapeado, exibido, e esta informação a ser usada pelos sistemas de segurança e/ou o motorista.

[0062] Com referência particular à FIG. 13C, sistema de detecção de gelo e água 10 pode compreender tanto a fonte de luz 12 quanto o detector 14 sendo montado no espelho lateral de um veículo. O sistema assim é otimizado para a simplicidade na detecção tanto da reflexão especular quanto da refletância. Como descrito aqui, medições de temperatura de ar ou da terra podem ser usadas para mitigar adicionalmente alarmes falsos. Métodos de Aplicações com base em vias terrestres

[0063] Em algumas concretizações, um método e/ou algoritmo é provido para detectar gelo escorregadio em conjunto com aplicações com base em vias terrestres. Como ilustrado na Fig. 11, o método pode compreender as etapas de:

[0064] 1. A câmera multiespectral ou detectores 14 são usados para medir a radiância da área de interesse em uma banda espectral para a esquerda de um ponto de cruzamento (RXI).

[0065] 2. Uma câmera de SWIR ou detectores 14 são usados para medir a radiância da área de interesse em uma banda espectral para a direita do mesmo ponto de cruzamento (RÀ2).

[0066] 3. Se for desejável, a área de interesse à frente de um veículo ou uma infraestrutura tem a imagem formada em uma banda espectral visível ou outra.

[0067] 4. As medições na esquerda (RXI) e na direita do ponto de cruzamento (RX2) então são usadas para produzir valores únicos ou uma imagem da razão de radiância Y = RXI/RX2 (em pixels maiores do que as imagens originais se filtros gradeados são usados). As áreas em que a razão de radiância Y é menor do que um valor crítico pré-estabelecido Ycrit são marcados como contendo gelo. Já que estes valores podem ser usados para determinar que o gelo provavelmente está presente (movendo desta forma para as próximas etapas abaixo), ausência de detecção de gelo ou onde a razão de radiância Y é maior do que o valor crítico pré-estabelecido Ycrit sugere que nenhum aviso deve ser dado.

[0068] 5. Em algumas concretizações, medições de refletância podem ser usadas para determinar a ocorrência de reflexão especular. Por exemplo, isto pode ser alcançado determinando se a refletância de uma única área no campo de visão de um detector ou de únicos pixels de imagem é grande o suficiente (R > Rcrit) a ser indicativo de reflexão especular.

[0069] 6. Em algumas concretizações, a temperatura do solo (Tg) pode ser medida por um sensor de infravermelho ou estimado com base em medições de temperatura por um sensor exposto ao fluxo de ar. Se gelo e reflexão especular são detectados, e Tg < Tcrit ~ 0 °C, um aviso visual e/ou audível indicando a presença de condições de gelo pode ser produzido. Métodos de Aplicações com base em vias aéreas

[0070] De acordo com algumas concretizações, como ilustrado nas FIGS. 5, 12A, e 13A, os presentes ensinamentos proveem um sistema e método para detectar gotículas super- resfriadas de água que congelam quando impactam as superfícies de aeronaves (por exemplo, aviões, helicópteros, dirigíveis, UAVs) e outros objetos de interesse. Os presentes ensinamentos proveem um sistema para detectar perigos de congelamento no espaço aéreo à frente de aeronaves detectando a presença de gotículas líquidas super-resfriadas de água neste espaço aéreo, e estimando o tamanho destas gotículas. Como discutido aqui, os presentes ensinamentos usam medições de radiância nas duas bandas espectrais indicadas nas FIGS. 1, 2, 3A, 3B, 4A e 4B para estimar a presença de gotículas líquidas super-resfriadas de água no espaço aéreo à frente da aeronave. Os presentes ensinamentos proveem um sistema que alerta um piloto humano ou um piloto automático para perigos de congelamento quando gotículas líquidas de água são detectadas no espaço aéreo imediatamente à frente da aeronave e a temperatura está abaixo do valor de congelamento.

[0071] Deve ser entendido que os métodos destacados aqui não estão limitados à ordem exata em que eles são descritos já que, em muitos casos, a ordem específica de operação pode ser flexível.

[0072] Em algumas concretizações, o presente sistema pode quantificar o nível de perigos estimando o tamanho das gotículas líquidas super-resfriadas de água. O tamanho de gotícula é estimado com base em a radiância em uma banda espectral em torno de 2,2 μm (ou outra banda espectral de absorção tal como em torno de 3,7 μm) e relações analíticas ou tabelas de observação tais como aquelas construídas com base nas relações representadas nas FIGS 4A e 4B. Medições da radiância em uma banda não espectral de absorção, por exemplo, em torno de 0, 67 μm, pode prover uma estimativa mais precisa do tamanho de gotícula de nuvem.

[0073] Um algoritmo para detectar água líquida super-resfriada é descrito na FIG 5. Compreende as seguintes etapas:

[0074] 1. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na esquerda de um ponto de cruzamento (RÀI).

[0075] 2. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na direita do mesmo ponto de cruzamento (RÀ2).

[0076] 3. Estas duas medições então são usadas para produzir únicos valores ou uma imagem da razão de radiância Y = RÀI/RÀ2 (em pixels maiores do que as imagens originais se filtros gradeados são usados). As áreas em que a razão de radiância Y é maior ou igual do que um valor crítico pré- estabelecido Ycrit são marcados como contendo gotículas líquidas de água.

[0077] 4. A temperatura do ar (T) no nível de vôo é medido por um sensor tal como um termopar exposto ao fluxo de ar ou qualquer outro método adequado. Se a temperatura é menor ou igual a um valor crítico pré-estabelecido Tcrit ~ 0 °C as áreas marcadas como contendo gotículas líquidas de água são identificadas como contendo gotículas líquidas super-resfriadas de água. Imagens destas áreas podem ser coloridas como for desejado quando exibidas (por exemplo, em MFD).

[0078] 5. Quando a aeronave se aproxima de áreas marcadas como contendo gotículas líquidas super-resfriadas, o sistema fornece um aviso e ativa sistemas de segurança se for desejável.

[0079] Os presentes ensinamentos também proveem um sistema para estimar o tamanho de gotículas de água. A estimativa de tamanho de gotícula é com base em medições de radiância e tabelas de observação ou relações analíticas construídas com base nas relações representadas nas FIGS 4A e 4B. Algoritmos para estimar o tamanho de gotícula de nuvem (raio eficaz) são descritos nas FIGS 6A e 6B. No entanto, deve ser notado que o algoritmo da FIG. 6A pode ser aprimorado incluindo medições de radiância em comprimentos de onda não absorventes (por exemplo, visível), em que esta medição então pode ser usada como a referência para corrigir os valores de radiância usados no cálculo do raio eficaz das gotículas como definido na Fig. 6B. O algoritmo da FIG. 6A compreende as etapas de:

[0080] 1. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na esquerda de um ponto de cruzamento (RXI).

[0081] 2. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na direita do mesmo ponto de cruzamento (RÀ2).

[0082] 3. Estas duas medições são usadas para produzir únicos valores ou uma imagem da razão de radiância Y = RÀI/RÀ2 (em pixels maiores do que as imagens originais se filtros gradeados são usados). As áreas em que a razão de radiância Y é maior ou igual do que um valor crítico pré- estabelecido Ycrit são marcados como contendo gotículas líquidas de água.

[0083] 4. O raio eficaz das gotículas (rθ) então é calculado com base nas medições de radiância em 2,25 μm (R2.25μm) e relação de Twomey’s apresentada na FIG. 4A.

[0084] 5. A temperatura do ar (T) no nível de vôo é medido por um termopar exposto ao fluxo de ar ou qualquer outro método adequado. As áreas em que Ta < Tcrit ~ 0 °C e re > rcrit ~ 25 μm (ou um valor de re mais preciso determinado após a calibração do sistema) são marcados como provavelmente contendo SLD e colorido como for desejado quando exibido (por exemplo, em um Exibidor de Múltiplas Funções, MFD). As áreas com valores de Ta ^ Tcrit ~ 0 °C e re >> rcrit ~ 25 μm indica condições extremamente perigosas e podem ser marcadas desta forma.

[0085] Um algoritmo mais sofisticado para detectar Gotículas de água grandes super-resfriadas (SLD) é detectado na FIG 6B. O algoritmo compreende as etapas de:

[0086] 1. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na esquerda de um ponto de cruzamento (RXI).

[0087] 2. A câmera multiespectral ou detectores são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em uma banda espectral na direita do mesmo ponto de cruzamento (RÀ2).

[0088] 3. Uma câmera ou detectores visíveis (ou cobrindo outra banda espectral “não absorvente”) com filtros espectrais em torno de 0,67 μm (ou outra banda não absorvente) são usados para medir a radiância da área à frente da aeronave em cerca de 0,67 μm (Ro.67μm).

[0089] 4. As medições nas bandas espectrais na esquerda (RXI) e na direita do ponto de cruzamento (RÀ2) são usados para produzir únicos valores ou uma imagem da razão de radiância y = RÀI/RÀ2 (em maiores pixels do que as imagens originais se filtros gradeados são usados). As áreas em que a razão de radiância y é maior ou igual do que um valor crítico pré-estabelecido Ycrit são marcados como contendo gotículas líquidas de água.

[0090] 5. O raio eficaz das gotículas (rθ) então é calculado com base nas medições de radiância em 0, 67 μm (Ro.67μm) e 2,25 μm (R2.25μm), e relação de Nakajima-King apresentada na FIG. 4B. Outras relações e medições em outras bandas espectrais também podem ser usadas.

[0091] 6. A temperatura do ar (T) no nível de vôo é medido por um termopar exposto ao fluxo de ar ou qualquer outro método adequado. As áreas em que Ta < Tcrit ~ 0 °C e re > rcrit ~ 25 μm (ou um valor de re mais preciso determinado após a calibração do sistema) são marcados como provavelmente contendo SLD e colorido como for desejado quando exibido (por exemplo, em um MFD). As áreas com valores de Ta ^ Tcrit « 0 °C e re >> rcrit ~ 25 μm indicam condições extremamente perigosas e podem ser marcadas desta forma. Um AVISO visual e/ou audível é produzido.

[0092] Em algumas concretizações, um AVISO pode ser produzido quando gotículas líquidas super-resfriadas de água ou misturas de gotículas de água e partículas de gelo são detectadas, enquanto um ALERTA pode ser produzido quando SLD são detectados.

[0093] Deve ser entendido que apesar de certas funcionalidades serem descritas em conjunto com uma aplicação particular (por exemplo, aplicações com base em vias aéreas), isto não deve ser considerado como limitante de tais certas funcionalidades apenas para a aplicação particular, assim certas funcionalidades podem ser igualmente aplicáveis às aplicações alternativas (por exemplo, aplicações com base em vias terrestres nos veículos ou infraestrutura).

[0094] A seguinte descrição das concretizações foi provida para os propósitos de ilustração e descrição. Não está intencionada a ser exaustiva ou a limitar a descrição. Elementos ou funcionalidades individuais de uma concretização particular em geral não estão limitadas a aquela concretização particular, mas, onde for aplicável, são intercambiáveis e podem ser usadas em uma concretização selecionada, mesmo se não forma mostrado ou descrito de maneira específica. A mesma também pode ser variada de outros modos. Tais variações não devem ser consideradas como uma fuga da descrição, e todas tais modificações estão intencionadas a ser incluídas dentro do escopo da descrição.

Claims (21)

1. Sistema para a detecção de gelo e/ou água no interior de uma área de interesse caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de detecção de medição de radiância da área de interesse, quando exposta à radiação eletromagnética com comprimentos de onda um uma banda espectral contendo um ponto de cruzamento nas curvas descrevendo a absorção de radiação eletromagnética por gelo e água, o dito sistema de detecção medindo a dita radiância em uma primeira banda tendo comprimentos de onda em uma banda espectral em um primeiro lado do referido ponto de cruzamento (banda À1) e a emissão de um primeiro sinal de banda (RÀ1) , o dito sistema de detecção medindo a dita radiância em uma segunda banda tendo comprimentos de onda em uma banda espectral em um segundo lado oposto do referido ponto de cruzamento (banda À2) e emitindo um segundo sinal de banda (RÀ2); e uma unidade de processamento determinando uma taxa do referido primeiro sinal de banda e do referido segundo sinal de banda (y = Rx1/Rx2), a referida unidade de processamento comparando a referida taxa para predeterminar faixas de taxas críticas predeterminadas para emitir um sinal de determinação indicando pelo menos uma dentre a presença de gelo quando a referida taxa estiver dentro de uma primeira faixa das referidas faixas de taxa crítica predeterminadas e a presença de água quando a referida faixa estiver dentro de uma segunda faixa das referidas faixas de taxa crítica predeterminadas.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sensor de temperatura que determina a temperatura da área de interesse e emite um sinal de temperatura, em que a referida unidade de processamento compara o referido sinal da temperatura com uma faixa de temperatura crítica predeterminada e emite o referido sinal de determinação em resposta aos mesmos.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida unidade de processamento determina a existência de reflexão especular na área de interesse, a referida unidade de processamento emitindo o referido sinal de determinação em resposta à referida reflexão especular.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma câmera auxiliar formando imagem da área de interesse e emitindo uma saída da câmera auxiliar, em que a referida unidade de processamento determina a existência de reflexão especular na área de interesse, com base na referida saída da câmera auxiliar, a referida unidade de processamento emitindo o referido sinal de determinação em resposta à referida reflexão especular.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida unidade de processamento calcula um raio efetivo de gotículas de água detectados dentro da área de interesse e emite o referido sinal de determinação em resposta ao mesmo.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um segundo sistema de detecção medindo a radiância em uma banda espectral não absorvente, por exemplo, na faixa de cerca de 0,5 μm a cerca de 0,7 μm, e emite um segundo sinal do sistema de detecção, em que a referida unidade de processamento usa o dito segundo sinal do sistema de detecção, o dito primeiro sinal de banda, e o dito segundo sinal de banda para verificar a detecção e para calcular um raio efetivo de gotículas de água detectados dentro da área de interesse e emite o referido sinal de determinação em resposta ao mesmo.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um segundo sistema de detecção de radiação medindo radiância em uma banda espectral absorvente, por exemplo, na faixa de cerca de 3,0 μm a cerca de 5,0 μm, e emite um segundo sinal do sistema de detecção, em que a referida unidade de processamento usa o dito segundo sinal do sistema de detecção, o dito primeiro sinal de banda, e o dito segundo sinal de banda para verificar a detecção e para calcular um raio efetivo de gotículas de água detectadas dentro da área de interesse e emite o referido sinal de determinação em resposta ao mesmo.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de detecção compreende um ou mais detectores, cada um dos ditos um ou mais detectores sendo sensíveis à referida radiação eletromagnética tendo o referido comprimento de onda em uma banda espectral cobrindo o referido ponto de cruzamento.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito um ou mais detectores compreende pelo menos dois detectores, um primeiro dos referidos pelo menos dois detectores sendo sensíveis a uma primeira faixa de espectro no referido primeiro lado do referido ponto de cruzamento, e um segundo dos referidos pelo menos dois detectores sendo sensíveis a uma segunda faixa do espectro no referido segundo lado oposto do referido ponto de cruzamento, a referida primeira faixa de espectro e a referida segunda faixa do espectro sendo pelo menos parcialmente diferentes.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de detecção compreende pelo menos uma câmera, a referida pelo menos uma câmera sendo sensível à referida radiação eletromagnética tendo o dito comprimento de onda em uma banda espectral que contém o referido ponto de cruzamento.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de detecção compreende ainda dois ou mais filtros espectrais operativamente acoplados à dita pelo menos uma câmera, um primeiro dos referidos dois ou mais filtros espectrais sendo sensível a uma banda espectral no referido primeiro lado do referido ponto de cruzamento (banda À1) e um segundo dos referidos dois ou mais filtros espectrais sendo sensível a uma banda espectral no referido segundo lado oposto ao referido ponto de cruzamento (banda À2), a referida primeira faixa do espectro e a referida segunda faixa do espectro sendo pelo menos parcialmente diferentes.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema de exibição de dados que exibe um indício em resposta ao referido sinal de determinação.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema de descongelamento ou anti-gelo de um veículo aerotransportado sendo responsivo ao referido sinal de determinação.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema controle de voo de um veículo aerotransportado sendo responsivo ao referido sinal de determinação.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema de controle de freio de um veículo terrestre sendo responsivo ao referido sinal de determinação.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma fonte de luz emitindo energia de luz em bandas espectrais de interesse, por exemplo, de cerca de 2,05 μm a cerca de 2,30 μm, a referida fonte de luz iluminando a área de interesse.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a referida fonte de luz é selecionada a partir do grupo que consiste em um laser, luz de halogênio, luz de infravermelho, e diodo emissor de luz.

18. Método para detectar gelo dentro de uma área de interesse caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma primeira radiância da área de interesse em uma primeira banda espectral em uma banda espectral em um primeiro lado de um ponto de cruzamento (RÀ1); medir uma segunda radiância da área de interesse em uma segunda banda espectral em um segundo lado oposto do referido ponto de cruzamento (RÀ2); calcular uma taxa de radiância da dita primeira radiância e da dita segunda radiância (Y= RÀI/RÀ2); emitir um aviso de presença de gelo em resposta à referida taxa de radiância estando dentro de uma faixa de taxa de radiância crítica predeterminada (Ycrit1<Y<Ycrit2); e emitir um aviso de presença de reflexão especular em resposta à dita primeira radiância sendo maior do que uma radiância crítica predeterminada.

19. Método para detectar gotículas de água líquidas super-resfriadas dentro de uma área de interesse caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma primeira radiância da área de interesse em uma primeira banda espectral em uma banda espectral em um primeiro lado de um ponto de cruzamento (RÀ1); medir uma segunda radiância da área de interesse em uma segunda banda espectral em um segundo lado oposto do referido ponto de cruzamento (RÀ2); calcular uma taxa de radiância da dita primeira radiância e dita segunda radiância (Y= Rx1/Rx2); e determinar se a referida taxa de radiância está dentro de uma faixa de taxa de radiância crítica predeterminada (Ycrit1<Y<Ycrit2), medir uma temperatura da área de interesse; e emitir um aviso da presença de gotículas de água líquida super-resfriada em resposta à dita taxa de radiância estando dentro da dita faixa da taxa de radiância crítica predeterminada e a referida temperatura estando dentro de uma faixa de temperatura crítica predeterminada.

20. Método para detectar gotículas grandes super- resfriadas (SLD) dentro de uma área de interesse caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma primeira radiância da área de interesse em uma primeira banda espectral em um primeiro lado de um ponto de cruzamento (RÀ1); medir uma segunda radiância da área de interesse em uma segunda banda espectral em um segundo lado oposto do referido ponto de cruzamento (RÀ2); calcular uma taxa de radiância da dita primeira radiância e da dita segunda radiância (Y= Rx1/Rx2); determinar se a referida taxa de radiância é maior do que uma faixa de taxa de radiância crítica predeterminada (Ycrit1<Y<Ycrit2); calcular um raio efetivo da gota; e emitir um aviso da presença de gotículas grandes super- resfriadas em resposta à referida taxa de radiância estando dentro da referida faixa da taxa de radiância crítica predeterminada e o referido raio efetivo sendo maior do que um raio de gota crítico predeterminado.

21. Método para a detecção de substância de água dentro de uma área de interesse caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma primeira radiância da área de interesse em uma primeira banda espectral (banda Y1) em uma banda não absorvente (RÀ1); medir uma segunda radiância da área de interesse em uma segunda banda espectral (banda Y2) em uma banda absorvente (RÀ2 ); calcular uma taxa de radiância da referida primeira radiância e da referida segunda radiância (Y= Rx1/Rx2); e emitir um sinal indicando a presença de gelo, água líquida ou neve em resposta à referida taxa de radiância estando dentro de uma faixa de taxa de radiância crítica predeterminada (Ycrit1<Y<Ycrit2) de gelo, água líquida ou neve.

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