CN103454220A - 飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置 - Google Patents

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于之靖
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Abstract

一种飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置。其包括大视场角视觉定位传感器、固定支架、三自由度旋转平台、红外多光谱残冰检测装置和主控装置；固定支架安装在三自由度旋转平台上端，两端分别与大视场角视觉定位传感器和红外多光谱残冰检测装置相接；主控装置与大视场角视觉定位传感器、红外多光谱残冰检测装置和三自由度旋转平台相连。本发明基于被检测飞机固有几何特征，采用大视场角视觉定位传感器与红外多光谱残冰检测装置相结合方法，通过装置相对于飞机机体的姿态估计算法、坐标变换方法确定出扫描区域和残冰位置在飞机机体坐标系下的坐标，可实现扫描区域和残冰位置自动定位，扫描过程自动控制，具有测量速度快、效率高，定位精度高等特点。

Description

飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置
技术领域
本发明属于自动检测装置技术领域，特别涉及一种飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置。
背景技术
一旦飞机表面受到冰、雪、霜等污染物的污染，将会直接影响飞机的空气动力学特性和飞行安全。比如机翼表面厚度的增加将会直接影响边界层的气流，进而改变局部机翼的空气动力学特性。研究表明在3m弦长机翼上每增加0.3mm霜层厚度，机翼的最大升力将明显减小。同样机翼前缘呈梯度分布的结冰在侧风起飞大迎角的情况下，细小的冰雪霜污染物将有可能造成飞机失速等灾难性的后果，据不完全统计从1969年到2005年，世界上由于结冰引起的飞行事故已经造成500多人死亡，并且造成财产的重大损失。由于飞机表面受冰、雪、霜等污染物的影响时将对飞机飞行安全造成极大的危害，因此各民航组织针对飞机除冰液残留问题均建立了严格的规范，比如FAR121.629要求，在冬天结冰条件下，飞机起飞前的检查必须确保没有冰、雪或霜附着在飞机关键部位表面，关键部位表面检测必须在飞机除冰液使用后立即执行，同时飞机起飞前必须进行包含冰、雪、霜在内的残冰检测。
目前通常采用的残冰检测方法是靠除冰检测人员的视觉和触觉来完成的。在大多数情况下，机翼表面所存在的残冰是可以目视发现的，但在一些特殊情况下，残冰的目视检测很困难，尤其是对特别光滑、清洁的残冰。因此，作为目视检测的替代或辅助方法，采用触觉检测可以获得更为可靠的结果。然而由于触觉检测受到可触及范围的限制，其主要用于机翼前缘及机翼上表面区域，并且检测速度缓慢，因此在一定程度上阻碍了除冰活动的进行。另外，上述检测方法还会出现因眩光影响而引起目视疲劳，并且寒冷作业条件下的触觉灵敏度下降等因素也很容易造成残冰的漏检，进而可能造成飞行灾难或飞行事故。
针对上述人工检测的不足和缺陷，采用红外多光谱对残冰进行检测的方式得到研究，该方法利用由红外多光谱像机、红外光源等构成的系统进行检测。对于不同的污染表面及污染厚度，其不同波长下的反射、散射和吸收特性不同，利用比色式（多光谱检测比较）检测方法可以通过伪彩色图像的形式显示残冰大小和厚度。然而，该方法由于检测区域大小的限制，不能一次完成飞机机体表面的残冰检测，因此需要人工控制来完成多扫描区域的切换，结果导致扫描效率低下，并且容易造成漏检。同时该方法只能确定残冰在成像区域中的相对位置，不能确定残冰在飞机坐标系下的确切位置，从而给进一步的残冰除冰作业带来困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实现对飞机残冰扫描区域以及残冰进行精确定位，提高扫描效率，一定程度上避免漏检，提高除冰作业可靠性的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置。
为了达到上述目的，本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置包括大视场角视觉定位传感器、固定支架、三自由度旋转平台、红外多光谱残冰检测装置和主控装置；其中：
三自由度旋转平台的下端固定在机场移动作业平台上，在保证大视场角视觉定位传感器和红外多光谱残冰检测装置相对位姿关系的基础上，实现三维空间的全方位扫描；
固定支架安装在三自由度旋转平台的上端，一端与大视场角视觉定位传感器相连，另一端与红外多光谱残冰检测装置相接，用于保证大视场角视觉定位传感器和红外多光谱残冰检测装置两者之间的相对固定位姿关系，并通过固定位姿关系的预校准确定出红外多光谱残冰检测装置相对于飞机机体坐标系的位姿；
大视场角视觉定位传感器用于对飞机轮廓以及飞机上的特定结构特征点进行成像特征提取，以确定出其相对于飞机机体坐标系的位姿，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
红外多光谱残冰检测装置用于实现扫描区域内的飞机残冰检测，得到飞机残冰在扫描区域中的具体位置，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
主控装置同时与大视场角视觉定位传感器、红外多光谱残冰检测装置和三自由度旋转平台通过导线相连，用于将大视场角视觉定位传感器和红外多光谱残冰检测装置传送的图像信息经过计算和处理，并实时进行显示，同时控制三自由度旋转平台自由转动。
所述的主控装置为计算机。
所述的大视场角视觉定位传感器为IMPERX的IGV-B2020；红外多光谱残冰检测装置上红外多光谱像机为XENICS XEVA2858。
本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置是基于被检测飞机固有的几何特征，采用非接触的大视场角视觉定位传感器与红外多光谱残冰检测装置相结合的方法，通过装置相对于飞机机体的姿态估计算法、坐标变换方法确定出扫描区域和残冰位置在飞机机体坐标系下的坐标。本装置可以实现扫描区域和残冰位置的自动定位，扫描过程的自动控制，具有测量速度快、效率高，定位精度高等特点。
附图说明
图1为本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置俯视图。
图2为本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置包括大视场角视觉定位传感器1、固定支架2、三自由度旋转平台3、红外多光谱残冰检测装置4和主控装置；其中：
三自由度旋转平台3的下端固定在机场移动作业平台上，在保证大视场角视觉定位传感器1和红外多光谱残冰检测装置4相对位姿关系的基础上，实现三维空间的全方位扫描；
固定支架2安装在三自由度旋转平台3的上端，一端与大视场角视觉定位传感器1相连，另一端与红外多光谱残冰检测装置4相接，用于保证大视场角视觉定位传感器1和红外多光谱残冰检测装置4两者之间的相对固定位姿关系，并通过固定位姿关系的预校准确定出红外多光谱残冰检测装置4相对于飞机机体坐标系的位姿；
大视场角视觉定位传感器1用于对飞机轮廓以及飞机上的特定结构特征点进行成像特征提取，以确定出其相对于飞机机体坐标系的位姿，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
红外多光谱残冰检测装置4用于实现扫描区域内的飞机残冰检测，得到飞机残冰在扫描区域中的具体位置，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
主控装置同时与大视场角视觉定位传感器1、红外多光谱残冰检测装置4和三自由度旋转平台3通过导线相连，用于将大视场角视觉定位传感器1和红外多光谱残冰检测装置4传送的图像信息经过计算和处理，并实时进行显示，同时控制三自由度旋转平台3自由转动。
所述的主控装置为计算机。
所述的大视场角视觉定位传感器1为IMPERX的IGV-B2020；红外多光谱残冰检测装置4上红外多光谱像机为XENICS XEVA2858。
现将本发明提供的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置工作原理阐述如下：首先利用机场移动作业平台将本装置运至待检测的飞机5侧面，并使大视场角视觉定位传感器1上的定位视觉像机镜头和红外多光谱残冰检测装置4上的红外多光谱像机镜头对准飞机5，然后开启本装置进行检测。在飞机残冰检测过程中，大视场角视觉定位传感器1将利用其上的定位视觉像机对飞机5上的特定结构特征点（比如翼尖/舷窗/导流柱等边角点、空速管等特定构件）进行成像特征提取，并将图像传送给主控装置；同时红外多光谱残冰检测装置4利用其上的红外多光谱像机对飞机5上的某一区域进行检测，并获得残冰在图像中的位置，然后将图像传送给主控装置；主控装置根据大视场角视觉定位传感器1传送的图像中的特定结构特征点在特定机型中的固定坐标位置和相互之间的坐标关系，确定出大视场角视觉定位传感器1相对于飞机机体坐标系的位姿；由于定位视觉像机和红外多光谱像机之间的相对固定位姿关系已预先校准，因此根据定位视觉像机与飞机机体的相对位姿关系可以确定出红外多光谱像机相对于飞机机体的位姿关系，并进而确定出在飞机5上的具体检测区域。一旦检测到该区域内存在残冰，则可以通过坐标变换的方法将在红外多光谱像机坐标系下检测到的残冰坐标位置转换到飞机机体坐标系下，从而实现残冰的快速、准确定位。当检测完某一区域后，可利用主控装置控制三自由度旋转平台3转动，以将红外多光谱像机的视场调整到下一设定的检测区域，然后按照上述方法继续进行检测。

Claims (3)

1.一种飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置，其特征在于：其包括大视场角视觉定位传感器（1）、固定支架（2）、三自由度旋转平台（3）、红外多光谱残冰检测装置（4）和主控装置；其中：
三自由度旋转平台（3）的下端固定在机场移动作业平台上，在保证大视场角视觉定位传感器（1）和红外多光谱残冰检测装置（4）相对位姿关系的基础上，实现三维空间的全方位扫描；
固定支架（2）安装在三自由度旋转平台（3）的上端，一端与大视场角视觉定位传感器（1）相连，另一端与红外多光谱残冰检测装置（4）相接，用于保证大视场角视觉定位传感器（1）和红外多光谱残冰检测装置（4）两者之间的相对固定位姿关系，并通过固定位姿关系的预校准确定出红外多光谱残冰检测装置（4）相对于飞机机体坐标系的位姿；
大视场角视觉定位传感器（1）用于对飞机轮廓以及飞机上的特定结构特征点进行成像特征提取，以确定出其相对于飞机机体坐标系的位姿，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
红外多光谱残冰检测装置（4）用于实现扫描区域内的飞机残冰检测，得到飞机残冰在扫描区域中的具体位置，然后将采集的图像信息传送给主控装置；
主控装置同时与大视场角视觉定位传感器（1）、红外多光谱残冰检测装置（4）和三自由度旋转平台（3）通过导线相连，用于将大视场角视觉定位传感器（1）和红外多光谱残冰检测装置（4）传送的图像信息经过计算和处理，并实时进行显示，同时控制三自由度旋转平台（3）自由转动。
2.根据权利要求1所述的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置，其特征在于：所述的主控装置为计算机。
3.根据权利要求1所述的飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置，其特征在于：所述的大视场角视觉定位传感器（1）为IMPERX的IGV-B2020；红外多光谱残冰检测装置（4）上红外多光谱像机为XENICS XEVA2858。
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