CN106872392B - 一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 - Google Patents
一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106872392B CN106872392B CN201710160931.1A CN201710160931A CN106872392B CN 106872392 B CN106872392 B CN 106872392B CN 201710160931 A CN201710160931 A CN 201710160931A CN 106872392 B CN106872392 B CN 106872392B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- infrared
- aircraft
- image
- residual ice
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置。其包括三角支架、红外光源、多相机图像采集装置、红外光谱分析仪、图像处理系统和计算机；本发明在模板匹配算法中采用像素相关性约束和机身固定结构两种约束条件。首先将待匹配图像经过像素相关性匹配算法去除无用点，然后根据飞机机身固定结构的特征采用机身固定结构约束匹配算法再进一步剔除误匹配对，从而提取出精确的匹配点。这样模板图像中所有的特征点均可由此匹配算法在待匹配图像中精确提取出来。另外，本装置中的图像采集系统处理时是将四部CCD相机采集的近红外数字图像与模板图像上的特征点进行匹配，依据光谱仪检测数据进行修正，减少飞机涂装反射干扰，提高残冰检测速度和效率。
Description
技术领域
本发明属于民航机场飞机地面残冰检测技术领域，特别是涉及一种可补偿飞机涂装反射影响的飞机残冰检测装置。
背景技术
在冬季，我国北方大部分机场易受冰雪天气的影响，飞机积冰容易导致大量航班延误，从而造成经济损失。因此，提高飞机冬季除冰保障水平是降低冬季飞机延误的有效方法之一。而飞机除冰后的残冰检测又极为关键，直接影响除冰效率和飞行安全，并且成为国际民航领域研究的重点课题。
基于近红外多光谱的飞机地面残冰自动检测方法是基于冰、水在不同的波段下不同发射特性的差异而对飞机表面的残冰进行识别的。视觉检测区域利用CCD相机和特定机型结构特征的检测定位，以便于确定残冰位置。系统工作时飞机表面反射的红外光线经滤光片、相机镜头进入CCD相机并经图像采集、图像处理等环节得到特定光谱范围检测区域每一个点的反射光强值。图像采集时用分时采集的方法，四个波段的滤光片在轮盘的控制下分时转动到镜头前部采集相应波长通道下的图像。
上述方法存在的问题就是没有考虑飞机涂装的反射影响，飞机涂装覆盖机身表面，不同涂装具有的发射特性差异较大，对残冰检测精度有影响，为了提高残冰检测效果，需要考虑补偿涂装反射带来的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置，在采集飞机残冰图像的同时对飞机涂装的反射特性进行检测，以达到减小飞机涂装反射误差的目的。
为了达到上述目的，本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置包括三角支架、红外光源、多相机图像采集装置、红外光谱分析仪、图像处理系统和计算机；其中三角支架的下端固定在地面上；红外光源安装在三角支架的中下部位，用于对飞机蒙皮表面的待检测区进行照射；红外光谱分析仪安装在三角支架中部，用于实时检测飞机蒙皮表面的红外光谱，并通过对红外光谱的分析得到蒙皮各区域的红外反射特性；多相机图像采集装置包括四部CCD相机，四部CCD相机安装在三角支架的顶部两侧，以红外光谱分析仪为中心排列成一个矩形，每部CCD相机的镜头前面都安装有一个滤光片，四个滤光片具有不同带通，并且四部CCD相机均与图像处理系统连接；图像处理系统和红外光谱分析仪均与计算机连接，计算机控制四部CCD相机同时拍照，同时处理图像处理系统和红外光谱分析仪传送过来的数据，进行残冰检测分析和判断。
所述的CCD相机1采用工业红外CCD相机。
本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置在模板匹配算法中采用了两种约束条件：像素相关性约束和机身固定结构约束。首先将待匹配图像经过像素相关性匹配算法去除无用点，然后根据飞机机身固定结构的特征采用机身固定结构约束匹配算法再进一步剔除误匹配对，从而提取出精确的匹配点。这样模板图像中所有的特征点均可由此匹配算法在待匹配图像中精确提取出来。另外，本装置中的计算机处理时是将四部CCD相机采集的近红外数字图像与模板图像上的特征点进行匹配，可以快速处理图像，节省时间，并且能够减少环境因素干扰，依据光谱仪检测数据进行修正，减少飞机涂装反射干扰，提高残冰检测速度和效率。
附图说明
图1为本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置结构示意图。
图2为本发明提供的模板匹配过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置包括三角支架9、红外光源8、多相机图像采集装置6、红外光谱分析仪7、图像处理系统5和计算机10；其中三角支架9的下端固定在地面上；红外光源8安装在三角支架的中下部位，用于对飞机蒙皮表面的待检测区进行照射；红外光谱分析仪7安装在三角支架中部，用于实时检测飞机蒙皮表面的红外光谱，并通过对红外光谱的分析得到蒙皮各区域的红外反射特性；多相机图像采集装置6包括四部CCD相机1，四部CCD相机1安装在三角支架6的顶部两侧，以红外光谱分析仪7为中心排列成一个矩形，每部CCD相机1的镜头前面都安装有一个滤光片，四个滤光片具有不同带通，并且四部CCD相机1均与图像处理系统5连接；图像处理系统5和红外光谱分析仪7均与计算机10连接，计算机10控制四部CCD相机1同时拍照，同时处理图像处理系统5和红外光谱分析仪7传送过来的数据，进行残冰检测分析和判断。
所述的CCD相机1采用工业红外CCD相机。
现将本发明提供的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置工作原理阐述如下：当需要进行飞机蒙皮表面残冰检测时，如图1所示，首先由工作人员调整好三角支架9的位置，使得三角支架9与飞机蒙皮待检测区保持一个合适的距离和方向，并调整好红外光源8的照射角度，调整好四部CCD相机1的对应位置和拍照角度。然后打开红外光源8而向飞机蒙皮待检测区照射红外光，红外光到达飞机蒙皮表面会进行反射、折射和吸收一系列过程。接下来在计算机10的控制下，利用四部CCD相机1同时采集飞机蒙皮待检测区的近红外数字图像，拍照一次分别通过不同滤光片的作用得到4个不同波段的近红外数字图像并同时传送给图像处理系统5；图像处理系统5将得到的近红外数字图像进行边缘检测、去噪、滤波等处理，得到有效近红外数字图像，然后将上述有效近红外数字图像传送给计算机10；这是因为机场区域的背景比较复杂，存在各种标志线，建筑等，这样会对飞机的结构特征造成干扰，因此，一些过长的边缘应提前去除。计算机10先将上述有效近红外数字图像进行坐标转换，然后将坐标转换后的有效近红外数字图像与其内部预先存储的模板图像利用像素相关性约束算法匹配，进行特征点的提取，然后根据飞机机身固定结构的特征利用机身固定结构约束匹配算法再进一步剔除误匹配对，从而提取出精确的匹配点。同时利用红外光谱分析仪7对飞机蒙皮待检测区的红外光谱进行扫描，然后传送给计算机10，由计算机10对上述红外光谱进行分析，得到飞机蒙皮表面涂装的反射特性，并根据上述反射特性进行补偿，以减少涂装因素的影响，提高飞机残冰检测精度。通过机身固定结构约束匹配算法的计算以及飞机涂装表面反射影响的补偿，可以判定飞机蒙皮表面检测区域有无残冰。
由于四部CCD相机1所安装的位置不重合，对飞机蒙皮一个特定区域采集图像时会有不同的角度，因此本发明需要进行外部方位的坐标匹配。在四部CCD相机1中，将其中一个CCD相机1的坐标设置为标准坐标系，其它三部CCD相机1各自通过坐标转换算法转换到标准坐标系下，这样各CCD相机1采集的近红外数字图像中每一个像素点都能一一对应，方便系统进行处理。
对于数字图像，一定邻域内像素之间具有一定的相关性，并且相关性随着像素间距离的增大而减小。在此截取模板图像和待匹配图像中的一个特征点进行说明。在图2(a)所示的模板图像中，选取一特征点P，将以该点为中心的(2M+1)×(2N+1)区域作为比对范围。在图2(b)所示的待匹配图像中也同样选取(2M+1)×(2N+1)大小的区域作为比对范围。将待匹配图像上比对范围内的所有特征点P’均与模板图像中特征点P进行比对运算，计算其相关系数。为了达到最佳匹配效果，本发明将相关系数阈值定为0.8，即当求得的相关系数大于0.8时，初始认为此点是模板图像中特征点P的匹配点并将其保留、记录。如果待匹配图像中仅有一点与模板图像中的特征点P相匹配，那么就将该点定义为完全匹配点，如果有多个点与模板图像中特征点P匹配则作为候选匹配点。当求得的相关系数小于0.8时，则认为此点不是模板图像中特征点P的匹配点并将其剔除，经过上述像素相关性匹配算法可去除无用点。
另外，飞机目标是一个多边形的立体结构，其角点特征比较明显，而角点是特征点的重要组成部分，对于飞机的轮廓应该提前提取出特征点，通过多次试验选取出比较容易检测的特征点，定义为模板图像并保存在计算机10中，这样在得到采集的近红外数字图像后便于进行实时数据分析。
Claims (2)
1.一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置，其特征在于：其包括三角支架(9)、红外光源(8)、多相机图像采集装置(6)、红外光谱分析仪(7)、图像处理系统(5)和计算机(10)；其中三角支架(9)的下端固定在地面上；红外光源(8)安装在三角支架的中下部位，用于对飞机蒙皮表面的待检测区进行照射；红外光谱分析仪(7)安装在三角支架中部，用于实时检测飞机蒙皮表面的红外光谱，并通过对红外光谱的分析得到蒙皮各区域的红外反射特性；多相机图像采集装置(6)包括四部CCD相机(1)，四部CCD相机(1)安装在三角支架(6)的顶部两侧，以红外光谱分析仪(7)为中心排列成一个矩形，每部CCD相机(1)的镜头前面都安装有一个滤光片，四个滤光片具有不同带通，并且四部CCD相机(1)均与图像处理系统(5)连接；图像处理系统(5)和红外光谱分析仪(7)均与计算机(10)连接，计算机(10)控制四部CCD相机(1)同时拍照，同时处理图像处理系统(5)和红外光谱分析仪(7)传送过来的数据，进行残冰检测分析和判断。
2.根据权利要求1所述的具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置，其特征在于：所述的CCD相机(1)采用工业红外CCD相机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710160931.1A CN106872392B (zh) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710160931.1A CN106872392B (zh) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106872392A CN106872392A (zh) | 2017-06-20 |
| CN106872392B true CN106872392B (zh) | 2019-08-20 |
Family
ID=59171951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710160931.1A Active CN106872392B (zh) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106872392B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110307952B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-08-31 | 北京航空航天大学 | 基于线阵ccd传感器的飞艇表面贴附检测机器人 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103434647A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-11 | 中国民航大学 | 一种能够消除环境干扰的飞机残冰监测装置 |
| CN103448913A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-18 | 中国民航大学 | 飞机除冰实时监测装置 |
| CN103454220A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-18 | 中国民航大学 | 飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置 |
| CN105973835A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-09-28 | 中国民航大学 | 一种红外多光谱残冰检测多幅成像环境差异消除装置 |
-
2017
- 2017-03-17 CN CN201710160931.1A patent/CN106872392B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103434647A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-11 | 中国民航大学 | 一种能够消除环境干扰的飞机残冰监测装置 |
| CN103448913A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-18 | 中国民航大学 | 飞机除冰实时监测装置 |
| CN103454220A (zh) * | 2013-09-11 | 2013-12-18 | 中国民航大学 | 飞机残冰检测过程中扫描区域定位装置 |
| CN105973835A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-09-28 | 中国民航大学 | 一种红外多光谱残冰检测多幅成像环境差异消除装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "飞机机体表面残冰近红外多光谱检测影响因素分析";郑大川;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技辑II辑》;20170315(第3期);第18页、第24-32页、34-40页 |
| 机翼铝蒙皮积冰及冰厚的街红外光谱检测;高建树 等;《激光与红外》;20140430;第44卷(第4期);第391-394页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106872392A (zh) | 2017-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10934023B2 (en) | Image recognition for vehicle safety and damage inspection | |
| CN105373135B (zh) | 一种基于机器视觉的飞机入坞引导和机型识别的方法及系统 | |
| US20180067209A1 (en) | Method and apparatus for processing spectral images | |
| WO2015101062A1 (zh) | 一种多波段共光路图谱联合遥感测量系统及方法 | |
| CN103810462B (zh) | 一种基于线状目标的高压输电线检测方法 | |
| CN104634279A (zh) | 基于视觉的航空油雾喷嘴雾化角度自动检测装置及方法 | |
| CN110954968B (zh) | 一种机场跑道异物检测装置及方法 | |
| CN105203465A (zh) | 一种超光谱红外成像气体监测装置及其监测方法 | |
| CN105954202A (zh) | 一种柑橘溃疡病高光谱模型传递的方法 | |
| CN108037543B (zh) | 一种监测低空无人飞行器的多谱红外成像检测跟踪方法 | |
| CN108168706A (zh) | 一种监测低空无人飞行器的多谱红外成像检测跟踪系统 | |
| CN113066050B (zh) | 一种基于视觉的空投货台航向姿态解算方法 | |
| CN104122233A (zh) | 一种海面不同厚度原油油膜高光谱探测通道选择方法 | |
| CN106965939A (zh) | 一种基于近红外多光谱残冰检测的多相机图像采集装置 | |
| CN110046584A (zh) | 一种基于无人机巡检的道路裂纹检测装置及检测方法 | |
| CN105628204A (zh) | 一种自动调节的高光谱成像系统及成像方法 | |
| CN110210427A (zh) | 一种基于图像处理技术的廊桥工作状态检测系统及方法 | |
| CN106872392B (zh) | 一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置 | |
| CN110211159A (zh) | 一种基于图像视频处理技术的飞机位置检测系统及方法 | |
| CN110363144A (zh) | 一种基于图像处理技术的飞机门开关状态检测系统及方法 | |
| CN105973835B (zh) | 一种红外多光谱残冰检测多幅成像环境差异消除装置 | |
| CN104735425B (zh) | 基于无人机的输电设备辨认方法 | |
| Rajput et al. | Hazard detection on runways using image processing techniques | |
| Bannehr et al. | Extracting roof parameters and heat bridges over the city of Oldenburg from hyperspectral, thermal, and airborne laser scanning data | |
| CN105447496B (zh) | 一种基于机器视觉的入坞飞机机型识别验证方法和系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |