CN108804522B - 用于使用复合视觉图像检测用于飞行器的排放蒸汽的存在的系统 - Google Patents

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Abstract

用于使用复合视觉图像检测用于飞行器的排放蒸汽的存在的系统。提供了一种用于针对低海拔飞行中的飞行器生成针对排放蒸汽的存在的警报的系统。障碍物数据库和地形数据库向合成视觉处理器提供用于障碍物和地形特征的参数。处理器创建地形和障碍物的图形覆迭，通过组合式视觉处理器组合所述图形覆迭与排放蒸汽的热图像来创建组合式合成图像。排放威胁计算器针对排放蒸汽的存在来分析合成图像。如果在飞行器附近检测到任何排放蒸汽，则向飞行器发送警报和所建议的机动以避免排放蒸汽。

Description

用于使用复合视觉图像检测用于飞行器的排放蒸汽的存在的 系统
本发明总体上涉及用于飞行器检测排放蒸汽（emission vapor）的系统，并且更具体地涉及用于使用复合视觉图像检测可以影响飞行器操作的排放蒸汽的存在的系统。
背景技术
直升机通常用来服务近海石油钻塔。直升机用来既向这些设施又从这些设施渡运（ferry）供应和人员。工业设施可以在正常操作期间放出排放蒸汽和气体。许多石油化学设施（诸如近海石油钻塔）、石油和天然气钻探地点以及石油化学设施将向“闪光（flare）”系统放出过量的以及副产物的气体或蒸汽。闪光可以或者可以没有燃烧过量气体。在任一个事件中，气体或蒸汽可能潜在地对飞行器有危险。
因此，合期望的是提供一种用于检测可以影响飞行器的操作的排放蒸汽的存在的系统。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种用于针对低海拔飞行中的飞行器生成排放蒸汽的存在的警报的系统，包括：障碍物数据库，包含在飞行器附近的障碍物的参数；地形数据库，包含在飞行器附近的地形的参数；合成视觉处理器，所述合成视觉处理器基于障碍物数据库和地形数据库中的参数来创建地形和障碍物的图形覆迭（graphic overlay）；成像相机，所述成像相机创建在飞行器附近检测的排放蒸汽的热图像；组合式视觉处理器，所述组合式视觉处理器组合图形覆迭与排放蒸汽的热图像以创建组合式合成图像；排放威胁计算器，所述排放威胁计算器基于组合式合成图像、飞行器附近的当前环境状况以及排放蒸汽的特性来针对飞行器附近的排放蒸汽的存在进行分析；警报系统，所述警报系统就由排放威胁计算器检测的排放蒸汽的存在警报飞行器；以及建议系统，所述建议系统利用所建议的机动（maneuver）来提示飞行器的飞行员以避免排放蒸汽。
在另一实施例中，公开了一种用于针对低海拔飞行中的飞行器生成排放蒸汽的存在的警报的方法，包括：从障碍物数据库检索用于飞行器附近的障碍物的障碍物参数；使用合成视觉处理器基于障碍物参数来创建图形覆迭；从成像相机检索飞行器附近的排放蒸汽的图像；利用组合式视觉处理器组合图形覆迭与排放蒸汽的图像以创建合成图像；利用排气威胁计算器而针对飞行器附近的排放蒸汽的存在来分析合成图像；如果在由排气威胁计算器创建的飞行器的威胁区内检测到排放蒸汽，则为飞行器生成警报；以及建议用于飞行器的避免机动以避免飞行器的威胁区。
附图说明
下文将结合以下绘制图形来描述示例性实施例，其中相似的数字表示相似的元件，并且其中：
图1是示出了依照示例性实施例的创建飞行器附近的排放蒸汽的复合视觉图像的系统部件的框图；
图2a是依照另一示例性实施例的从前视红外（FLIR）系统拍摄的来自近海石油平台的一缕排放蒸汽的热图像；
图2b是依照另一示例性实施例的将是来自图2b中示出的近海石油平台的一缕排放蒸汽的热图像的覆迭的组合式合成图像（CVS）；以及
图3是示出了依照另一示例性实施例的用于创建飞行器附近的排放蒸汽的复合视觉图像的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述在性质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明或者本发明的应用和使用。如本文中所使用的，词语“示例性”意味着“充当示例、实例或说明”。因而，在本文中描述为“示例性”的任何实施例并不一定解释为相比其它实施例为优选或有利的。本文描述的所有实施例是提供成使得本领域技术人员能够实现或使用本发明的示例性实施例，并且不限制由权利要求限定的本发明的范围。此外，不存在受存在于前面的技术领域、背景技术、发明内容或者下面的具体实施方式中呈现的任何明示或暗含理论所约束的意图。
应当理解到，遍及附图，对应的参考数字指示相似或对应的部分和特征。如本文中所使用，术语模块是指单个地或者以任何组合的任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备，包括但不限于：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器模块（共享的、专用的或者群组）和存储器模块、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它适合的部件。
已经开发了一种用于为低空飞行的飞行器生成排放蒸汽的存在的警报的系统。参照图1，示出了依照一些实施例的用于飞行器机载的系统100的框图，所述系统100创建飞行器附近的排放蒸汽的复合视觉图像。系统100包括提供用于飞行器附近的障碍物和地形特征的参数的地形数据库和障碍物数据库102。例如，障碍物可以包括闪光、气体通风口、烟囱以及其它排放源。数据库可以是分离的，其中一个数据库用于地形并且分离的数据库用于障碍物。在其它实施例中，数据库可以组合成单个实体。另外地，数据库可以连同系统的其余部分位于飞行器机上。替换地，数据库可以远程地定位在地面上并且经由通信链路向飞行器机载的系统提供参数。将地形和障碍物参数提供到核心合成视觉处理器104。合成视觉处理器使用合成视觉系统（SVS）生成器106来基于参数创建地形和障碍物的图形覆迭。
飞行器机载的成像相机110创建从这样的设施放出的排放蒸汽的图像，如近海石油平台、石油钻探塔、石油化学处理工厂等。排放蒸汽通常是来自这些设施的副产物气体。大多数常见的气体（诸如甲烷）通常是不可见的，并且可以仅通过由相机记录的温度数据来检测。例如，红外（IR）相机可以用于捕获设施的热图像以揭示排放蒸汽的存在。这样的IR相机的一个示例是前视红外（FLIR）系统。在其它实施例中，成像相机可以是常常被称为“夜视”相机的低光放大设备。在又一些实施例中，IR相机和低光相机两者可以彼此结合地使用。应当理解到，成像相机可以在各种可见性状况下创建各种类型工业排气、闪光、烟柱和烟雾的图像。
组合式视觉处理器108接收图形覆迭图像和排放蒸汽图像两者。它通过将排放蒸汽热标志图像覆迭在图形图像上而组合两者以创建组合式“合成图像”。合成图像是示出了地形和障碍物的位置以及任何所放出的气体（其可不合期望地被吸收到飞行器的引擎中）的位置的图形覆迭的组合。在一些实施例中，组合式视觉处理器可以向气体的图像添加颜色以提供针对合成图像的较大对比度。照此，合成图像实现了针对飞行器的排放蒸汽的存在的威胁评估。图2a示出了从FLIR系统拍摄的热图像200的示例，其示出了具有一缕排放蒸汽204的近海石油平台202。
现在返回到图1，排气威胁计算器112接收合成图像以用于针对飞行器的威胁分析。计算器接收附加输入116，包括：风速和风向；环境状况；地面设施的操作状态等等。计算器还从相机校准数据库114接收工业排气特性。例如，各种工业气体具有不同的温度标志，其可能影响排放蒸汽的图像的性质。一旦收集了所有数据、特性和图像，排放威胁计算器就基于排放蒸汽的强度和流动方向来创建用于飞行器的威胁区。威胁区是基于飞行器的当前飞行轨迹和其它飞行参数。如果排放蒸汽存在并且假设成为飞行器的威胁，排气威胁计算器就为飞行器机组人员118生成警报。警报可以是音频警告、视觉警告或两者。附加地，在一些实施例中，避免建议系统120可以利用所建议的机动122为飞行器的飞行员生成提示以避免排放蒸汽。所建议的机动可以是音频消息、视觉消息或两者。
在其它实施例中，系统可以包括为飞行器机组人员显示组合式合成图像的组合式视觉系统（CVS）。CVS通常以主飞行显示（PFD）格式来显示，其提供了从驾驶舱的外部环境的透视图。然而，排放威胁信息可以表示在各种各样的显示格式上，包括主飞行显示（PFD）、侧向图和/或提供飞行器外部的各种视图的垂直位置显示（VSD）。CVS可以利用三维（3D）显示以为机组人员添加深度感知。在其它实施例中，CVS可以利用平视显示（HUD）。图2b示出了CVS图像的示例，其是具有之前在图2a中示出的热图像200的覆迭的飞行显示210。组合式合成图像示出了覆迭在飞行显示上的排放蒸汽烟柱204和近海石油平台202的热图像。
继续参照图1、2a和2b，图3示出了依照另一示例性实施例的一种用于创建飞行器附近的排放蒸汽的复合视觉图像的方法的流程图。在此实施例中，利用来自地形数据库306和障碍物数据库304的参数数据来创建302图形覆迭。排放蒸汽308的热标志反映在从相机成像系统采集的图像数据中。图形覆迭和热图像两者组合成312合成图像。针对飞行器附近的排放蒸汽来分析合成图像314。如果没有排放蒸汽存在316，则此实施例将继续监视用于新的排放蒸汽的热图像。然而，如果检测到排放蒸汽，并且针对飞行器生成警报318，以及提示被提供有所建议的避免机动320。在其它实施例中，所建议的避免机动可以直接输入到自动驾驶系统中以用于自动化威胁避免。
作为一个实施例的说明性示例，方法可以适用于接近近海石油平台的直升机。当直升机开始其接近时，机载系统利用合成视觉处理器从机载障碍物数据库检索石油平台的参数和尺度（dimension）。处理器使用SVS图形生成器来创建石油平台的尺度的图形覆迭。同时，FLIR相机拍摄正由平台放出的任何甲烷气体的热图像。组合式视觉处理器组合图形覆迭与热图像，而同时以对比性颜色突显甲烷气体。组合式图形覆迭和热图像形成显示在用于直升机飞行员的CVS上的合成图像。CVS作为HUD的一部分在直升机的前挡风玻璃上显示合成图像。
与此同时，排气威胁计算器接收石油平台的闪光的状态、风速和风向。系统还从机载相机数据库检索甲烷气体的热特性。连同其密度和流动方向来从图像标识甲烷气体的存在。增强型威胁计算器创建用于直升机的威胁区。基于直升机的当前飞行路径，直升机将进入威胁区。系统向飞行员提供音频警告连同HUD上的视觉警告。系统还向飞行员提供指令以拉起（pull up）并且在维持威胁区外部的安全裕度的指定海拔处围绕石油平台，直至甲烷气体云耗散为止。
本领域技术人员将领会到，系统和各种部件的描述仅仅是示例性的，并且关于系统内的位置或部件的大小并非是限制性的。因而，本公开不限于任何具体布局，并且系统可以包括没有在此实现中示出的附加电子部件。
本领域技术人员将领会到，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。在上文就功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤来描述实施例和实现中的一些。然而，应当领会到，这样的块部件（或模块）可以通过配置成执行所指定的功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚地说明硬件和软件的此可互换性，已进在上文一般地就其功能性描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能性是实现为硬件还是软件取决于强加在总体系统上的特定应用和设计约束。技术人员可以针对每一个特定的应用以变化的方式实现所述功能性，但是这样的实现决定不应当被解释为引起从本发明的范围的偏离。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或者其它控制设备的控制之下实施多种功能。此外，本领域技术人员将领会到，本文描述的实施例仅仅是示例性实现。
结合本文公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块和电路可以利用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或者设计成执行本文描述的功能的其任何组合来实现或者执行。通用处理器可以是微处理器，但是作为替换，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或者任何其它这样的配置。词语“示例性”在本文中排他性地用于意指“充当示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例并不一定被解释为相比其它实施例为优选或有利的。
结合本文公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接地包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域中已知的任何其它形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。作为替换，存储介质可以与处理器为一体。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。作为替换，处理器和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
在本文档中，诸如第一和第二等的关系术语可以单纯地用于区别一个实体或动作与另一实体或动作，而不一定要求或者暗含这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或次序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字序数仅指代多个中的不同单个，并且没有暗含任何次序或顺序，除非由权利要求语言特别地限定。在任何权利要求中的文本的顺序并不暗示过程步骤必须以根据这样的顺序的时间或逻辑次序来执行，除非由权利要求的语言对其特别地限定。过程步骤可以以任何次序互换，而没有脱离本发明的范围，只要这样的互换没有与权利要求语言矛盾并且在逻辑上不是无意义的即可。
此外，取决于上下文，在描述不同元件之间的关系中使用的诸如“连接”或“耦合到”之类的词语并不暗示必须在这些元件之间进行直接的物理连接。例如，两个元件可以物理地、电子地、逻辑地或者以任何其它方式通过一个或多个附加元件彼此连接。
虽然已经在前面的具体实施方式中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当领会到，存在众多变化。还应当领会到，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。更确切地说，前面的具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便道路图。要理解到，可以在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面作出各种改变，而没有脱离如在随附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种用于为低海拔飞行中的飞行器生成针对排放蒸汽的存在的警报的系统，包括：
障碍物数据库，包含飞行器附近的障碍物的参数；
地形数据库，包含飞行器附近的地形的参数；
与障碍物数据库和地形数据库可操作通信的合成视觉处理器，所述合成视觉处理器配置成基于障碍物数据库和地形数据库中的参数来创建地形和障碍物的图形覆迭；
成像相机，配置成创建在飞行器附近检测的排放蒸汽的热图像；
与合成视觉处理器和成像相机可操作通信的组合式视觉处理器，所述组合式视觉处理器配置成组合图形覆迭与排放蒸汽的热图像以创建组合式合成图像；
排放威胁计算器，与组合式视觉处理器可操作通信，并且配置成基于组合式合成图像、飞行器附近的当前环境状况和排放蒸汽的特性来针对飞行器附近的排放蒸汽的存在进行分析；
警报系统，与排放威胁计算器可操作通信，并且配置成就由排放威胁计算器所检测的排放蒸汽的存在来警报飞行器；以及
建议系统，与排放威胁计算器可操作通信，并且配置成利用所建议的机动来为飞行器的飞行员生成提示以避免排放蒸汽。
2.权利要求1所述的系统，还包括：
增强型视觉系统，配置成为飞行器机组人员显示组合式合成图像。
3.权利要求2所述的系统，其中增强型视觉系统提供三维（3D）显示。
4.权利要求2所述的系统，其中增强型视觉系统提供平视显示（HUD）。
5.权利要求1所述的系统，其中成像相机创建在飞行器附近检测的排放蒸汽的低光图像。
6.权利要求1所述的系统，其中组合式视觉处理器向排放蒸汽的热图像添加颜色以改进合成图像的视觉对比度。
7.权利要求1所述的系统，其中排放威胁计算器针对强度和流动方向来分析排放蒸汽。
8.权利要求7所述的系统，其中排放威胁计算器创建用于飞行器的威胁区。
9.权利要求8所述的系统，其中威胁区是基于飞行器的当前飞行轨迹。
10.一种用于针对低海拔飞行中的飞行器生成针对排放蒸汽的存在的警报的方法，包括：
从障碍物数据库检索用于飞行器附近的障碍物的障碍物参数；
使用合成视觉处理器基于障碍物参数来创建图形覆迭；
从成像相机检索飞行器附近的排放蒸汽的图像；
利用组合式视觉处理器组合图形覆迭与排放蒸汽的图像以创建合成图像；
利用排气威胁计算器针对飞行器附近的排放蒸汽的存在来分析合成图像；
如果在由排气威胁计算器创建的飞行器的威胁区内检测到排放蒸汽的话，则生成用于飞行器的警报；以及
建议用于飞行器的避免机动以避免飞行器的威胁区。
11.权利要求10所述的方法，还包括：
从地形数据库检索用于飞行器附近的地形的地形参数；以及
使用合成视觉处理器组合地形参数与障碍物参数以创建图形覆迭。
12.权利要求10所述的方法，其中排气威胁计算器分析排放蒸汽的强度和流动方向以创建飞行器的威胁区。
13.权利要求10所述的方法，其中将所建议的避免机动输入到用于飞行器的自动驾驶系统中，所述自动驾驶系统自动地实现所建议的避免机动。
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