專利名稱：機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)場(chǎng)道面外來物監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)場(chǎng)道面外來物F0D(Foreign Object Debris)，即可能損傷飛機(jī)或系統(tǒng)的某種外來的物質(zhì)、碎屑或物體。FOD的種類相當(dāng)多，如硬物體、軟物體、鳥類、雷電等。FOD危害非常嚴(yán)重，機(jī)場(chǎng)道面上的外來物可以很容易被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失效。碎片也會(huì)堆積在機(jī)械裝置中，影響起落架、襟翼等設(shè)備的正常運(yùn)行。FOD不僅會(huì)損壞飛機(jī)，造成空難而奪去寶貴的生命，而且還伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失。非計(jì)劃的拆換發(fā)動(dòng)機(jī)本身就是昂貴的花費(fèi)，更不用說航班延誤或取消帶來的損失。據(jù)保守估計(jì)，每年全球因FOD造成的損失至少在30億-40 億美元，外來物FOD不僅會(huì)造成巨大的直接損失，還會(huì)造成航班延誤、中斷起飛、關(guān)閉跑道等間接損失，而間接損失至少為直接損失的4倍。
現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描設(shè)備主要采用毫米波雷達(dá)技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)或光學(xué)成像技術(shù)。存在的主要不足有一是能夠探測(cè)到的最小外來物尺寸偏大(20毫米)，不能滿足實(shí)際使用需求；二是光學(xué)成像技術(shù)受陰雨天氣，低照度等影響大，探測(cè)功能低、夜間難以工作等缺陷。解決光學(xué)成像技術(shù)在夜間等低照度條件下工作困難的常用手段是增加輔助照明設(shè)備。如果機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的光學(xué)系統(tǒng)工作于可見光模式，夜間時(shí)就需要進(jìn)行輔助照明，但照明設(shè)備發(fā)出的光線對(duì)飛行員正常判斷跑道的位置會(huì)形成干擾，存在安全隱患，因此這種方法是不可取的。而且，跑道邊燈的燈光會(huì)對(duì)掃描圖像產(chǎn)生很大的影響，在這種情況下很難探測(cè)到較小的外來物，誤報(bào)率將驟升，系統(tǒng)將無法正常使用；而且白天條件下，一般的光學(xué)系統(tǒng)都工作于可見光模式。但是，近紅外光和可見光成像的光學(xué)焦距不同， 如果白天用可見光成像，夜間用近紅外光成像，就必須有兩套不同焦距的鏡頭進(jìn)行切換，系統(tǒng)成本大大提高。同時(shí)，由于掃描設(shè)備1安裝在跑道邊，高度不能大于350mm，光學(xué)系統(tǒng)主光軸與跑道道面夾角非常小，需要拍攝范圍景深變化大，拍攝圖像的清晰范圍將會(huì)比較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其包括成像裝置、近紅外輔助照明設(shè)備、防護(hù)罩、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和攝像機(jī)俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上方固定安裝防護(hù)罩，所述防護(hù)罩上開設(shè)有窗口，所述防護(hù)罩底板上安裝有攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述成像裝置和近紅外輔助照明設(shè)備均安裝在攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)上，且安裝位置與防護(hù)罩的窗口位置相對(duì)應(yīng)，所述成像裝置和所述近紅外輔助照明設(shè)備通過所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和所述攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整掃描角度。
進(jìn)一步的，所述成像裝置包括攝像機(jī)和鏡頭，所述近紅外輔助照明設(shè)備為近紅外激光光源。
進(jìn)一步的，攝像機(jī)為低照度攝像機(jī)，所述攝像機(jī)為低照度攝像機(jī)，且所述攝像機(jī)CCD靶面與主光軸的夾角為銳角，所述鏡頭為近紅外增透鏡頭，且在鏡頭上安裝有 750nnT900 nm帶通濾光片。
進(jìn)一步的，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括基座、易折底座和云臺(tái)，所述基座上固定安裝易折底座， 所述易折底座上方安裝云臺(tái)，所述云臺(tái)上方支撐連接所述防護(hù)罩。
進(jìn)一步的，所述防護(hù)罩上方設(shè)置有瓦蓋。
進(jìn)一步的，所述防護(hù)罩的窗口上安裝有玻璃，所述窗口和玻璃之間通過密封條密封。
發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置解決了現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描設(shè)備能夠探測(cè)外來物最小尺寸偏大，達(dá)不到實(shí)際使用需求；現(xiàn)有光學(xué)成像技術(shù)受陰雨天氣，低照度等影響大，探測(cè)功能低、夜間難以工作等缺陷，該機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置能夠晝夜工作，自動(dòng)探測(cè)小到5毫米的外來物，同時(shí)，掃描圖像可進(jìn)行人工確認(rèn)，提高報(bào)警的可靠性，探測(cè)精度高。


圖1為本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置局部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為防護(hù)罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的實(shí)際掃描區(qū)域圖； 圖5為本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的布設(shè)示意圖； 圖6為本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的掃描示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
如圖1至圖3所示，一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其包括成像裝置101、近紅外輔助照明設(shè)備、防護(hù)罩103、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和攝像機(jī)俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)104，成像裝置101包括三臺(tái)攝像機(jī)和三個(gè)鏡頭，每臺(tái)攝像機(jī)配套不同焦距的鏡頭，攝像機(jī)為低照度攝像機(jī)，且攝像機(jī)CCD 靶面與主光軸的夾角為銳角，對(duì)鏡頭進(jìn)行了近紅外增透設(shè)計(jì)，且在鏡頭上安裝有750ηπΓ900 nm帶通濾光片。近紅外輔助照明設(shè)備為兩臺(tái)近紅外激光光源102，近紅外輔助照明設(shè)備用于夜間監(jiān)測(cè)異物時(shí)輔助照明，攝像機(jī)、鏡頭安裝在防護(hù)罩103內(nèi)，近紅外激光光源102安裝在防護(hù)罩103內(nèi)部?jī)蓚?cè)，實(shí)現(xiàn)近紅外輔助照明。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括基座107、易折底座106和云臺(tái)105，基座107上固定安裝易折底座106，易折底座106上方安裝云臺(tái)105，云臺(tái)105上方支撐連接防護(hù)罩103，云臺(tái)105是掃描設(shè)備1的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，完成水平方向的掃描，防護(hù)罩103上開設(shè)有窗口 1031，防護(hù)罩103的底板1032上安裝有攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)104，成像裝置101和紅外激光光源102均安裝在攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)104的俯仰調(diào)整板上，且安裝位置與防護(hù)罩的窗口 1031位置相對(duì)應(yīng)，三臺(tái)攝像機(jī)和兩臺(tái)近紅外激光光源102可以調(diào)整成不同的俯仰角，完成對(duì)整個(gè)監(jiān)視區(qū)域的跑道道面2的掃描和輔助照明。防護(hù)罩103的底板1032上安裝有密封條，來保證防護(hù)罩的整體密封性。防護(hù)罩103上方設(shè)置有瓦蓋108能
4夠遮擋部分的雨淋，瓦蓋108與防護(hù)罩103主體有IOmm距離，能夠隔絕太陽(yáng)直接照射防護(hù)罩103導(dǎo)致的溫度過高，防護(hù)罩103的窗口 1031上安裝有玻璃，玻璃由K9玻璃鍍膜加工而成，窗口 1031周圍和玻璃之間通過密封條密封，保證防護(hù)罩103前窗口 1031處的密封。
如圖4所示，每臺(tái)機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置能夠監(jiān)測(cè)一個(gè)30米X80米的矩形區(qū)域，需要掃描的最遠(yuǎn)距離為50米。
本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了以下特殊的光學(xué)設(shè)計(jì)。
本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置其光學(xué)系統(tǒng)是于近紅外模式下工作，在近紅外輔助照明的條件下能夠有效解決夜間成像的問題。首先，成像裝置101選用的是照度要求低、 對(duì)近紅外750ηπΓ900 nm波段敏感度高的成像器件。然后，對(duì)所述鏡頭進(jìn)行了近紅外增透設(shè)計(jì)，且在鏡頭上安裝了 750nnT900 nm帶通濾光片。只有750nnT900 nm波段的近紅外光能夠通過鏡頭引起攝像機(jī)成像。夜間條件下，采用安裝在該裝置上的近紅外輔助照明設(shè)備輔助成像，當(dāng)照度達(dá)不到系統(tǒng)成像要求時(shí)，近紅外輔助照明設(shè)備自動(dòng)開啟。由于近紅外光線為不可見光，不會(huì)影響飛行安全，因此這種方法較好的解決了夜間監(jiān)測(cè)道面異物的難題。
白天時(shí)自然光中的近紅外光線比較充足，能夠滿足成像要求，因此，本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的光學(xué)系統(tǒng)只對(duì)750rniT900nm波段的近紅外光線敏感，成像裝置101白天和夜間都工作于同一模式，不需要兩套鏡頭在白天和夜間進(jìn)行切換，降低了系統(tǒng)的成本。 由于可見光不能通過鏡頭引起攝像機(jī)反應(yīng)，因此降低了夜間時(shí)助航燈光的影響，成像效果更穩(wěn)定，能夠降低系統(tǒng)的誤報(bào)。另外，該掃描裝置使用的50rniT900nm波段的近紅外光線具有較好的透霧性，在一定程度上也解決了復(fù)雜氣象條件下系統(tǒng)識(shí)別異物的問題。
另外，為了解決攝像景深不足，掃描圖像清晰范圍小的問題，本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置中的攝像機(jī)CCD靶面與主光軸的夾角由原來的直角調(diào)整為銳角，增大了圖像清晰范圍。
根據(jù)機(jī)場(chǎng)凈空管理規(guī)定，跑道周圍的建筑、設(shè)施不能超過特定的高度。本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置在機(jī)場(chǎng)安裝布設(shè)時(shí)，架設(shè)位置的選擇十分關(guān)鍵，如果離跑道太遠(yuǎn)(如果架設(shè)高度為10米，則至少要離跑道100米遠(yuǎn))，更不利于陰雨天、夜間等光線不足時(shí)的道面影像采集，給圖像處理也帶來很多不利因素。因此，將該機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置布設(shè)在跑道2兩側(cè)，高度不大于350mm，底部設(shè)計(jì)了易折結(jié)構(gòu)，機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置按照80米間距布設(shè)，對(duì)于60米寬的跑道，每臺(tái)機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置需要拍攝的最遠(yuǎn)距離為50米。
這樣，本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置可利用跑道邊燈原來的底座進(jìn)行改進(jìn)安裝，數(shù)據(jù)傳輸線可利用原來的電纜溝進(jìn)行鋪設(shè)，掃描裝置整體高度不大于350mm。
機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的這種安裝方式，符合機(jī)場(chǎng)管理規(guī)定。理論上，掃描裝置在跑道2兩邊可以對(duì)稱布設(shè)，也可以非對(duì)稱布設(shè)。非對(duì)稱布設(shè)時(shí)需要對(duì)跑道2中心線另外一側(cè)的道面進(jìn)行掃描，機(jī)場(chǎng)跑道2有一定的橫向坡度，由于掃描裝置高度不大于350mm，跑到中心線另一側(cè)的道面很難拍攝到。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)采取對(duì)稱方式進(jìn)行布設(shè)。本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置在機(jī)場(chǎng)跑道2上的掃描半徑示意圖如圖4所示，在跑道的布設(shè)方式如圖5所示，圖中X為相鄰兩臺(tái)機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的布設(shè)間距，R為每臺(tái)機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的掃描半徑。
本發(fā)明中機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置將三臺(tái)攝像機(jī)安裝在同一云臺(tái)105上，每臺(tái)攝像機(jī)配套不同焦距的鏡頭，三臺(tái)攝像機(jī)通過云臺(tái)105的水平旋轉(zhuǎn)完成對(duì)環(huán)形區(qū)域的掃描，每步拍攝橫向距離不大于1. 4米，掃描一周可完成80米X 30米范圍的掃描，大大縮短了掃描周期，為及時(shí)清除跑道2上的異物贏得了時(shí)間。本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的掃描示意圖6所示。
本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置采集到的圖像可通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，同時(shí)，監(jiān)控中心發(fā)出的控制信號(hào)發(fā)送到該機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，控制該裝置的開關(guān)、掃描角度等工作狀態(tài)。機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置采集的圖像經(jīng)監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)分析后，會(huì)自動(dòng)識(shí)別出道面上的外來物，并發(fā)出報(bào)警信息，給出異物所處位置，為及時(shí)消除飛行安全隱患提供了手段。
本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置的光學(xué)系統(tǒng)工作于近紅外成像模式，增加了近紅外輔助照明設(shè)備，解決了現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描設(shè)備能夠探測(cè)外來物最小尺寸偏大，達(dá)不到實(shí)際使用需求；現(xiàn)有光學(xué)成像技術(shù)受陰雨天氣，低照度等影響大，探測(cè)功能低、夜間難以工作等缺陷。本發(fā)明機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置能夠晝夜工作，自動(dòng)探測(cè)小到5毫米的外來物，與國(guó)外產(chǎn)品相比，探測(cè)精度提高了 4倍。同時(shí)，可進(jìn)行人工確認(rèn)，提高報(bào)警的可靠性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于包括成像裝置、近紅外輔助照明設(shè)備、 防護(hù)罩、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和攝像機(jī)俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上方固定安裝有防護(hù)罩，所述防護(hù)罩上開設(shè)有窗口，所述防護(hù)罩底板上安裝有攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述成像裝置和近紅外輔助照明設(shè)備均安裝在攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)上，且安裝位置與防護(hù)罩的窗口位置相對(duì)應(yīng)， 所述成像裝置和所述近紅外輔助照明設(shè)備通過所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和所述攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整掃描角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于所述成像裝置包括攝像機(jī)和鏡頭，所述近紅外輔助照明設(shè)備為近紅外激光光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于所述攝像機(jī)為低照度攝像機(jī)，且所述攝像機(jī)CCD靶面與主光軸的夾角為銳角，所述鏡頭為近紅外增透鏡頭，且在鏡頭上安裝有750ηπΓ900 nm帶通濾光片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括基座、易折底座和云臺(tái)，所述基座上固定安裝易折底座，所述易折底座上方安裝云臺(tái)，所述云臺(tái)上方支撐連接所述防護(hù)罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于所述防護(hù)罩上方設(shè)置有瓦蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其特征在于所述防護(hù)罩的窗口上安裝有玻璃，所述窗口和玻璃之間通過密封條密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置，其包括成像裝置、近紅外輔助照明設(shè)備、防護(hù)罩、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和攝像機(jī)俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上方固定安裝防護(hù)罩，所述防護(hù)罩上開設(shè)有窗口，所述防護(hù)罩底板上安裝有攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述成像裝置和近紅外輔助照明設(shè)備均安裝在攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)上，且安裝位置與防護(hù)罩的窗口位置相對(duì)應(yīng)，所述成像裝置和所述近紅外輔助照明設(shè)備通過所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和所述攝像機(jī)俯仰調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整掃描角度。本發(fā)明的機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描裝置解決了現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)道面外來物掃描設(shè)備探測(cè)外來物最小尺寸偏大，受陰雨天氣，低照度等影響大，探測(cè)功能低、夜間難以工作等缺陷，能夠晝夜工作，自動(dòng)探測(cè)小到5毫米的外來物，探測(cè)精度高。
文檔編號(hào)G03B15/05GK102186010SQ201110099469
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者馬志明, 沈永宏, 艾莉, 劉彬, 袁紅艷, 魏春景, 魏登武, 翁金明, 陸青平, 李偉, 溫珂 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春奧普光電技術(shù)股份有限公司