本發(fā)明屬于民航機場飛機地面殘冰檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可補償飛機涂裝反射影響的飛機殘冰檢測裝置。

背景技術(shù)：

在冬季，我國北方大部分機場易受冰雪天氣的影響，飛機積冰容易導(dǎo)致大量航班延誤，從而造成經(jīng)濟損失。因此，提高飛機冬季除冰保障水平是降低冬季飛機延誤的有效方法之一。而飛機除冰后的殘冰檢測又極為關(guān)鍵，直接影響除冰效率和飛行安全，并且成為國際民航領(lǐng)域研究的重點課題。

基于近紅外多光譜的飛機地面殘冰自動檢測方法是基于冰、水在不同的波段下不同發(fā)射特性的差異而對飛機表面的殘冰進(jìn)行識別的。視覺檢測區(qū)域利用CCD相機和特定機型結(jié)構(gòu)特征的檢測定位，以便于確定殘冰位置。系統(tǒng)工作時飛機表面反射的紅外光線經(jīng)濾光片、相機鏡頭進(jìn)入CCD相機并經(jīng)圖像采集、圖像處理等環(huán)節(jié)得到特定光譜范圍檢測區(qū)域每一個點的反射光強值。圖像采集時用分時采集的方法，四個波段的濾光片在輪盤的控制下分時轉(zhuǎn)動到鏡頭前部采集相應(yīng)波長通道下的圖像。

上述方法存在的問題就是沒有考慮飛機涂裝的反射影響，飛機涂裝覆蓋機身表面，不同涂裝具有的發(fā)射特性差異較大，對殘冰檢測精度有影響，為了提高殘冰檢測效果，需要考慮補償涂裝反射帶來的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置，在采集飛機殘冰圖像的同時對飛機涂裝的反射特性進(jìn)行檢測，以達(dá)到減小飛機涂裝反射誤差的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置包括三角支架、紅外光源、多相機圖像采集裝置、紅外光譜分析儀、圖像處理系統(tǒng)和計算機；其中三角支架的下端固定在地面上；紅外光源安裝在三角支架的中下部位，用于對飛機蒙皮表面的待檢測區(qū)進(jìn)行照射；紅外光譜分析儀安裝在三角支架中部，用于實時檢測飛機蒙皮表面的紅外光譜，并通過對紅外光譜的分析得到蒙皮各區(qū)域的紅外反射特性；多相機圖像采集裝置包括四部CCD相機，四部CCD相機安裝在三角支架的頂部兩側(cè)，以紅外光譜分析儀為中心排列成一個矩形，每部CCD相機的鏡頭前面都安裝有一個濾光片，四個濾光片具有不同帶通，并且四部CCD相機均與圖像處理系統(tǒng)連接；圖像處理系統(tǒng)和紅外光譜分析儀均與計算機連接，計算機控制四部CCD相機同時拍照，同時處理圖像處理系統(tǒng)和紅外光譜分析儀傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行殘冰檢測分析和判斷。

所述的CCD相機1采用工業(yè)紅外CCD相機。

本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置在模板匹配算法中采用了兩種約束條件：像素相關(guān)性約束和機身固定結(jié)構(gòu)約束。首先將待匹配圖像經(jīng)過像素相關(guān)性匹配算法去除無用點，然后根據(jù)飛機機身固定結(jié)構(gòu)的特征采用機身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法再進(jìn)一步剔除誤匹配對，從而提取出精確的匹配點。這樣模板圖像中所有的特征點均可由此匹配算法在待匹配圖像中精確提取出來。另外，本裝置中的計算機處理時是將四部CCD相機采集的近紅外數(shù)字圖像與模板圖像上的特征點進(jìn)行匹配，可以快速處理圖像，節(jié)省時間，并且能夠減少環(huán)境因素干擾，依據(jù)光譜儀檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，減少飛機涂裝反射干擾，提高殘冰檢測速度和效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的模板匹配過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置包括三角支架9、紅外光源8、多相機圖像采集裝置6、紅外光譜分析儀7、圖像處理系統(tǒng)5和計算機10；其中三角支架9的下端固定在地面上；紅外光源8安裝在三角支架的中下部位，用于對飛機蒙皮表面的待檢測區(qū)進(jìn)行照射；紅外光譜分析儀7安裝在三角支架中部，用于實時檢測飛機蒙皮表面的紅外光譜，并通過對紅外光譜的分析得到蒙皮各區(qū)域的紅外反射特性；多相機圖像采集裝置6包括四部CCD相機1，四部CCD相機1安裝在三角支架6的頂部兩側(cè)，以紅外光譜分析儀7為中心排列成一個矩形，每部CCD相機1的鏡頭前面都安裝有一個濾光片，四個濾光片具有不同帶通，并且四部CCD相機1均與圖像處理系統(tǒng)5連接；圖像處理系統(tǒng)5和紅外光譜分析儀7均與計算機10連接，計算機10控制四部CCD相機1同時拍照，同時處理圖像處理系統(tǒng)5和紅外光譜分析儀7傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行殘冰檢測分析和判斷。

所述的CCD相機1采用工業(yè)紅外CCD相機。

現(xiàn)將本發(fā)明提供的具有涂裝反射影響補償功能的飛機殘冰檢測裝置工作原理闡述如下：當(dāng)需要進(jìn)行飛機蒙皮表面殘冰檢測時，如圖1所示，首先由工作人員調(diào)整好三角支架9的位置，使得三角支架9與飛機蒙皮待檢測區(qū)保持一個合適的距離和方向，并調(diào)整好紅外光源8的照射角度，調(diào)整好四部CCD相機1的對應(yīng)位置和拍照角度。然后打開紅外光源8而向飛機蒙皮待檢測區(qū)照射紅外光，紅外光到達(dá)飛機蒙皮表面會進(jìn)行反射、折射和吸收一系列過程。接下來在計算機10的控制下，利用四部CCD相機1同時采集飛機蒙皮待檢測區(qū)的近紅外數(shù)字圖像，拍照一次分別通過不同濾光片的作用得到4個不同波段的近紅外數(shù)字圖像并同時傳送給圖像處理系統(tǒng)5；圖像處理系統(tǒng)5將得到的近紅外數(shù)字圖像進(jìn)行邊緣檢測、去噪、濾波等處理，得到有效近紅外數(shù)字圖像，然后將上述有效近紅外數(shù)字圖像傳送給計算機10；這是因為機場區(qū)域的背景比較復(fù)雜，存在各種標(biāo)志線，建筑等，這樣會對飛機的結(jié)構(gòu)特征造成干擾，因此，一些過長的邊緣應(yīng)提前去除。計算機10先將上述有效近紅外數(shù)字圖像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的有效近紅外數(shù)字圖像與其內(nèi)部預(yù)先存儲的模板圖像利用像素相關(guān)性約束算法匹配，進(jìn)行特征點的提取，然后根據(jù)飛機機身固定結(jié)構(gòu)的特征利用機身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法再進(jìn)一步剔除誤匹配對，從而提取出精確的匹配點。同時利用紅外光譜分析儀7對飛機蒙皮待檢測區(qū)的紅外光譜進(jìn)行掃描，然后傳送給計算機10，由計算機10對上述紅外光譜進(jìn)行分析，得到飛機蒙皮表面涂裝的反射特性，并根據(jù)上述反射特性進(jìn)行補償，以減少涂裝因素的影響，提高飛機殘冰檢測精度。通過機身固定結(jié)構(gòu)約束匹配算法的計算以及飛機涂裝表面反射影響的補償，可以判定飛機蒙皮表面檢測區(qū)域有無殘冰。

由于四部CCD相機1所安裝的位置不重合，對飛機蒙皮一個特定區(qū)域采集圖像時會有不同的角度，因此本發(fā)明需要進(jìn)行外部方位的坐標(biāo)匹配。在四部CCD相機1中，將其中一個CCD相機1的坐標(biāo)設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，其它三部CCD相機1各自通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下，這樣各CCD相機1采集的近紅外數(shù)字圖像中每一個像素點都能一一對應(yīng)，方便系統(tǒng)進(jìn)行處理。

對于數(shù)字圖像，一定鄰域內(nèi)像素之間具有一定的相關(guān)性，并且相關(guān)性隨著像素間距離的增大而減小。在此截取模板圖像和待匹配圖像中的一個特征點進(jìn)行說明。在圖2(a)所示的模板圖像中，選取一特征點P，將以該點為中心的(2M+1)×(2N+1)區(qū)域作為比對范圍。在圖2(b)所示的待匹配圖像中也同樣選取(2M+1)×(2N+1)大小的區(qū)域作為比對范圍。將待匹配圖像上比對范圍內(nèi)的所有特征點P’均與模板圖像中特征點P進(jìn)行比對運算，計算其相關(guān)系數(shù)。為了達(dá)到最佳匹配效果，本發(fā)明將相關(guān)系數(shù)閾值定為0.8，即當(dāng)求得的相關(guān)系數(shù)大于0.8時，初始認(rèn)為此點是模板圖像中特征點P的匹配點并將其保留、記錄。如果待匹配圖像中僅有一點與模板圖像中的特征點P相匹配，那么就將該點定義為完全匹配點，如果有多個點與模板圖像中特征點P匹配則作為候選匹配點。當(dāng)求得的相關(guān)系數(shù)小于0.8時，則認(rèn)為此點不是模板圖像中特征點P的匹配點并將其剔除，經(jīng)過上述像素相關(guān)性匹配算法可去除無用點。

另外，飛機目標(biāo)是一個多邊形的立體結(jié)構(gòu)，其角點特征比較明顯，而角點是特征點的重要組成部分，對于飛機的輪廓應(yīng)該提前提取出特征點，通過多次試驗選取出比較容易檢測的特征點，定義為模板圖像并保存在計算機10中，這樣在得到采集的近紅外數(shù)字圖像后便于進(jìn)行實時數(shù)據(jù)分析。