一种机场道面异物监测方法和监测系统与流程

本发明涉及检测系统领域，尤其涉及一种机场道面异物监测方法和监测系统。

背景技术：

在机场道面异物监测系统中，之前的扫描方式是采用云台的转动170度，把取得的图像进行图像处理，这类方式是在二维图像的基础上进行图像处理，对一些异物比如油渍，跑到划痕，轮胎印等没有三维高度的图像难以区分是否是异物，造成误报率的提高。如果通过光点式结构光测量方法来对机场道面的异物进行监测时，需要通过逐点扫描物体的方式进行测量，而图像摄取和图像处理需要的时间随着被测物体的增大而急剧增加，难以完成实时测量从而难以实现对机场道面的异物进行实时监测。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中难以完成实时测量从而难以实现对机场道面的异物进行实时监测的技术问题，提供一种机场道面异物监测方法和监测系统。

本发明提供一种实施例的机场道面异物监测方法，所述监测方法包括以下步骤：

将扫描设备和线激光器设置在机场跑道上；

控制所述扫描设备在每个扫描角度进行第一次采集和第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，其中，在所述线激光器关闭时，进行第一次采集，在所述线激光器开启时，进行第二次采集；

根据第一次采集数据进行确定在第一次采集得到的图片上存在异物，得到异物初步判断结果；

对第一次采集数据和第二次采集数据进行相减处理；

根据相减处理结果判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物；

在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出。

优选的，所述将扫描设备和线激光器设置在机场跑道上的步骤，包括以下步骤：

对每个扫描设备的设置位置进行调试；

每个扫描设备所对应的线激光器紧贴跑道所在平面设置。

优选的，对每个扫描设备的设置位置进行调试的步骤，具体为：

每个扫描设备的设置位置与每个扫描设备在其扫描范围内对应的跑道所在平面位于同一水平面上。

优选的，所述根据相减处理结果判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物的步骤，包括以下步骤：

根据相减处理结果得到异类像素值，并当所述异类像素值大于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物出现激光线；当所述异类像素值等于小于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线；

当判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线时，将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物。

本发明还提供一种实施例的机场道面异物监测系统，所述监测系统包括扫描设备、线激光器和监测中心设备，所述扫描设备和线激光器设置在机场跑道上；

扫描设备，用于在每个扫描角度进行第一次采集和第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，其中，在所述线激光器关闭时，进行第一次采集，在所述线激光器开启时，进行第二次采集；

监测中心设备，用于根据第一次采集数据进行确定在第一次采集得到的图片上存在异物，得到异物初步判断结果；对第一次采集数据和第二次采集进行相减处理；根据相减处理结果判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物；在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出。

优选的，每个扫描设备所对应的线激光器紧贴跑道所在平面设置。

优选的，每个扫描设备的设置位置与每个扫描设备在其扫描范围内对应的跑道所在平面位于同一水平面上。

优选的，所述监测中心设备还用于：根据相减处理结果得到异类像素值，并当所述异类像素值大于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物出现激光线；当所述异类像素值等于小于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线；

当判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线时，将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物。

优选的，所述扫描设备包括光学镜组与ccd相机。

本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：通过所述扫描设备在每个扫描角度在所述线激光器关闭时进行第一次采集和在所述线激光器开启时进行第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，通过第一次采集数据和第二采集数据使得采集二维图像变成三维图像，从而可以准确异物初步判断结果中的异物是否为有效的异物，即去除没有高度的疑似异物物体，从而大大降低了监控系统整体的误报率。

附图说明

图1为本发明机场道面异物监测方法一种实施例的流程图。

图2为本发明机场道面异物监测系统一种实施例的结构示意图。

图3为本发明第一次采集得到的图片一种实施例的示意图。

图4为本发明第二次采集得到的图片一种实施例的示意图。

1、扫描设备，2、线激光器，3、激光线，4、此刻的采集区域，5、整体采集区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明提供一种实施例的机场道面异物监测方法，如图1所示，所述监测方法包括以下步骤：

步骤s01，将扫描设备和线激光器设置在机场跑道上；

步骤s02，控制所述扫描设备在每个扫描角度进行第一次采集和第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，其中，在所述线激光器关闭时，进行第一次采集，在所述线激光器开启时，进行第二次采集；

步骤s03，根据第一次采集数据进行确定在第一次采集得到的图片上存在异物，得到异物初步判断结果；

步骤s04，对第一次采集数据和第二次采集进行相减处理；

步骤s05，根据相减处理结果判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物；

步骤s06，在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出。

在步骤s02中，通过电路板上的控制器控制线激光器的开启与关闭也同时控制所述扫描设备即相机的曝光功能进行取图。

在步骤s04，根据图像区域像素对比的方法，把图像进行区域分块对比两张图片每一块的像素值细节的改变，由于有激光线像素值与无激光线像素值之间具有很大的差异，所以通过对比可以分辨的出来那一块区域是否是其有明显的线状变化。

本发明的机场道面异物监测方法，通过所述扫描设备在每个扫描角度在所述线激光器关闭时进行第一次采集和在所述线激光器开启时进行第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，通过第一次采集数据和第二采集数据使得采集二维图像变成三维图像，从而可以准确异物初步判断结果中的异物是否为有效的异物，即去除没有高度的疑似异物物体，从而大大降低了监控系统整体的误报率，即分辨跑道划痕误报，光影误报，水渍误报等非异物类误报的发生。

具体的，每个扫描角度可以为10度，20度等，根据实际的应用进行设定。

在具体实施中，所述将扫描设备和线激光器设置在机场跑道上的步骤，包括以下步骤：

对每个扫描设备的设置位置进行调试；

每个扫描设备所对应的线激光器紧贴跑道所在平面设置。

具体的，对每个扫描设备的设置位置进行调试的步骤，具体为：

每个扫描设备的设置位置与每个扫描设备在其扫描范围内对应的跑道所在平面位于同一水平面上。

在具体实施中，所述根据相减处理判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物的步骤，包括以下步骤：

根据相减处理结果得到异类像素值，并当所述异类像素值大于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物出现激光线；当所述异类像素值等于小于阈值时，判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线；

当判断得到第一次采集得到的图片上的异物没有出现激光线时，将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物。

具体的，由于线激光像素区域在图像处理中是一个有规律的变化区域不是一个明显的线激光点，因此图像处理中通过前后两次的图像变化已经得到图像的线激光点，然后再对图像的线激光点的所在区域进行标记。根据图像处理算法中的差值法处理结果得到异类像素值的算法具体为三步骤：

第一步，图像滤波。

在研究机场道面图像时，首先要对获得的图像信息进行预处理，过滤掉干扰、噪声等，这样可提高信噪比。同时考虑到计算速度，选取小区域的平均值滤波和中值滤波相结合的方法，首先对窗口像素排序去掉1/2左右的像素，余下的像素取平均值。这样既能较好的保存原图像的信息，又能平滑噪声。

首先应用中值滤波的思想排除奇异值，获得保留中值群；然后再应用算术平均值获得窗口输出值。因此，可以通过选择保留中值群所含数值的数量，在噪声抑制、平滑区域和边缘保护之间进行协调选择。这种方法用于边界提取之前的区域平滑及少量噪声的滤除有一定效果。

第二步，图像匹配。

把第一次不开线激光时刻的幅图象与当前开线激光器图像进行匹配，找到有效匹配范围最大的图像。为了减少计算量，匹配时把第一次不开线激光的图象几个固定小区域作为模板，在当前图像一定区域内漫游，得到最小测度和，记录模板的左上角初始位置，给下一步提供位置参数；这里所说的测度，主要依据分数维理论，对局部区域采用地毯覆盖法得到分数维数，然后量化，给出一个局部小区域的量化值，然后根据量化值编码。这样可以避免光强变化对匹配产生的影响。

在bt算法中，所有三维灰度图像表面ε范围内的点都要考虑，若图像表面灰度为g(i,j)(i,j为坐标)，覆盖顶部表面为uε(i,j)，覆盖底部表面为bε(i,j)，则最初ε＝0时，有g(i,j)＝u0(i,j)＝b0(i,j)，ε＝1,2,...,时，覆盖上下面为：

且，ε是覆盖的数量，覆盖面积a(ε)为：

mandelbort定义了一个表面分维数：a(ε)＝fε^2-d此处f是常数而d是表面的分维数。分维数可以从log[a(ε)]和log(ε)的线性拟合估计出来，拟合线斜率即为2-d。此算法用于计算2d表面的分维数，一般取局部窗口(例如：3×3，5×5，11×11等)计算局部分维数。窗口尺度越大，计算量亦越大。

针对匹配，采用大尺度分辨率，通过计算图像的分数维数编码，然后将两次图像分数位数编码比较，若是相同则匹配，然后计算总的子集匹配数量，给出两幅图像匹配程度的可比较量。

第三步，图像差别分形提取。

根据第二步的匹配关系，把可靠匹配的部分划分为更小的子集，取得各子集的分数维数，在上一级子集对应把各小子集编码，与其配对图像比较编码，搜索不能匹配的子集，给出不匹配程度的一维度量，找到大于已定阈值的最基础子集，即为异物可疑区域，也就是出现了线激光。

最后，判断结果分为两种方式输出：一是无线激光异物；二是存在线激光。

具体过程阐述：

对第一次未开线激光器采集得到的图片进行原始异物识别算法判断是否有异物，然后再把第一次未开激光器得到的图片与第二次开线激光器采集得到的图片进行差值法的图像处理，根据像素相减的图像处理结果可以判断的第二次开线激光器采集得到的图片上的线激光是否在第一次未开线激光器采集得到的图片里，如果异物是立体形状那么会在异物表面形成一道线激光线，如果异物是非立体形状那么线激光不会出现在第二次采集得到的图片上，即图像处理相减后得到异类像素值应为阈值以下，因为线激光被投射到无限远处，通过这两次的判断来确定异物是否是立体的，从而分辨跑道划痕误报，光影误报，水渍误报等非异物类误报的发生。

也就是说，首先由于机场跑道不是一个基准的水平面，通过调试扫描设备以使每一个扫描设备在其扫描范围中平面和所述跑道在每一个扫描设备在其扫描范围中所在平面位于同一水平面，另外在每一个扫描设备紧贴地面的位置加载对应的线激光器，使其线激光器与跑道平行设置并紧贴跑道所在平面。

当扫描设备进行图像采集时，扫描设备在每个预设角度停止转动，并实现在同一时刻同一角度两次拍照，一次拍照时开启线激光器，一次拍照时不开启线激光器，扫描结束后，在图像处理中先对第一次没有线激光的图像进行原有的图像处理判断其中的异物，然后进行对同一时刻同一角度两次开与关激光的图像进行图像处理方面的相减处理，找出其中的线激光像素点进行标记，并通过光栅条纹遇到有高度的异物时发生形的情况，通过在图像处理中标记的激光线像素的改变进行判断，第一次图像处理中的线激光中的异物是否有其高度，从而确定是否有三维高度来判断其是否是疑似异物。

具体的，两次拍摄过程其实每一次都是与模板进行图像处理判断的，而开线激光再取图片只是图像处理中的另一个部分是专门为了确认异物是否有其高度的，也就是在第一次的取图进行图像处理后，再一次进行的二次判断。总体判断步骤应该是这样的，最开始认为跑道干净的情况下进行模板的采集，不开线激光器。然后设备开始不停的扫描，其中每次扫描分成开开线激光扫描与不开线激光扫描，假设有异物，通过不开线激光扫描我们可以得到第一次的对异物的判断结果，但是是否报出来的异物都是明确的异物我们不清楚，所以才会需要再一次对开线激光器的图像进行第二次的图像处理，而这次的图像处理是专门为了去除第一次报警的一些异物中没有实体高度的异物，去除后的其它异物我们认为是明确的异物。

在具体实施中，图像处理过程分为两步，第一步进行初步的异物识别在第一次未开激光线激光器时采集的图片中进行图像处理，如图3所示出现两个异物并且还有油渍水痕等，那么在第一步识别中异物初步判断结果为识别出来三个可疑异物，然后进行第二次的结构光方式的采集的图片，如图4所示，发现远处被线激光照射的异物11近处被线激光照射的异物12上出现激光线，在图像处理中通过相减法判断出异物的激光线，但是跑道上的油渍水痕13缺没有判断出有激光线，那么可以认为其跑道上的油渍水痕13为没有实体高度的非标准异物。这样在最后的图像处理中在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出，这样就完成了对没有实际高度的疑似异物进行的确认工作。减少了误报，提高了监测系统的工作效率。

在具体实施中，通过在监测方法中加入线结构光的方式在整体上对机场道面异物监控的图像处理起到了一定的辅助作用，对原来在图像处理中出现的异物，比如油渍，划痕，轮胎印等没有实体高度的异物，进行了二次确认筛选，从而大大降低了监控系统整体的误报率。

本发明提供一种实施例的机场道面异物监测系统，如图2所示，所述监测系统包括扫描设备1、线激光器2和监测中心设备，所述扫描设备1和线激光器2设置在机场跑道上；

扫描设备1，用于在每个扫描角度进行第一次采集和第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，其中，在所述线激光器2关闭时，进行第一次采集，在所述线激光器2开启时，进行第二次采集；

监测中心设备，用于根据第一次采集数据进行确定在第一次采集得到的图片上存在异物，得到异物初步判断结果；对第一次采集数据和第二次采集进行相减处理；根据相减处理结果判断在第一次采集得到的图片上的异物是否出现激光线，并将没有出现激光线的异物标记为无实体高度的非标准异物；在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出。

本发明的机场道面异物监测系统，通过所述扫描设备在每个扫描角度在所述线激光器关闭时进行第一次采集和在所述线激光器开启时进行第二采集，得到第一次采集数据和第二采集数据，通过第一次采集数据和第二采集数据使得采集二维图像变成三维图像，从而可以准确异物初步判断结果中的异物是否为有效的异物，即去除没有高度的疑似异物物体，从而大大降低了监控系统整体的误报率。

在具体实施中，每个扫描设备1所对应的线激光器2紧贴跑道所在平面设置。具体的，所述扫描设备包括光学镜组与ccd相机。

在具体实施中，每个扫描设备1的设置位置与每个扫描设备在其扫描范围内对应的跑道所在平面位于同一水平面上。

在具体实施中，所述监测中心设备还用于：

根据相减处理结果找出其中的线激光像素点进行标记，并通过光栅条纹遇到有高度的异物时发生形的情况；

通过在图像处理中标记的激光线像素的改变进行判断，第一次图像处理中的线激光中的异物是否有其高度。

如图2所示，扫描设备1由光学镜组与ccd相机结合方式采集图片，夜晚会开始激光照明方式进行夜间的图像采集，加入线激光器2构成结构光方式进行图像的两次采集，一次为不开启线激光器2，一次为开启线激光器2。如果在线激光器2的照射范围内异物足够长且有一定高度，那么异物上便可以清晰的看到激光线3。扫描设备1停留在此刻的采集区域4进行同一时刻同一角度两次的采集图片。通过扫描设备1在采集过程中的转动完成采集整体采集区域5内所有角度的图片。

在具体实施中，图像处理过程分为两步，第一步进行初步的异物识别在第一次未开激光线激光器时采集的图片中进行图像处理，如图3所示出现两个异物并且还有油渍水痕等，那么在第一步识别中异物初步判断结果为识别出来三个可疑异物，然后进行第二次的结构光方式的采集的图片，如图4所示，发现远处被线激光照射的异物11近处被线激光照射的异物12上出现激光线，在图像处理中通过相减法判断出异物的激光线，但是跑道上的油渍水痕13缺没有判断出有激光线，那么可以认为其跑道上的油渍水痕13为没有实体高度的非标准异物。这样在最后的图像处理中在异物初步判断结果中将无实体高度的非标准异物删除，得到异物最终判断结果并输出，这样就完成了对没有实际高度的疑似异物进行的确认工作。减少了误报，提高了监测系统的工作效率。

在具体实施中，通过在监测方法中加入线结构光的方式在整体上对机场道面异物监控的图像处理起到了一定的辅助作用，对原来在图像处理中出现的异物，比如油渍，划痕，轮胎印等没有实体高度的异物，进行了二次确认筛选，从而大大降低了监控系统整体的误报率。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。