一种具有涂装反射影响补偿功能的飞机残冰检测装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。