基于近紅外光譜的飛機(jī)殘冰檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、冬季惡劣天氣條件下，飛機(jī)在除冰后和起飛前必須進(jìn)行殘冰檢測(cè)以保證飛機(jī)飛行安全。飛機(jī)除冰不完善及二次結(jié)冰所導(dǎo)致的殘冰附著是影響民航冬季安全運(yùn)行的重要隱患，并在國(guó)內(nèi)外造成多起空難。因此提高飛機(jī)殘冰檢測(cè)技術(shù)手段是保障民航冬季安全運(yùn)行的重要任務(wù)。隨著民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，目前大量使用的人工目視及觸覺(jué)殘冰檢測(cè)方法已不能滿足民航冬季高效安全運(yùn)行的需求。
　　針對(duì)常規(guī)人工檢測(cè)存在的誤檢率高、易漏檢、速度慢等問(wèn)題，本文對(duì)飛機(jī)蒙皮上殘冰的近紅外多光譜

2、吸收/反射特性進(jìn)行了深入研究，并提出了一種全新的近紅外多光譜（NIR）殘冰檢測(cè)法。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1?、對(duì)殘冰反射/散射機(jī)理及紅外多光譜檢測(cè)理論進(jìn)行研究。由于殘冰本身特性以及與飛機(jī)機(jī)體材料特性不同，當(dāng)紅外光源發(fā)射出的光線在到達(dá)不同表面時(shí)將產(chǎn)生不同的反射和散射。根據(jù)飛機(jī)殘冰的反射/散射特性，選取合適的探測(cè)波長(zhǎng)使被測(cè)機(jī)體與殘冰產(chǎn)生顯著的差異，來(lái)探測(cè)飛機(jī)殘冰的存在和對(duì)應(yīng)位置。
　　2?、構(gòu)建了包括紅外多光譜冰雪檢測(cè)單元和視

3、覺(jué)檢測(cè)區(qū)域定位單元的紅外多光譜探測(cè)系統(tǒng)。視覺(jué)檢測(cè)區(qū)域定位單元采用基于姿態(tài)估計(jì)的方法利用CCD相機(jī)和特定飛機(jī)機(jī)型結(jié)構(gòu)特征的檢測(cè)區(qū)域定位，以便準(zhǔn)確地確定殘冰位置。系統(tǒng)分別檢測(cè)參考波段、低波段和高波段的反射光強(qiáng)。該系統(tǒng)中采用分時(shí)采集方式，在輪盤的控制驅(qū)動(dòng)下將三波段濾光片分時(shí)在鏡頭前部轉(zhuǎn)換并采集對(duì)應(yīng)圖像，通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲取三波段圖像的對(duì)比度值，再進(jìn)行判斷識(shí)別出被測(cè)表面上的殘冰，檢測(cè)其厚度，并以偽彩色圖像的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
　　3?、提出了

4、一種改進(jìn)的RANSAC魯棒匹配算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道圖像像素的快速匹配，以保殘冰證檢測(cè)的精度。算法加入了視差梯度約束和有效面積約束的預(yù)檢驗(yàn)步驟，有效的降低了計(jì)算錯(cuò)誤單應(yīng)矩陣的次數(shù)，從而消除相應(yīng)單應(yīng)矩陣的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。以改進(jìn)的RANSAC魯棒算法為基礎(chǔ)，利用四幅圖像的特征點(diǎn)相關(guān)關(guān)系，提出了四幅圖像匹配算法的匹配框架，進(jìn)一步提高了匹配效率，縮短了匹配時(shí)間。
　　4?、進(jìn)行飛機(jī)蒙皮材質(zhì)、涂裝層以及背景紅外輻射影響消除策略研究，完成系統(tǒng)的補(bǔ)償與修

5、正。現(xiàn)在運(yùn)行的民航飛機(jī)其蒙皮材料以鋁合金為主、以復(fù)合材料為發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)不同的飛機(jī)蒙皮材質(zhì)以及涂裝層顏色的反射光譜特性的差異和影響進(jìn)行補(bǔ)償修正，以提高系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確性。同時(shí)，為克服紅外光源不穩(wěn)定以及背景紅外干擾的影響，提出一種基于積分球的補(bǔ)償方法和系統(tǒng)，起到補(bǔ)償與修正作用。
　　5?、提出了基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)特征的飛機(jī)殘冰檢測(cè)區(qū)域定位方法。構(gòu)建包括紅外相機(jī)和定位相機(jī)的殘冰定位系統(tǒng)，預(yù)校準(zhǔn)兩者間的位姿關(guān)系并固定，由紅外相機(jī)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)局部區(qū)域的