基于近紅外光譜的飛機殘冰檢測技術研究與應用.pdf

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

2、吸收/反射特性進行了深入研究，并提出了一種全新的近紅外多光譜（NIR）殘冰檢測法。主要研究內容包括：
　　1?、對殘冰反射/散射機理及紅外多光譜檢測理論進行研究。由于殘冰本身特性以及與飛機機體材料特性不同，當紅外光源發(fā)射出的光線在到達不同表面時將產生不同的反射和散射。根據飛機殘冰的反射/散射特性，選取合適的探測波長使被測機體與殘冰產生顯著的差異，來探測飛機殘冰的存在和對應位置。
　　2?、構建了包括紅外多光譜冰雪檢測單元和視

3、覺檢測區(qū)域定位單元的紅外多光譜探測系統(tǒng)。視覺檢測區(qū)域定位單元采用基于姿態(tài)估計的方法利用CCD相機和特定飛機機型結構特征的檢測區(qū)域定位，以便準確地確定殘冰位置。系統(tǒng)分別檢測參考波段、低波段和高波段的反射光強。該系統(tǒng)中采用分時采集方式，在輪盤的控制驅動下將三波段濾光片分時在鏡頭前部轉換并采集對應圖像，通過數據處理獲取三波段圖像的對比度值，再進行判斷識別出被測表面上的殘冰，檢測其厚度，并以偽彩色圖像的方式進行實時顯示。
　　3?、提出了

4、一種改進的RANSAC魯棒匹配算法，實現對多通道圖像像素的快速匹配，以保殘冰證檢測的精度。算法加入了視差梯度約束和有效面積約束的預檢驗步驟，有效的降低了計算錯誤單應矩陣的次數，從而消除相應單應矩陣的檢驗環(huán)節(jié)。以改進的RANSAC魯棒算法為基礎，利用四幅圖像的特征點相關關系，提出了四幅圖像匹配算法的匹配框架，進一步提高了匹配效率，縮短了匹配時間。
　　4?、進行飛機蒙皮材質、涂裝層以及背景紅外輻射影響消除策略研究，完成系統(tǒng)的補償與修

5、正?，F在運行的民航飛機其蒙皮材料以鋁合金為主、以復合材料為發(fā)展趨勢。對不同的飛機蒙皮材質以及涂裝層顏色的反射光譜特性的差異和影響進行補償修正，以提高系統(tǒng)的檢測準確性。同時，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償方法和系統(tǒng)，起到補償與修正作用。
　　5?、提出了基于飛機結構特征的飛機殘冰檢測區(qū)域定位方法。構建包括紅外相機和定位相機的殘冰定位系統(tǒng)，預校準兩者間的位姿關系并固定，由紅外相機實現飛機局部區(qū)域的