[發明專利]飛機機翼表面上結冰三維冰型的實時獲取系統

有效

• 申請號: 202010534298.X
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN112836561B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 金哲巖;鄭誠毅;黎先平;趙賓賓;東喬天
• 申請（專利權）人: 同濟大學;中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
• 主分類號: G06V20/17
• 分類號: G06V20/17;G06T17/00;B64D15/20;G06T5/00;G06T7/13;G06T7/90
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及飛行器安全監測領域。一種飛機機翼表面上結冰三維冰型的實時獲取系統，其特征在于，包括：安裝在飛機舷窗內側的CCD相機群；光源系統，為安裝在飛機舷窗內側的探測光源，以及安裝在翼梢小翼內側的輔助光源；在機翼表面設置標志若干個，形成三維重構的空間位置參考；安裝在飛機內部的延時脈沖發生器；計算機；延時脈沖發生器連接所述CCD相機群并發出脈沖控制信號，使得CCD相機群能同步拍攝；所述計算機與所述CCD相機、延時脈沖發生器和光源系統連接，用于控制光源的開關、延時脈沖發生器的運行，以及完成相機群拍攝后圖片的儲存工作，并對后續圖片進行處理、三維冰型模型進行重構。

技術領域

本發明涉及飛行器安全監測領域。

背景技術

飛機結冰是指飛機飛行過程中機體上某些部件上凝聚冰層的現象。雖然現今飛機的巡航高度都已經高于容易發生結冰現象的高度，但在起飛、爬升、盤旋和降落時，仍然可能遇到比較嚴重的結冰事故。飛機結冰被航空界認定為影響飛機飛行的六大氣象因素之一。

結冰會從多方面威脅飛機的安全。機翼前緣結冰，會增加飛機的重量，改變飛機的空氣動力外形，最重要的是由于空氣動力外形的改變，引起飛機升力減小，阻力增大。結冰還會導致螺旋槳槳葉重量的不平衡，汽化器進氣管的封閉，起落架的收放困難，無線電失去作用，還會斷絕油料來源，凍結油門。

最近現有技術：

目前采用單個或兩個相機對結冰外形進行拍攝，獲取結冰的二維輪廓，得到結冰的厚度，以此預測結冰對飛機安全的危害性。但是，現有的技術不能夠獲得結冰的三維信息，也無法解決結冰的透明性問題，因此，提供的結冰信息十分有限。

采用機器視覺可代替人眼來做測量和判斷，時下機器視覺被廣泛應用在醫學、工業、農業、交通等諸多領域。通常，機器視覺涉及圖像采集、相機標定、特征點提取及匹配、三維重建等工作。

但采用機器視覺來研究飛機上結冰狀態是極具挑戰性的。根本難點在于，由于冰的透明性和強反射性始終會帶來拍攝圖片不完整，得不到完整的拍攝圖片意味著信息缺失，從而后續的檢測過程無從做起。止于此，從未有人嘗試將機器視覺技術應用于飛機機翼上結冰的實時檢測。

發明內容

本發明的目的：首次公開飛機機翼表面上結冰三維冰型的實時獲取系統，通過在飛機舷窗內側設置CCD相機群，構建特有的光源系統，并結合軟件上的改進，完全克服結冰透明性的影響。

上述目的通過如下技術方案來實現：

一種飛機機翼表面上結冰三維冰型的實時獲取系統，其特征在于，包括：

安裝在飛機舷窗內側的CCD相機群；

光源系統，為安裝在飛機舷窗內側的探測光源，以及安裝在翼梢小翼內側的輔助光源；

在機翼表面設置標志若干個，形成三維重構的空間位置參考；

安裝在飛機內部的延時脈沖發生器；

計算機；

延時脈沖發生器連接所述CCD相機群并發出脈沖控制信號，使得CCD相機群能同步拍攝；

所述計算機與所述CCD相機、延時脈沖發生器和光源系統連接，用于控制光源的開關、延時脈沖發生器的運行，以及完成相機群拍攝后圖片的儲存工作，并對后續圖片處理、三維冰型模型重構。

進一步公開，所述CCD相機群，各CCD相機單體布設于各個飛機舷窗內側，每個CCD相機根據物距確定其焦距(屬于常規技術)。

本發明通過多目機器視覺技術對飛機機翼上結冰三維冰型進行實時檢測，通過相機實時拍攝機翼上覆冰的圖片，并通過三維建模處理得到機翼上結冰過程的詳細三維信息。如此，飛機飛行時機翼在振動情況下進行實時的三維重建及數據獲取，記錄飛機飛行時每一個時刻的結冰冰型數據，提供飛行安全保障。