机场跑道病害视觉检测方法研究
发布时间：2021-08-01 21:08
近几年民用航空技术迅速发展,随之而来机场区域的安全保障对飞机成功起飞和降落起着决定性作用。而机场跑道病害为航空器飞行安全带来巨大的安全隐患,针对机场跑道病害视觉检测方法的研究,本文主要对机场跑道采集时的图像处理和采集后的病害检测进行了研究,具体包括图像采集系统设计及视觉检测系统的标定方法研究、机场跑道病害检测前的图像预处理研究、机场跑道病害检测研究三个方面。（1）研究了线阵CCD相机的标定方法,为提高线阵CCD相机内参校准精度,确定准确的摄像机模型,结合线阵CCD成像特性,借助于小孔成像模型和垂线法,提出建立线阵CCD相机成像的非参数模型来进行内参校准,直接确定空间特征点与成像点间的映射关系以及理想成像点与实际成像点间的畸变量大小,同时选择重投影误差作为评价标准,对比分析其优势。（2）研究机场跑道病害检测前的图像预处理。首先对机场跑道图像采集进行了误差补偿;其次针对环境中常出现的高斯噪声和椒盐噪声两者的混合噪声,基于自适应中值滤波算法对椒盐噪声的敏感,加权梯度倒数滤波算法对高斯噪声的敏感,双边滤波算法的保边降噪优点,提出了一种融合自适应梯度加权倒数的双边滤波算法。然后施加两者不同强度的...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
跑道病害
2中国民航大学硕士学位论文降落起着决定性作用。如图1-2所示，跑道出现的裂纹、胶痕对高速转动的机轮有可能造成轮胎破损，微小的跑道脱落物可能会造成发动机故障，均可能致使一定的生命财产甚至航空灾难的发生等。当机场跑道道面出现了横、纵向裂纹、块状裂纹，周向裂纹、龟裂以及橡胶胶痕和跑道脱落物等病害时，不但是影响了机场跑道道面的整体美观，更为突出的致命要点是这些病害所隐藏着巨大的安全隐患。在机场跑道道面遭到这些病害尤其是裂纹与胶痕后，极大影响到跑道寿命及航空器的起降安全，这使得机场跑道病害检测技术的提高也迫在眉睫[6-7]。（a）飞机轮胎磨损（b）飞机冲出跑道（c）空难图1-2跑道病害的危害综上所述，针对以上待解决问题，本课题拟对机场跑道病害采用视觉检测方法，通过车载移动装置配合高速线阵CCD扫描成像系统对机场跑道扫描进行图像采集，研究机场跑道病害检测和识别的图像处理等相关技术与方法。重点针对机场跑道图像采集前对线阵CCD摄像机的内参校准，采集过程中的误差补偿、图像拼接，以及研究图像噪声去除问题以期得到高质量的机场跑道图像，为后续精确的实现机场跑道病害的检测与识别提供现实依据基矗1.2机场跑道病害检测的国内外研究现状1970年初往后，法国交通管理有关研发部门逐步推出更新换代的路面摄影车(GERPHO)。如图1-3所示，人们对机场跑道病害的检测由最初的人字墙耗时、耗力的人工检测，且工作环境充满众多的不安全性和不确定性，而且受人为因素影响太大，转换到通过移动车载PC机进行人工记录和分析数据，进而很大程度有效地避免了人工检查现场的风险性[8]。
3中国民航大学硕士学位论文图1-3跑道病害的人工检测20世纪50年代，美国地球技术公司(EarthTechnologyCorporation)牵头研发出了路面状况评价系统(PavementConditionEvaluationService-PCES)[9]，如图1-4的图a所示，该装置首次引入行式扫描摄像机。行式扫描摄像机以20Mhz频率，512×512像素/次对道面进行图像采集。移动测试车载装置安装有补光源，在光线不足或外界环境光线过强时可自动给予或补偿光源，速度最快可控制在100km/h。伴随着数字化进程的发展，在机场跑道道面病害探测系统自动报警预警功能开发，高速CCD摄像机和计算机视觉技术的广泛推广与发展，此时具有一定示范和发挥引导作用有IMS工作室的PAVUE系统、美国PAVEDEX研发部门的PAS1系统、澳大利亚NSW交通运输局与CRISO公司联合研发的具有高度智能化的机场跑道破损检测车RoadCrack等。此外，瑞典基设服务(IME)在1995年先后开发出更新中的PAVUE系统，如图1-4图c所示，该移动车载装置主要包括数据采集与储存系统和图像分析与检测系统。其中数据采集系统含有速度移动补偿装置、照明系统、摄像装置等，时速可控制在8-88km/h，对于机场跑道病害中的裂纹检测有良好的效果，但是整个检测系统装置的实现成本相对来说都比较高，除此外在车载软硬件中的图像处理系统含有很强的微处理器提高检测时效性[10]。（a）美国地球科技公司PCES系统（b）加拿大Roadware公司ARAN
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用非参模型的线阵CCD内参校准方法[J]. 吴军,徐鋆,李雁玲,李泽川,李鑫. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[2]基于对极约束的双目立体视觉标定精度评价方法[J]. 张青哲,王勇. 激光与光电子学进展. 2019(23)
[3]基于改进的双边滤波与非下采样剪切波变换的图像去噪[J]. 荆方,刘增力. 通信技术. 2019(01)
[4]基于深度卷积神经网络的隧道衬砌裂缝识别算法[J]. 柴雪松,朱兴永,李健超,薛峰,辛学仕. 铁道建筑. 2018(06)
[5]基于多种算法的高速公路路面裂纹检测分析[J]. 陈齐平,肖强,张敏,康盛,刘禹,吴明明. 公路. 2018(06)
[6]一种用于图像拼接的改进ORB算法[J]. 王健,于鸣,任洪娥. 液晶与显示. 2018(06)
[7]基于改进GMS和加权投影变换的图像配准算法[J]. 陈方杰,韩军,王祖武,张国强,成坚炼. 激光与光电子学进展. 2018(11)
[8]基于机器视觉的非平整物体表面凸起异物检测方法[J]. 罗立浩,许亮. 计算机测量与控制. 2018(05)
[9]结合最佳缝合线和改进渐入渐出法的图像拼接算法[J]. 罗永涛,王艳,张红民. 红外技术. 2018(04)
[10]基于局部图像纹理计算的隧道裂缝视觉检测技术[J]. 王耀东,朱力强,史红梅,方恩权,杨玲芝. 铁道学报. 2018(02)
博士论文
[1]基于图像的农作物病害识别关键算法研究[D]. 宋丽娟.西北大学 2018
[2]图像去噪中几种优化算法的相关研究[D]. 杨昊.电子科技大学 2016
[3]机场跑道视频异物检测与识别关键技术研究[D]. 牛犇.南京航空航天大学 2016
硕士论文
[1]隧道裂缝图像智能匹配与变化趋势检测算法研究[D]. 王春薇.北京交通大学 2017
[2]基于线阵CCD旋转扫描的图像重建与目标检测方法研究[D]. 王文超.南京理工大学 2017
[3]地铁隧道图像数据分析系统[D]. 亓大鹏.北京交通大学 2016
[4]基于机器视觉的表面平整度检测方法研究[D]. 谢剑.中南大学 2014
[5]雾天机场跑道异物检测算法研究[D]. 张东海.中国民航大学 2013
[6]隧道衬砌裂缝车载检测图像分析研究[D]. 王睿.西南交通大学 2012
[7]图像去噪处理技术[D]. 郭斌.西安电子科技大学 2012
[8]石油开采过程中的散装油管计数方法研究[D]. 于联周.东北大学 2012
[9]基于SIFT的图像配准及其应用研究[D]. 李颖.中南民族大学 2012
[10]基于图像处理的混凝土裂缝宽度检测技术的研究[D]. 卢晓霞.电子科技大学 2010
本文编号：3316248
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
跑道病害
2中国民航大学硕士学位论文降落起着决定性作用。如图1-2所示，跑道出现的裂纹、胶痕对高速转动的机轮有可能造成轮胎破损，微小的跑道脱落物可能会造成发动机故障，均可能致使一定的生命财产甚至航空灾难的发生等。当机场跑道道面出现了横、纵向裂纹、块状裂纹，周向裂纹、龟裂以及橡胶胶痕和跑道脱落物等病害时，不但是影响了机场跑道道面的整体美观，更为突出的致命要点是这些病害所隐藏着巨大的安全隐患。在机场跑道道面遭到这些病害尤其是裂纹与胶痕后，极大影响到跑道寿命及航空器的起降安全，这使得机场跑道病害检测技术的提高也迫在眉睫[6-7]。（a）飞机轮胎磨损（b）飞机冲出跑道（c）空难图1-2跑道病害的危害综上所述，针对以上待解决问题，本课题拟对机场跑道病害采用视觉检测方法，通过车载移动装置配合高速线阵CCD扫描成像系统对机场跑道扫描进行图像采集，研究机场跑道病害检测和识别的图像处理等相关技术与方法。重点针对机场跑道图像采集前对线阵CCD摄像机的内参校准，采集过程中的误差补偿、图像拼接，以及研究图像噪声去除问题以期得到高质量的机场跑道图像，为后续精确的实现机场跑道病害的检测与识别提供现实依据基矗1.2机场跑道病害检测的国内外研究现状1970年初往后，法国交通管理有关研发部门逐步推出更新换代的路面摄影车(GERPHO)。如图1-3所示，人们对机场跑道病害的检测由最初的人字墙耗时、耗力的人工检测，且工作环境充满众多的不安全性和不确定性，而且受人为因素影响太大，转换到通过移动车载PC机进行人工记录和分析数据，进而很大程度有效地避免了人工检查现场的风险性[8]。
3中国民航大学硕士学位论文图1-3跑道病害的人工检测20世纪50年代，美国地球技术公司(EarthTechnologyCorporation)牵头研发出了路面状况评价系统(PavementConditionEvaluationService-PCES)[9]，如图1-4的图a所示，该装置首次引入行式扫描摄像机。行式扫描摄像机以20Mhz频率，512×512像素/次对道面进行图像采集。移动测试车载装置安装有补光源，在光线不足或外界环境光线过强时可自动给予或补偿光源，速度最快可控制在100km/h。伴随着数字化进程的发展，在机场跑道道面病害探测系统自动报警预警功能开发，高速CCD摄像机和计算机视觉技术的广泛推广与发展，此时具有一定示范和发挥引导作用有IMS工作室的PAVUE系统、美国PAVEDEX研发部门的PAS1系统、澳大利亚NSW交通运输局与CRISO公司联合研发的具有高度智能化的机场跑道破损检测车RoadCrack等。此外，瑞典基设服务(IME)在1995年先后开发出更新中的PAVUE系统，如图1-4图c所示，该移动车载装置主要包括数据采集与储存系统和图像分析与检测系统。其中数据采集系统含有速度移动补偿装置、照明系统、摄像装置等，时速可控制在8-88km/h，对于机场跑道病害中的裂纹检测有良好的效果，但是整个检测系统装置的实现成本相对来说都比较高，除此外在车载软硬件中的图像处理系统含有很强的微处理器提高检测时效性[10]。（a）美国地球科技公司PCES系统（b）加拿大Roadware公司ARAN
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用非参模型的线阵CCD内参校准方法[J]. 吴军,徐鋆,李雁玲,李泽川,李鑫. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[2]基于对极约束的双目立体视觉标定精度评价方法[J]. 张青哲,王勇. 激光与光电子学进展. 2019(23)
[3]基于改进的双边滤波与非下采样剪切波变换的图像去噪[J]. 荆方,刘增力. 通信技术. 2019(01)
[4]基于深度卷积神经网络的隧道衬砌裂缝识别算法[J]. 柴雪松,朱兴永,李健超,薛峰,辛学仕. 铁道建筑. 2018(06)
[5]基于多种算法的高速公路路面裂纹检测分析[J]. 陈齐平,肖强,张敏,康盛,刘禹,吴明明. 公路. 2018(06)
[6]一种用于图像拼接的改进ORB算法[J]. 王健,于鸣,任洪娥. 液晶与显示. 2018(06)
[7]基于改进GMS和加权投影变换的图像配准算法[J]. 陈方杰,韩军,王祖武,张国强,成坚炼. 激光与光电子学进展. 2018(11)
[8]基于机器视觉的非平整物体表面凸起异物检测方法[J]. 罗立浩,许亮. 计算机测量与控制. 2018(05)
[9]结合最佳缝合线和改进渐入渐出法的图像拼接算法[J]. 罗永涛,王艳,张红民. 红外技术. 2018(04)
[10]基于局部图像纹理计算的隧道裂缝视觉检测技术[J]. 王耀东,朱力强,史红梅,方恩权,杨玲芝. 铁道学报. 2018(02)
博士论文
[1]基于图像的农作物病害识别关键算法研究[D]. 宋丽娟.西北大学 2018
[2]图像去噪中几种优化算法的相关研究[D]. 杨昊.电子科技大学 2016
[3]机场跑道视频异物检测与识别关键技术研究[D]. 牛犇.南京航空航天大学 2016
硕士论文
[1]隧道裂缝图像智能匹配与变化趋势检测算法研究[D]. 王春薇.北京交通大学 2017
[2]基于线阵CCD旋转扫描的图像重建与目标检测方法研究[D]. 王文超.南京理工大学 2017
[3]地铁隧道图像数据分析系统[D]. 亓大鹏.北京交通大学 2016
[4]基于机器视觉的表面平整度检测方法研究[D]. 谢剑.中南大学 2014
[5]雾天机场跑道异物检测算法研究[D]. 张东海.中国民航大学 2013
[6]隧道衬砌裂缝车载检测图像分析研究[D]. 王睿.西南交通大学 2012
[7]图像去噪处理技术[D]. 郭斌.西安电子科技大学 2012
[8]石油开采过程中的散装油管计数方法研究[D]. 于联周.东北大学 2012
[9]基于SIFT的图像配准及其应用研究[D]. 李颖.中南民族大学 2012
[10]基于图像处理的混凝土裂缝宽度检测技术的研究[D]. 卢晓霞.电子科技大学 2010
本文编号：3316248
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