[发明专利]一种高速运动平面上异物检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像、激光传感器信息处理领域，特别是涉及一种高速运动平面上异物检测方法及其装置。

背景技术

FOD是Foreign Object Debris的缩写，泛指系统或平面的某种外来的物质。例如，具体到机场路面，异物就是指可能损伤航空器或系统的某种外来的物质，常称为跑道异物。

FOD的种类相当多，如飞机和发动机连接件(螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等)、机械工具、飞行物品(钉子、私人证件、钢笔、铅笔等)、野生动物、树叶、石头和沙子、道面材料、木块、塑料或聚乙烯材料、纸制品、运行区的冰碴儿等等。

实验和案例都表明，机场道面上的外来物可以很容易被吸入发动机，导致发动机失效。碎片也会堆积在机械装置中，影响起落架、襟翼等设备的正常运行。据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元，2007年5月至2008年5月，中国民航共发生4500多起FOD损伤轮胎的事件。

外来物不仅会造成巨大的直接损失，还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失，间接损失至少为直接损失的4倍。

跑道异物检测与识别的自动化一直是机场跑道管理追求的目标之一。目前国际上主要的跑道异物自动检测与识别系统是英国Qinetiq公司的Tarsier系统。该系统的两个地面雷达可对跑道异物进行检测盒定位。Tarsier系统虽然有较强的功能，但是它的雷达系统成本非常高，而且对异物检测的尺寸要求相对较高。而国内目前还没有成熟的相关商用系统。

机器视觉技术基于图像传感器所采集的信息数据，运用计算机模拟动物的视觉功能，获得客观事物的图像，并且从中提取有用信息，进行处理并做出解释，从而正确的识别和理解周围环境。机器视觉的主要有以下特点：

高效低成本，计算机硬件的发展一直遵循着摩尔定理，并且CPU的价格也随着技术的发展不断降低但是性能却一直在上升，所以机器视觉系统也越来越变得低成本高效率，即所谓的性价比越来越高，并且操作起来简单，维修起来也很便宜；高精度，高精度的机器视觉系统甚至能够测量精确到0.01mm甚至更微小的级别；应用灵活，机器视觉系统可以测量各种不同的对象。比如，尺寸，大小，距离，部件定位，瑕疵等等。当要检测的对象变化后，只需要在算法和程序上做针对性的修改升级即可。连续使用时间长，由于只需要有电源提供动力，除了故障和检修，机器视觉系统可以在各种环境下进行测量和使用。

机器视觉在工业元件检测系统中应用的关键问题是图像识别算法的准确率及运算耗时。由于待检测的平面上，外部环境复杂，往往存在诸多干扰因素，如机场路面上的轮胎痕迹、水泥路面间的填充物等，这些因素都极大的影响了检测装置的准确率。而且由于异物相对于待检测的平面，往往尺寸非常小，如机场路面需要在1m*1m的范围内检测出2mm的铅弹异物，这就要求图像传感器具有极高分辨率，而直接处理这些巨大的图像数据，计算量非常大，系统运行耗时很难满足实际需求。

激光传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。激光传感器所需处理的特征数据较少，能够实现快速检测的功能，而且其对于待检测平面表面上的干扰特征(如轮胎痕迹、水泥板之间显著的填充物等)能够起到很好的抑制作用。

但是，激光的产生装置相对比较复杂且体积较大，因此会对激光传感器的应用范围要求较苛刻。对于待检测平面区域较大时，需要多个激光传感器，增加系统成本。并且，激光传感器所获取的环境特征较少，从而影响了其检测结果的准确性及结果输出的直观性。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为解决现有技术中高速运动平面上异物检测的准确率低、耗时长、成本高的问题，本发明提供一种高速运动平面上异物检测装置，包括：垂直支架，其顶端通过横杆连接图像传感器，用于抓拍图像；滑杆，与该垂直支架的底部相连，其上设有激光传感器，用于检测扫描区域与待检测平面存在高度差的异物；速度编码器，安装在运动物体上，用于获取该运动物体的速度；控制中心，用于控制图像传感器的开启并对抓拍的图像进行图像处理分析。

根据本发明的一个实施例，还包括光源，设置在该垂直支架上，用于为该图像传感器补光。

根据本发明的一个实施例，该滑杆沿着与该运动物体运动方向垂直的方向设置，该激光传感器在该滑杆上匀速滑行。