[发明专利]一种机场跑道异物检测装置及方法

权利要求书

1.一种机场跑道异物检测装置，其特征包括：图像采集模块和视觉检测模块；

所述图像采集模块包含：一字形线激光器、PCI接口的USB3.0扩展卡、高速工业相机、工业镜头和滤光片；设置所述图像采集模块为N组并排分布，其中，任意一个图像采集模块的检测区域为L，而N组图像采集模块的检测区域扩展小于L×N；

所述高速工业相机设置在机场跑道路面的正上方位置；所述一字形线激光器作为光源并与所述高速工业相机的垂直距离成α度夹角照射于路面，α的角度在30-45度范围内；所述图像采集模块中一字形线激光器发射一束光到机场跑道上，并经过机场跑道的反射后进入滤光片进行滤光，得到红色的激光后射入所述工业镜头并在高速工业相机上成像；

所述高速工业相机配合滤光片以及工业镜头垂直采集机场跑道路面的图像信息，并通过USB3.0接口的PCI扩展卡实时将所述图像信息传输给视觉检测模块；

所述视觉检测模块用于实现机场跑道异物的检测功能，并包含：图像预处理单元和特征提取检测单元；

所述图像预处理单元采用图像高斯去噪模型去除所述图像信息中的噪声点干扰，再对去噪后的图像信息进行二值化阈值分割处理，得到二值化图像；然后对相邻两帧的二值化图像进行差分运算，得到差分图像；设置所述差分图像感兴趣区域为图像中心的矩形区域；将差分图像中激光线的横轴坐标值与图像中心的矩形区域进行做差计算，得到的差值用于调整所述感兴趣区域的中心坐标，从而更新所述差分图像中的感兴趣区域；

在所述差分图像的新的感兴趣矩形区域内，特征提取检测单元运用直线检测算法检测出激光线的轮廓，计算激光线的轮廓与差分图像的水平中心线的夹角；从而根据所述夹角对激光线的轮廓进行角度矫正至水平位置，并得到矫正后的激光线轮廓；最后对所述矫正后的激光线轮廓进行遍历，得到所述矫正后的激光线轮廓在横轴坐标上的坐标值集合，并从坐标值集合中选出未处于同一水平位置的坐标点，计算出差分图像在纵轴上的图像数据跳变值和断裂值，当跳变值或断裂值大于所设置的阈值时，表示机场跑道路面上存在异常物体。

2.一种机场跑道异物检测方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、在移动平台上设置有高速工业相机，且所述高速工业相机设置在机场跑道路面的正上方位置上；

步骤2、设置一字形线激光器与所述高速工业相机的垂直距离成α度夹角照射于路面；

步骤3、设置所述移动平台的运行速度为v；设置所述高速工业相机的采集帧率为f；从而得到所述高速工业相机采集一幅图像的宽度为v/f；

步骤4、利用所述高速工业相机配合滤光片以及工业镜头垂直采集机场跑道路面的图像数据h，并对所述图像数据采用固定阈值T的阈值分割算法进行分割，获取二值图像g；

步骤5、对相邻两帧的二值图像g1和g2进行差分运算，得到差分图像Δg；

步骤6、设置所述差分图像Δg感兴趣区域为图像中心的矩形区域；将差分图像Δg中激光线的横轴坐标值与图像中心的矩形区域进行做差计算，得到的差值用于调整所述感兴趣区域的中心坐标，从而更新所述差分图像Δg中的感兴趣区域；

步骤7、在所述差分图像Δg的新的感兴趣矩形区域内，运用直线检测算法检测出激光线的轮廓，计算激光线的轮廓与差分图像Δg的水平中心线的夹角；从而根据所述夹角对激光线的轮廓进行角度矫正至水平位置，并得到矫正后的激光线轮廓；

步骤8、对所述矫正后的激光线轮廓进行遍历，得到所述矫正后的激光线轮廓在横轴坐标上的坐标值集合，并从坐标值集合中选出未处于同一水平位置的坐标点，作为疑似断裂或跳变的坐标点；再根据所设置的断裂阈值宽度和跳变阈值高度，判定超过断裂阈值宽度或跳变阈值高度的坐标点所对应的路面位置上存在异物。