一种机场跑道胶痕自动识别方法技术

一种机场跑道胶痕自动识别方法。其包括构建跑道胶痕识别系统；采集机场跑道着落区路面原始图像，裁剪下除胶设备不能触及区域，得到有效识别区域图像；建立RGB立方体模型，确定标准灰度线和灰度空间，并将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域；利用阈值K将有效识别区域图像中的黑色胶痕与其他物体区分开，将有效识别区域图像数据经矩阵变换映射到RGB立方体模型中，得到机场跑道胶痕识别公式，利用该公式识别出重度胶痕区、轻度胶痕区、无胶痕区和跑道异物等步骤。本发明专利技术效果：运用RGB颜色空间识别方法，可以快速、准确地识别跑道异物、重度胶痕区、轻度胶痕区与无胶痕区，从而为下一步胶痕清理工作提供有效数据。

An Automatic Recognition Method of Rubber Marks on Airport Runway

【技术实现步骤摘要】
一种机场跑道胶痕自动识别方法
本专利技术属于图像自动识别
，特别是涉及一种基于RGB颜色空间图像识别算法的机场跑道胶痕自动识别方法。
技术介绍
由于飞机起降时，起落架上机轮轮胎与跑道路面剧烈摩擦时会产生一种黑色胶带状物质，俗称黑色胶痕，由此在跑道着落区一万平方米范围内形成“黑迹”。随着民航业的快速发展，机场跑道上飞机起降变得日益密集，使得跑道着落区路面上附着的黑色胶痕不断增厚，导致机轮轮胎与跑道之间的摩擦系数不断降低，如果不及时对跑道路面上的黑色胶痕进行清除，将给飞机着陆带来严重的安全隐患。目前，国内外部分大型机场飞机跑道除胶工作，大多先依靠工作人员在飞机跑道上找到胶痕，再采用高压水冲洗、机械刷打磨、化学药剂清洗等方法清除这些胶痕。这种完全依赖人力的除胶方法，不仅影响了机场跑道除胶的工作效率，而且与当前特种设备无人化、智能化等高新技术的发展方向不符。现阶段有人提出对跑道黑色胶痕自动识别的相关技术，但该技术仅局限于从跑道中识别出胶痕，但会将跑道标志线和异物两者与胶痕混淆，识别能力差，识别精度低，不具备实际应用的可行性。因此，如何自动地、精确地识别胶痕，并对其轻重程度进行准确判断就当前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于RGB颜色空间的图像识别算法的机场跑道胶痕自动识别方法，不仅能够高效、准确地识别胶痕，还能在分辨白色标志线、异物与黑色胶痕三者的同时智能地识别重度胶痕区与轻度胶痕区。为了达到上述目的，本专利技术提供的机场跑道胶痕自动识别方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)构建跑道胶痕识别系统；所述的跑道胶痕识别系统包括上位机和下位机；其中：上位机包括无线网卡和PC机；下位机包括单片机、摄像头和WIFI模块，其中，单片机分别与摄像头和WIFI模块相连接，WIFI模块通过无线网卡与PC机连接；步骤2)利用摄像头实时采集机场跑道着落区路面的原始图像，然后经单片机、WIFI模块和无线网卡传送给PC机，在PC机中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像；步骤3)建立RGB立方体模型，将机场跑道着落区路面上所有的颜色表示出来，确定标准灰度线和灰度空间，并将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域；步骤4)利用阈值K将上述有效识别区域图像中的黑色胶痕与其他物体区分开，然后将有效识别区域图像数据经矩阵变换映射到RGB立方体模型中，得到机场跑道胶痕识别公式，利用该公式识别出重度胶痕区、轻度胶痕区、无胶痕区和跑道异物。在步骤1)中，所述的摄像头采用0V7670摄像头，多个摄像头间隔距离排成一排设置在位于机场跑道着落区外侧的草地上。在步骤2)中，所述的在PC机4中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像的方法是：某一摄像头实际采集的原始图像为机场跑道着落区路面上四边形ABDC区域的图像，其中原始图像远端上顶点为A点，远端下顶点为B点，近端上顶点为C点，近端下顶点为D点，离摄像头6越远的区域，其视角越宽，即AB边长于CD边；除胶设备的最大工作宽度上边界线与下边界线之间的区域，上边界线经过C点且垂直于机场跑道长度方向，下边界线经过D点且垂直于机场跑道长度方向，上边界线和下边界线与AB边的交点分别为E点和F点；上边界线和下边界线以外的三角形ACE和三角形BDF区域是除胶设备不能触及的区域；从原始图像中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像，即四边形CEFD区域的图像。在步骤3)中，所述的建立RGB立方体模型，将机场跑道着落区路面上所有的颜色表示出来，确定标准灰度线和灰度空间，并将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域的方法是：首先，建立RGB立方体模型，其中点O坐标为(0,0,0)，点N坐标为(255,255,255)，点O到点N之间的连线为RGB立方体模型的对角线ON，该对角线ON是从黑到白渐变的标准灰度线；然后，以对角线ON为轴，以任意一点M到对角线ON的距离r为半径作一圆柱体，并将该圆柱体近似为灰度空间；最后，从点N到点O沿标准灰度线将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域。在步骤4)中，所述的利用阈值K将上述有效识别区域图像中的黑色胶痕与其他物体区分开，然后将有效识别区域图像数据经矩阵变换映射到RGB立方体模型中，得到机场跑道胶痕识别公式，利用该公式识别出重度胶痕区、轻度胶痕区、无胶痕区和跑道异物的方法是：当空间内任意一点处于以RGB立方体模型中对角线ON为轴，r为半径的圆柱体内时，可近似将该点视为机场跑道着落区路面上正常物体的颜色；否则，则认为是跑道异物；然后，为了将黑色胶痕与其他物体区分开，引入一个阈值K，阈值K的数值为R、G、B值的算术平均值；再次，将有效识别区域图像进行矩阵转换，映射到RGB立方体模型中；最后，根据半径r的大小，分辨出跑道异物、重度胶痕区、轻度胶痕区和无胶痕区。所述的机场跑道胶痕识别公式为：式中，p、q1和q2均是阈值，其中阈值p将RGB立方体模型中圆柱体区域以外的区域归类为跑道异物；阈值q1和q2将RGB立方体模型中圆柱体区域截成三部分，即重度胶痕区、轻度胶痕区和无胶痕区；阈值p、q1、q2的最佳取值可利用跑道胶痕识别系统对实物进行对比测试来确定。与现有技术相比，本专利技术提供的机场跑道胶痕自动识别方法的有益效果为：运用RGB颜色空间识别方法，可以快速、准确地识别跑道异物、重度胶痕区、轻度胶痕区与无胶痕区，从而为下一步胶痕清理工作提供有效数据。附图说明图1为本专利技术方法中所采用的跑道胶痕识别系统结构示意图；图2为本专利技术所采用的摄像头采集机场跑道胶痕图像示意图；图3为本专利技术所采用的RGB立方体模型示意图；图4(a)—(h)为不同阈值下的机场跑道胶痕识别效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的机场跑道胶痕自动识别方法进行详细说明。本专利技术提供的机场跑道胶痕自动识别方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)构建跑道胶痕识别系统；如图1所示，所述的跑道胶痕识别系统包括上位机1和下位机2；其中：上位机1包括无线网卡3和PC机4；下位机包括单片机5、摄像头6和WIFI模块7，其中，单片机5分别与摄像头6和WIFI模块7相连接，WIFI模块7通过无线网卡3与PC机4连接；WIFI模块7和无线网卡3之间通过IEEE802.11n协议进行通信。所述的摄像头6采用0V7670摄像头，多个摄像头6间隔距离排成一排设置在位于机场跑道着落区外侧的草地上。步骤2)利用摄像头6实时采集机场跑道着落区路面的原始图像，然后经单片机5、WIFI模块7和无线网卡3传送给PC机4，在PC机4中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像；如图2所示，某一摄像头6实际采集的原始图像为机场跑道着落区路面上四边形ABDC区域的图像，其中原始图像远端上顶点为A点，远端下顶点为B点，近端上顶点为C点，近端下顶点为D点。由于摄像头6是相对于水平面呈倾斜姿态进行拍摄，所以离摄像头6越远的区域，其视角越宽，即AB边长于CD边。除胶设备的最大工作宽度是虚线1表示的上边界线与虚线2表示的下边界线之间的区域，上边界线经过C点且垂直于机场跑道长度方向，下边界线经过D点且垂直于机场跑道长度方向，上边界线和下边界线与AB边的交点分别为E点和F点。由此可见，上边界线和下边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场跑道胶痕自动识别方法，其特征在于：所述的机场跑道胶痕自动识别方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)构建跑道胶痕识别系统；所述的跑道胶痕识别系统包括上位机(1)和下位机(2)；其中：上位机(1)包括无线网卡(3)和PC机(4)；下位机包括单片机(5)、摄像头(6)和WIFI模块(7)，其中，单片机(5)分别与摄像头(6)和WIFI模块(7)相连接，WIFI模块(7)通过无线网卡(3)与PC机(4)连接；步骤2)利用摄像头(6)实时采集机场跑道着落区路面的原始图像，然后经单片机(5)、WIFI模块(7)和无线网卡(3)传送给PC机(4)，在PC机(4)中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像；步骤3)建立RGB立方体模型，将机场跑道着落区路面上所有的颜色表示出来，确定标准灰度线和灰度空间，并将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域；步骤4)利用阈值K将上述有效识别区域图像中的黑色胶痕与其他物体区分开，然后将有效识别区域图像数据经矩阵变换映射到RGB立方体模型中，得到机场跑道胶痕识别公式，利用该公式识别出重度胶痕区、轻度胶痕区、无胶痕区和跑道异物。

【技术特征摘要】
1.一种机场跑道胶痕自动识别方法，其特征在于：所述的机场跑道胶痕自动识别方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)构建跑道胶痕识别系统；所述的跑道胶痕识别系统包括上位机(1)和下位机(2)；其中：上位机(1)包括无线网卡(3)和PC机(4)；下位机包括单片机(5)、摄像头(6)和WIFI模块(7)，其中，单片机(5)分别与摄像头(6)和WIFI模块(7)相连接，WIFI模块(7)通过无线网卡(3)与PC机(4)连接；步骤2)利用摄像头(6)实时采集机场跑道着落区路面的原始图像，然后经单片机(5)、WIFI模块(7)和无线网卡(3)传送给PC机(4)，在PC机(4)中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像；步骤3)建立RGB立方体模型，将机场跑道着落区路面上所有的颜色表示出来，确定标准灰度线和灰度空间，并将灰度空间划分为白色、灰色、黑色三个区域；步骤4)利用阈值K将上述有效识别区域图像中的黑色胶痕与其他物体区分开，然后将有效识别区域图像数据经矩阵变换映射到RGB立方体模型中，得到机场跑道胶痕识别公式，利用该公式识别出重度胶痕区、轻度胶痕区、无胶痕区和跑道异物。2.根据权利要求1所述的机场跑道胶痕自动识别方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的摄像头(6)采用0V7670摄像头，多个摄像头(6)间隔距离排成一排设置在位于机场跑道着落区外侧的草地上。3.根据权利要求1所述的机场跑道胶痕自动识别方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的在PC机(4)中裁剪下除胶设备不能触及的区域，得到有效识别区域图像的方法是：某一摄像头(6)实际采集的原始图像为机场跑道着落区路面上四边形ABDC区域的图像，其中原始图像远端上顶点为A点，远端下顶点为B点，近端上顶点为C点，近端下顶点为D点，离摄像头6越远的区域，其视角越宽，即AB边长于CD边；除胶设备的最大工作宽度上边界线与下边界线之间的区域，上边界线经过C点且垂直于机场跑道长度方向，下边界线经过D点且垂直于机场跑道长度方向，上边界线和下边界线与AB边的交点分别为E点和F点；上边界线和下边界线以外的三角形AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓琳，韩秋旻，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12