一种机场跑道外来物检测双目立体系统和检测方法技术方案

一种机场跑道外来物检测双目立体系统和检测方法，包括连接在中心腔体上的双目视觉系统，所述双目视觉系统包括设置在中心腔体两侧、结构相同的左成像系统和右成像系统；左成像系统和右成像系统均包括光学探测通道和激光辅助照明单元；中心腔体设置在安装底座上，通过方位电机通过带动旋转。雷达检测到外来物的位置信息后，发送给双目视觉系统；双目视觉系统的主控单元通过方位电机控制中心腔体沿安装底座旋转，使左成像系统和右成像系统的光学探测通道的视轴均指向外来物所在的区域；左成像系统和右成像系统的光学探测通道获取外来物的图像信息后，通过双目立体视觉算法获取外来物的三维信息。本发明专利技术能够较大的提高了外来物检测效率。

A Binocular Stereo System and Detection Method for Foreign Objects Detection on Airport Runway

A binocular stereo system and a detection method for detecting foreign objects on an airport runway include a binocular vision system connected to a central cavity, which includes a left imaging system and a right imaging system with the same structure on both sides of the central cavity; both the left imaging system and the right imaging system include optical detection channels and a right imaging system. Laser-assisted illumination unit; the central cavity is arranged on the mounting base, and rotates through the azimuth motor. After radar detects the location information of the foreign object, it sends it to the binocular vision system; the main control unit of the binocular vision system rotates along the mounting base through the azimuth motor control center cavity, so that the visual axis of the optical detection channel of the left imaging system and the right imaging system both point to the area where the foreign object is located; the left imaging system and the right imaging system. After obtaining the image information of foreign objects through the optical detection channel of the system, the three-dimensional information of foreign objects is obtained by binocular stereo vision algorithm. The invention can greatly improve the detection efficiency of foreign objects.

【技术实现步骤摘要】
一种机场跑道外来物检测双目立体系统和检测方法
本专利技术涉及一种车载式机场跑道外来物检测双目立体视觉系统方案，用于毫米波雷达探测外来物后，通过两个视觉通道完成可疑外来物的双重确认，同时采用立体匹配和三维重建计算出外来物的空间坐标位置、三维尺寸等，并最终对外来物进行最终确认。
技术介绍
随着民航业的飞速发展，航空运输的不断扩容，机场作为航空运输的枢纽平台，民航的安全压力越来越大。2000年7月25日法国航空公司协和号飞机的空难悲剧，加速了各国研制FOD探测系统的步伐。典型的FOD目标有金属器件(螺钉、螺帽、垫圈、钉子和保险丝等)、机械工具、飞行物品(私人物品、钢笔、铅笔和纽扣等)、混凝土沥青碎块、橡胶碎片、塑料制品和动植物等。当前国内机场跑道巡检主要依赖道面巡查人员完成，在道面巡查时将关闭跑道，这使得航班通行能力大大降低。目前在移动式机场跑道外来物检测系统研究方面，主要通过车载毫米波雷达对机场跑道进行扫描，通过光学检测通道实现对目标进行确认、定位、识别、记录和处理，传统光电检测系统采用的这种单目模式虚警率较高，因此得到的目标图像需要另一路视频进行再分析最终判断跑道上是否有外来物入侵。由于单目光电检测系统无法构建立体信息，即损失目标在光轴方向上的深度信息(外形尺寸和距离信息)；而仅能得到目标在摄像机观察平面上的坐标,而这个坐标对外来物判断意义有限，很可能造成虚警和漏警。因此亟需研发一种车载式机场跑道外来物检测双目立体视觉系统，进一步获取外来物相关深度信息来提高移动式外来物检测效率和鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术提供一种机场跑道外来物检测双目立体系统和检测方法，以解决现有技术存在的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种机场跑道外来物检测双目立体系统，包括连接在中心腔体上的双目视觉系统，所述双目视觉系统包括设置在中心腔体两侧、结构相同的左成像系统和右成像系统；所述左成像系统和右成像系统均包括壳体，壳体上安装用于对外来物进行拍照的光学探测通道和用于进行补光的激光辅助照明单元；所述中心腔体设置在安装底座上，通过方位电机通过带动旋转。所述左成像系统和右成像系统还包括设置在光学探测通道和激光辅助照明单元前部壳体的雨刮器，与设置在光学探测通道和激光辅助照明单元后端的防雾加热片。所述左成像系统和右成像系统通过设置在中心腔体内部的高低电机带动沿中心腔体上下滑动。还包括环境光传感器，所述环境光传感器与设置在安装底座或者中心腔体内部的主控单元连接。所述光学探测通道包括光学镜头和位于光学镜头后的摄像机。一种机场跑道外来物检测方法，包括：雷达检测到外来物的位置信息后，发送给双目视觉系统；双目视觉系统的主控单元通过方位电机控制中心腔体沿安装底座旋转，使左成像系统和右成像系统的光学探测通道的视轴均指向外来物所在的区域；左成像系统和右成像系统的光学探测通道获取外来物的图像信息后，通过双目立体视觉算法获取外来物的三维信息。所述通过双目立体视觉算法获取外来物的三维信息的步骤包括：对左成像系统和右成像系统光学探测通道的摄像机进行相机标定；对左成像系统和右成像系统光学探测通道的摄像机建立相机模型，并使用镜头畸变校正技术对摄像机获取的图像进行径向和切向畸变校正；通过SURF算法对对左成像系统和右成像系统获取的外来物图像进行匹配并获取匹配点坐标，根据对应的匹配点坐标求取外来物的三维坐标信息。环境光传感器实时监测环境光亮度，当环境光亮度处于预设的开启激光辅助照明单元的亮度阈值内时，通过主控单元开启激光辅助照明单元对外来物进行补光。所述激光辅助照明单元采用非球面的伽利略式光束整形进行补光。本专利技术的有益效果：(1)针对机场跑道外来物随机分布和雷达引导特点，建立车载式横向汇聚双目立体视觉模型，较大的提高了外来物检测效率；(2)针对机场跑道外来物24h检测的使用需求，采用基于光束整形的激光辅助照明技术，使得发射光强空间分布符合平顶分布，提高了图像信噪比SNR。附图说明图1为本专利技术的双目系统结构原理图。图2为图1的局部剖视图。图3为车载式横向汇聚双目立体视觉模型。图4为伽利略式光束整形系统。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。针对机场跑道外来物随机分布和雷达引导的特点，本专利技术建立了一种机场跑道外来物的检测双目立体系统，能够根据双目立体系统的精度，对不同直径的外来物进行检测。例如可以能够对跑道不小于2cm×2cm×2cm尺寸的外来物检测。通过双利立体系统获取外来物的相关深度信息，降低外来物检测虚警率，较大的提高外来物检测效率。本专利技术的机场跑道外来物检测双目立体系统可选择为固定在机场跑道外部的系统，也可选择车载式的系统，优选车载式系统，即包括安装在车上的安装底座1，安装底座1上安装中心腔体4，中心腔体4通过设置在安装底座内部的方位电机带动能够绕安装底座1旋转。中心腔体4上安装有双目视觉系统，双目视觉系统为横向汇聚的双目视觉系统，包括对称安装在中心腔体4两侧的左成像系统和右成像系统，左成像系统和右成像系统结构相同。如图1和图2所示，左成像系统包括左壳体5，左壳体5上设置有左光学探测通道6和左激光辅助照明单元8，左光学探测通道6用于在获知外来物的位置信息后，通过调转中心腔体4，获取外来物的图像信息，而左激光辅助照明单元8用于在夜晚或者光强度低的阴天对外来物进行补光，以能够全天候的获取清晰的外来物图像。而针对机场跑道外来物24h检测的使用需求，本专利技术采用基于非球面伽利略光束整形的激光辅助照明技术，使得发射光强空间分布符合平顶分布，提高图像信噪比SNR。左成像系统的左壳体5上还设置有左雨刮7，左雨刮7通过设置在中心腔体或者案件女装底座内部的电机带动上下运动，对光学探测通道6和左激光辅助照明单元8外漏在左壳体5上的镜面进行刮雨，解决下雨天气的跑道外来物检测。同时，光学探测通道和激光辅助照明单元后部的防雾加热片，防雾加热片包括左光学探测通道防雾加热片15、左激光辅助照明防雾加热片16，所述防雾加热片设置在光学探测通道和激光辅助照明单元的光学元件内表面一侧，通过圆环型粘接的方法，粘接位置不在有效通光孔径内，即不影响光路的传输，防雾加热片能够通电进行加热，解决雨、雪、雾灯天气的影响造成的无法探测问题。防雾加热片通过设置在安装底座1的主控单元进行控制加热。本专利技术的系统额定功率、体积、重量、辅助照明激光功率、探测距离等参数标在安装底座上的铭牌13上，方位运动范围-85o～85o，高低运动范围0o～-10o。右成像系统结构和功能与左成像系统相同，具体包括右激光辅助照明单元9、右雨刮10、右光学探测通道11、右壳体12、右激光辅助照明防雾加热片18、右光学探测通道防雾加热片19等。上述的光学探测通道包括光学镜头和摄像机，而激光辅助照明单元可选择设置为远射的照明灯或者其它类似功能的灯具。激光辅助照明单元用于在外界光照弱时进行补光，因此本专利技术还可以包括设置在壳体或者中心腔体4或者安装底座上的环境光传感器，环境光传感器与设置在安装底座1或者中心腔体4内部的主控单元连接，主控单元的存储器中同时存储环境光的亮度阈值，当环境光低于亮度阈值时，能够打开激光辅助照明单元进行补光。中心腔体4内部还设置高低电机17，高低电机17能够带动左成像系统和右成像系统沿中心腔体4上下滑动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场跑道外来物检测双目立体系统，其特征在于：包括连接在中心腔体（4）上的双目视觉系统，所述双目视觉系统包括设置在中心腔体（4）两侧、结构相同的左成像系统和右成像系统；所述左成像系统和右成像系统均包括壳体，壳体上安装用于对外来物进行拍照的光学探测通道和用于进行补光的激光辅助照明单元；所述中心腔体（4）设置在安装底座（1）上，通过方位电机（14）通过带动旋转。

【技术特征摘要】
1.一种机场跑道外来物检测双目立体系统，其特征在于：包括连接在中心腔体（4）上的双目视觉系统，所述双目视觉系统包括设置在中心腔体（4）两侧、结构相同的左成像系统和右成像系统；所述左成像系统和右成像系统均包括壳体，壳体上安装用于对外来物进行拍照的光学探测通道和用于进行补光的激光辅助照明单元；所述中心腔体（4）设置在安装底座（1）上，通过方位电机（14）通过带动旋转。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述左成像系统和右成像系统还包括设置在光学探测通道和激光辅助照明单元前部壳体的雨刮器，与设置在光学探测通道和激光辅助照明单元后端的防雾加热片。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述左成像系统和右成像系统通过设置在中心腔体（4）内部的高低电机（17）带动沿中心腔体（4）上下滑动。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括环境光传感器，所述环境光传感器与设置在安装底座（1）或者中心腔体（4）内部的主控单元连接。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光学探测通道包括光学镜头和位于光学镜头后的摄像机。6.一种机场跑道外来物检测方法，其特征在于，包括：雷达检...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶德茂，张振岭，张强，王旺球，刘圆，徐志远，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一三研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41