專利名稱：一種飛行器高壓線防撞報警裝置及飛行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種飛行器高壓線防撞報警裝置及裝配有該裝置的飛行器。
背景技術：
直升機由于其飛行速度較高，飛行高度相對較低，很容易和高壓線相撞，導致嚴重后果。長期以來，國內外并未有專門的直升機高壓線防撞機載預警系統，直升機與高壓線相撞的事故頻有發生，對飛行員的生命造成嚴重威脅。鑒于此，需要直升機防撞線機載預警系統以保證飛行員生命安全。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種能對高壓線進行識別和預警的飛行器高壓線防撞報警裝置。本發明要解決的另一技術問題是提供一種具有該裝置的飛行器。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案加以解決一種飛行器高壓線防撞報警裝置，包括圖像獲取模塊、圖像處理模塊、高壓線識別模塊和報警模塊，其中所述圖像獲取模塊用于獲取飛行器前端的視野圖像；所述圖像處理模塊用于對所述視野圖像進行圖像分割處理；所述高壓線識別模塊用于對圖像分割處理后的圖像進行高壓線識別和判定；所述報警模塊根據所述判定結果進行報警處理。其中所述高壓線識別模塊還用于使用霍夫變換來檢測圖像中的高壓線。其中所述高壓線識別模塊還用于根據P = xXcos θ +yXsin θ計算，其中(x，y) 為X-Y平面內的坐標值，(P，Θ)為P-Θ平面內的坐標值，θ用于在第一預設范圍內統計具有相同(P，θ)值的X-Y平面內的像素數目，所述數目若超過第一預設閾值，則判定為高壓線。其中所述第一預設范圍包括60°到120°之間的范圍。其中所述圖像獲取模塊包括攝像頭和A/D轉換單元，所述攝像頭用于采集圖像或圖像幀，所述A/D轉換單元用于將采集的圖像或圖像幀進行A/D轉換。其中所述攝像頭包括紅外攝像頭和/或可見光攝像頭。其中所述圖像處理模塊包括去噪單元和邊緣檢測單元，其中所述去噪單元用于使用中值濾波法對圖像進行去噪，所述邊緣檢測單元用于使用Sobel法對邊緣進行檢測和圖像分割。其中所述報警模塊包括分別用于聲光報警的警示燈和/或蜂鳴器。一種飛行器，在機身腹部前端安裝有前述飛行器高壓線防撞報警裝置。所述飛行器為直升機。由于采用了以上技術方案，使本發明具備的有益效果在于(1)在本發明的具體實施方式
中，通過圖像獲取、處理和識別技術，對是否存在高壓線進行判定，并能及時提供預警，實現安全飛行。
(2)在本發明的具體實施方式
中，通過霍夫變換進行高壓線的識別，簡單方便，準確性高。(3)在本發明的具體實施方式
中，采用紅外攝像頭和可見光攝像頭的配備，使得裝置不受天氣光照等影響，輔助飛行員辨識前方障礙物，有效避免飛機撞擊高壓線。
圖1為本發明一種實施例的結構示意圖；圖2為本發明另一個實施例的結構示意圖；圖3為圖2所示實施例的高壓線識別流程圖；圖4為本發明再一個實施例的結構示意圖；圖5為圖4所示實施例的探測范圍示意圖；圖6為傳統Sobel算子示意圖；圖7為圖4所示實施例的Sobel算子模板示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。圖1示出根據本發明飛行器高壓線防撞報警裝置的一個實施例的結構示意圖，包括圖像獲取模塊、圖像處理模塊、高壓線識別模塊和報警模塊。該圖像獲取模塊用于獲取飛行器前端的視野圖像；圖像處理模塊用于對視野圖像進行圖像分割處理；高壓線識別模塊用于對圖像分割處理后的圖像進行高壓線識別和判定；報警模塊根據判定結果進行報警處理。一種實施方式，圖像獲取模塊包括攝像頭和A/D轉換單元，攝像頭用于采集圖像或圖像幀，A/D轉換單元用于將采集的圖像或圖像幀進行A/D轉換。攝像頭可以選用紅外攝像頭和可見光攝像頭或者二者之一。一種實施方式，圖像處理模塊包括去噪單元和邊緣檢測單元，去噪單元用于使用中值濾波法對圖像進行去噪，邊緣檢測單元用于使用Sobel法對邊緣進行檢測和圖像分割。一種實施方式，高壓線識別模塊還用于根據P = xXcos θ +yXsin θ計算，其中 (x，y)為X-Y平面內的坐標值，(ρ，θ)為ρ-θ平面內的坐標值，θ用于在第一預設范圍內統計具有相同(P，θ)值的X-Y平面內的像素數目，該數目若超過第一預設閾值，則判定為高壓線。考慮到高壓線的方向可能是水平的，也有可能有一定的角度，因此我們確定θ 的范圍為θ e {60°，120° }。第一預設閾值可根據圖像的大小來確定和調整。一種實施方式，報警模塊包括分別用于聲光報警的警示燈和/或蜂鳴器。圖2示出根據本發明另一個實施例的結構示意圖，包括紅外攝像頭、可見光攝像頭、選擇開關、電子穩像單元、圖像處理單元、特征識別單元以及系統報警單元。一種實施方式，選擇開關可選擇使用紅外攝像頭或可見光攝像頭，或者二者同時使用，電子穩像單元用于克服機身抖動、飛行姿態的瞬間異動等因素對障礙物探測、識別的可靠性和準確性的影響。圖3示出圖2所示實施例的高壓線識別流程圖，包括
步驟302 利用紅外攝像頭或可見光攝像頭獲取圖像或圖像幀；步驟304 對獲得的圖像或圖像幀進行中值濾波；步驟306 再對圖像進行邊緣檢測；步驟308 對圖像進行二值化處理；步驟310 進行霍夫變換；步驟312:進行數據統計；步驟314 給出高壓線識別結果。圖4示出根據本發明再一個實施例的結構示意圖，本實施例分為機外吊艙部分和機艙內部分，機外吊艙部分包括攝像頭和光學系統，機艙內部分主要包括圖像處理及識別系統，兩部分之間通過12芯軍用屏蔽電纜連接。本實施例的飛行器高壓線防撞報警裝置的機外吊艙部分通過機械減震裝置安裝在直升機機腹下部，該機械減震裝置包括4個低溫超薄減震器，可對紅外成像系統、可見光成像系統、光學系統進行隔振、隔沖保護，每個減震器可承受水平最大Mkg、垂直最大25kg 沖擊。機外吊艙部分頂部預留6個安裝固定孔，具體尺寸可根據實際情況來確定。其光學中軸與直升機前進飛行機身軸線一致(或下偏0.2° )，或恒定水平下偏0.2°，以確保探測范圍覆蓋直升機飛行方向上的空間通道。機內終端顯示系統為嵌入式面板安裝，具體尺寸視實際情況而定。機外吊艙部分包括紅外攝像頭、可見光攝像頭、A/D轉換模塊以及攝像頭驅動單元。A/D轉換模塊采用SAA7115H芯片對紅外或者可見光攝像頭采集的模擬信號進行A/D轉換。攝像頭驅動單元提供C⑶可見光攝像頭與紅外攝像頭的工作電壓+12V。已知紅外攝像頭或可見光攝像頭的水平視野角度α約為4°，垂直視野角度β約為3°，如圖5所示。 因此在前方800m處的探測區域面積S為S = 2X800Xtg2° X2X800Xtgl. 5° = 56X42m2機艙內部分包括攝像頭切換開關、濾波模塊、電子穩像模塊、蜂鳴器、主控制器供電模塊、復位開關、報警指示燈、主控制器、編碼模塊、液晶顯示模塊和液晶顯示供電模塊。攝像頭切換開關包括CXD可見光攝像頭和紅外探測器視頻輸出信號選擇電路。在實際運用中白天可以使用兩個攝像頭同時工作，只是需要保證紅外攝像頭在面對太陽的時候會被擋住，否則會損壞紅外攝像頭。晚上或昏暗條件下，只能用紅外攝像頭。切換開關， 可以人工切換，也可以按照時間自動切換。紅外攝像頭在環境溫度變化較大的情況下容易出現溫漂，圖像噪聲變大，此時利用復位開關對紅外攝像頭和主控制器進行復位。本實施例采用紅外、可見光兩種不同質探測器對飛行前方高壓線障礙物目標進行探測，為準確進行高壓線障礙物特征識別和報警提供了基礎性的技術保障，確保了不同飛行環境中對高壓線障礙物的準確、可靠探測和報警。由于高壓線較細，因此在檢測高壓線之前，先對圖像進行處理以便得到更清晰的圖像，通過濾波模塊進行去噪處理。考慮到本系統是一個實時系統，采用中值濾波算法。中值濾波是指把圖像的某一點的像素由該像素周圍像素的平均值來代替。中值濾波的算法如下所示設{Xij，(i，j) e I2}表示數字圖像各點的灰度值，濾波窗口為A，yij為窗口是A在 Xij 點的中值，則 = MedAIxijI = Med{x(i+r), (J+s), (r, s) G A，i，j，e I2}。濾波窗口有幾種，3X 3，5X 5，12X 12等，本實施例采用5X5的濾波窗口。
系統采用機械穩像和電子穩像雙重穩像技術，以克服機身抖動、飛行姿態的瞬間異動等因素對障礙物探測、識別的可靠性和準確性的影響。在進行中值濾波之后，會進行邊緣檢測，邊緣檢測的目的是為了把高壓線和背景區分開來。主控制器中的圖像處理芯片TMS320DM642負責進行邊緣檢測、高壓線識別等圖像處理工作。邊緣檢測的算法有很多，sobel,Prewitt,Robert，Carmy,Kirsch都是很常見的邊緣檢測算法。本實施例中，高壓線本身屬于比較簡單的特征，如果采用效果太好的算法， 會導致其他干擾物體的特征加強，因此綜合考慮實時性因素，本實施例采用改進的sobel 算法進行邊緣檢測的算法。傳統的sobel算子為如圖6所示的垂直和水平方向的sobel算子。考慮到高壓電線主要為水平方向，因此我們只采用水平方向的sobel卷積算子。同時為了能使邊緣更加清晰，我們把方向性增加進來。得到如圖7所示的兩個算子模板。把用這兩個算子得到的值求均方根就得到邊緣的值。經過邊緣檢測之后，采用霍夫變換來把高壓電線與其他干擾物體區分開來。而霍夫變換只能在二值圖像中進行檢測，因此首先把灰度圖像轉換成二值圖像。圖像所有像素灰度和的均方根作為二值圖像的閾值。霍夫變換在圖像處理中有著廣泛的運用，可以用于識別幾何形狀，在本實施例中， 考慮到高壓線的直線性，因此用檢測直線的霍夫變換來區分高壓電線。霍夫變換檢測直線的原理如下直線可以用如下的公式表示y = ax+b, a和b分別表示斜率和截距。過某一點 (χο，y0)的所有直線的參數都會滿足方程％ = aX(l+b。即點( ，y0)確定了一組直線。方程lo = ax0+b在參數a-b平面上是一條直線。這樣，圖像X-y平面上的一個像素點就對應到參數平面上的一條直線。直線同樣可以通過極坐標表示，即直線可以表示為P = x*C0S θ+y*sin θ。即把直線轉換到了(ρ，θ)參數平面上。可對每個像素點計算不同的 θ所對應的P值，如果這兩個值都相同，如果某兩個點對同一個θ計算出來ρ的值相同，則表示這兩個像素屬于同一條直線。本實施例中，我們考慮到高壓線的方向可能是水平的，也有可能有一定的角度，因此可確定θ的范圍為θ e {60°，120° }。同時又考慮到計算的復雜度，可把間隔設置為2°，即θ = {60°，62°，64°，66°，……，90°，92°， 94°，……，116°，118°，120° }。在計算完所有像素對應的所有(P，Θ)的值后，我們統計相同的(P，Θ)值所對應的像素的數目，如果像素數目超過一定的閾值(根據圖像的大小來調整)，則認為是高壓線。處理和識別后的圖像通過編碼模塊的SAA7105H芯片進行編碼并輸出到液晶屏上。主控制器供電模塊提供DSP控制板輸入電壓+5V (8)。液晶顯示供電模塊提供液晶屏工作電壓+12V(14)。機內終端顯示系統上有聲光報警系統，還預留了一路報警信號到駕駛員耳機里。本實施例的主要指標(1)識別范圍100 500m ；識別直徑5mm ；(2)工作電壓^Vdc ；(3)工作電流0. 8A;(4)功率:20ff ；
(5)識別時間彡0. 5s ；(6)探測飛行空間通道截面積彡56X42m2 ；(7)設備體積40 X 30 X 30cm3 ；(8)設備重量約IOKg ；(9)工作環境溫度范圍-40°C +70°C ；(10)工作環境濕度范圍彡95% Rh(11)聲光報警輸出；(12)為加裝電子飛行包預留了接口 ；(13)其它技術指標需符合國家飛行器附件設計要求。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種飛行器高壓線防撞報警裝置，其特征在于，包括圖像獲取模塊、圖像處理模塊、 高壓線識別模塊和報警模塊，其中所述圖像獲取模塊用于獲取飛行器前端的視野圖像；所述圖像處理模塊用于對所述視野圖像進行圖像分割處理；所述高壓線識別模塊用于對圖像分割處理后的圖像進行高壓線識別和判定；所述報警模塊根據所述判定結果進行報警處理。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，其中所述高壓線識別模塊還用于使用霍夫變換來檢測圖像中的高壓線。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，其中所述高壓線識別模塊還用于根據P= xXcose+yXsine計算，其中(x，y)為X_Y平面內的坐標值，(ρ，Θ)為ρ-θ平面內的坐標值，θ用于在第一預設范圍內統計具有相同(ρ，Θ)值的X-Y平面內的像素數目，所述數目若超過第一預設閾值，則判定為高壓線。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，其中所述第一預設范圍包括60°到120°之間的范圍。
5.如權利要求1至4任一所述的裝置，其特征在于，其中所述圖像獲取模塊包括攝像頭和A/D轉換單元，所述攝像頭用于采集圖像或圖像幀，所述A/D轉換單元用于將采集的圖像或圖像幀進行A/D轉換。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，其中所述攝像頭包括紅外攝像頭和/或可見光攝像頭。
7.如權利要求1至4任一所述所述的裝置，其特征在于，其中所述圖像處理模塊包括去噪單元和邊緣檢測單元，其中所述去噪單元用于使用中值濾波法對圖像進行去噪，所述邊緣檢測單元用于使用Sobel法對邊緣進行檢測和圖像分割。
8.如權利要求1至4任一所述所述的裝置，其特征在于，其中所述報警模塊包括分別用于聲光報警的警示燈和/或蜂鳴器。
9.一種飛行器，其特征在于，在機身腹部前端安裝有如權利要求1-4任一所述的飛行器高壓線防撞報警裝置。
10.如權利要求9所述的飛行器，其特征在于，所述飛行器為直升機。
全文摘要
本發明公開了一種飛行器高壓線防撞報警裝置，包括圖像獲取模塊、圖像處理模塊、高壓線識別模塊和報警模塊，其中所述圖像獲取模塊用于獲取飛行器前端的視野圖像；所述圖像處理模塊用于對所述視野圖像進行圖像分割處理；所述高壓線識別模塊用于對圖像分割處理后的圖像進行高壓線識別和判定；所述報警模塊根據所述判定結果進行報警處理。本發明還公開了一種飛行器。在本發明的具體實施方式
中，通過圖像獲取、處理和識別技術，對是否存在高壓線進行判定，并能及時提供預警，實現安全飛行。
文檔編號B64D47/02GK102568251SQ201110415089
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者于寶成, 侯祖偉, 張毅, 易彥, 顧鵬飛 申請人:天利航空科技深圳有限公司