CN102568251A - 一种飞行器高压线防撞报警装置及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器高压线防撞报警装置，包括图像获取模块、图像处理模块、高压线识别模块和报警模块，其中：所述图像获取模块用于获取飞行器前端的视野图像；所述图像处理模块用于对所述视野图像进行图像分割处理；所述高压线识别模块用于对图像分割处理后的图像进行高压线识别和判定；所述报警模块根据所述判定结果进行报警处理。本发明还公开了一种飞行器。在本发明的具体实施方式中，通过图像获取、处理和识别技术，对是否存在高压线进行判定，并能及时提供预警，实现安全飞行。

Description

一种飞行器高压线防撞报警装置及飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器高压线防撞报警装置及装配有该装置的飞行器。

背景技术

直升机由于其飞行速度较高，飞行高度相对较低，很容易和高压线相撞，导致严重后果。长期以来，国内外并未有专门的直升机高压线防撞机载预警***，直升机与高压线相撞的事故频有发生，对飞行员的生命造成严重威胁。鉴于此，需要直升机防撞线机载预警***以保证飞行员生命安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能对高压线进行识别和预警的飞行器高压线防撞报警装置。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有该装置的飞行器。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种飞行器高压线防撞报警装置，包括图像获取模块、图像处理模块、高压线识别模块和报警模块，其中：所述图像获取模块用于获取飞行器前端的视野图像；所述图像处理模块用于对所述视野图像进行图像分割处理；所述高压线识别模块用于对图像分割处理后的图像进行高压线识别和判定；所述报警模块根据所述判定结果进行报警处理。

其中所述高压线识别模块还用于使用霍夫变换来检测图像中的高压线。

其中所述高压线识别模块还用于根据ρ＝x×cosθ+y×sinθ计算，其中(x，y)为X-Y平面内的坐标值，(ρ，θ)为ρ-θ平面内的坐标值，θ用于在第一预设范围内统计具有相同(ρ，θ)值的X-Y平面内的像素数目，所述数目若超过第一预设阈值，则判定为高压线。

其中所述第一预设范围包括60°到120°之间的范围。

其中所述图像获取模块包括摄像头和A/D转换单元，所述摄像头用于采集图像或图像帧，所述A/D转换单元用于将采集的图像或图像帧进行A/D转换。

其中所述摄像头包括红外摄像头和/或可见光摄像头。

其中所述图像处理模块包括去噪单元和边缘检测单元，其中所述去噪单元用于使用中值滤波法对图像进行去噪，所述边缘检测单元用于使用Sobel法对边缘进行检测和图像分割。

其中所述报警模块包括分别用于声光报警的警示灯和/或蜂鸣器。

一种飞行器，在机身腹部前端安装有前述飞行器高压线防撞报警装置。

所述飞行器为直升机。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

(1)在本发明的具体实施方式中，通过图像获取、处理和识别技术，对是否存在高压线进行判定，并能及时提供预警，实现安全飞行。

(2)在本发明的具体实施方式中，通过霍夫变换进行高压线的识别，简单方便，准确性高。

(3)在本发明的具体实施方式中，采用红外摄像头和可见光摄像头的配备，使得装置不受天气光照等影响，辅助飞行员辨识前方障碍物，有效避免飞机撞击高压线。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例的高压线识别流程图；

图4为本发明再一个实施例的结构示意图；

图5为图4所示实施例的探测范围示意图；

图6为传统Sobel算子示意图；

图7为图4所示实施例的Sobel算子模板示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1示出根据本发明飞行器高压线防撞报警装置的一个实施例的结构示意图，包括图像获取模块、图像处理模块、高压线识别模块和报警模块。该图像获取模块用于获取飞行器前端的视野图像；图像处理模块用于对视野图像进行图像分割处理；高压线识别模块用于对图像分割处理后的图像进行高压线识别和判定；报警模块根据判定结果进行报警处理。

一种实施方式，图像获取模块包括摄像头和A/D转换单元，摄像头用于采集图像或图像帧，A/D转换单元用于将采集的图像或图像帧进行A/D转换。摄像头可以选用红外摄像头和可见光摄像头或者二者之一。

一种实施方式，图像处理模块包括去噪单元和边缘检测单元，去噪单元用于使用中值滤波法对图像进行去噪，边缘检测单元用于使用Sobel法对边缘进行检测和图像分割。

一种实施方式，高压线识别模块还用于根据ρ＝x×cosθ+y×sinθ计算，其中(x，y)为X-Y平面内的坐标值，(ρ，θ)为ρ-θ平面内的坐标值，θ用于在第一预设范围内统计具有相同(ρ，θ)值的X-Y平面内的像素数目，该数目若超过第一预设阈值，则判定为高压线。考虑到高压线的方向可能是水平的，也有可能有一定的角度，因此我们确定θ的范围为θ∈{60°，120°}。第一预设阈值可根据图像的大小来确定和调整。

一种实施方式，报警模块包括分别用于声光报警的警示灯和/或蜂鸣器。

图2示出根据本发明另一个实施例的结构示意图，包括红外摄像头、可见光摄像头、选择开关、电子稳像单元、图像处理单元、特征识别单元以及***报警单元。

一种实施方式，选择开关可选择使用红外摄像头或可见光摄像头，或者二者同时使用，电子稳像单元用于克服机身抖动、飞行姿态的瞬间异动等因素对障碍物探测、识别的可靠性和准确性的影响。

图3示出图2所示实施例的高压线识别流程图，包括：

步骤302：利用红外摄像头或可见光摄像头获取图像或图像帧；

步骤304：对获得的图像或图像帧进行中值滤波；

步骤306：再对图像进行边缘检测；

步骤308：对图像进行二值化处理；

步骤310：进行霍夫变换；

步骤312：进行数据统计；

步骤314：给出高压线识别结果。

图4示出根据本发明再一个实施例的结构示意图，本实施例分为机外吊舱部分和机舱内部分，机外吊舱部分包括摄像头和光学***，机舱内部分主要包括图像处理及识别***，两部分之间通过12芯军用屏蔽电缆连接。

本实施例的飞行器高压线防撞报警装置的机外吊舱部分通过机械减震装置安装在直升机机腹下部，该机械减震装置包括4个低温超薄减震器，可对红外成像***、可见光成像***、光学***进行隔振、隔冲保护，每个减震器可承受水平最大15kg、垂直最大25kg冲击。机外吊舱部分顶部预留6个安装固定孔，具体尺寸可根据实际情况来确定。其光学中轴与直升机前进飞行机身轴线一致(或下偏0.2°)，或恒定水平下偏0.2°，以确保探测范围覆盖直升机飞行方向上的空间通道。机内终端显示***为嵌入式面板安装，具体尺寸视实际情况而定。

机外吊舱部分包括红外摄像头、可见光摄像头、A/D转换模块以及摄像头驱动单元。A/D转换模块采用SAA7115H芯片对红外或者可见光摄像头采集的模拟信号进行A/D转换。摄像头驱动单元提供CCD可见光摄像头与红外摄像头的工作电压+12V。已知红外摄像头或可见光摄像头的水平视野角度α约为4°，垂直视野角度β约为3°，如图5所示。因此在前方800m处的探测区域面积S为：

S＝2×800×tg2°×2×800×tg1.5°＝56×42m²

机舱内部分包括摄像头切换开关、滤波模块、电子稳像模块、蜂鸣器、主控制器供电模块、复位开关、报警指示灯、主控制器、编码模块、液晶显示模块和液晶显示供电模块。

摄像头切换开关包括CCD可见光摄像头和红外探测器视频输出信号选择电路。在实际运用中白天可以使用两个摄像头同时工作，只是需要保证红外摄像头在面对太阳的时候会被挡住，否则会损坏红外摄像头。晚上或昏暗条件下，只能用红外摄像头。切换开关，可以人工切换，也可以按照时间自动切换。红外摄像头在环境温度变化较大的情况下容易出现温漂，图像噪声变大，此时利用复位开关对红外摄像头和主控制器进行复位。本实施例采用红外、可见光两种不同质探测器对飞行前方高压线障碍物目标进行探测，为准确进行高压线障碍物特征识别和报警提供了基础性的技术保障，确保了不同飞行环境中对高压线障碍物的准确、可靠探测和报警。

由于高压线较细，因此在检测高压线之前，先对图像进行处理以便得到更清晰的图像，通过滤波模块进行去噪处理。考虑到本***是一个实时***，采用中值滤波算法。中值滤波是指把图像的某一点的像素由该像素周围像素的平均值来代替。中值滤波的算法如下所示：设{x_ij，(i，j)∈I²}表示数字图像各点的灰度值，滤波窗口为A，y_ij为窗口是A在x_ij点的中值，则y_ij＝Med_A{x_ij}＝Med{x_{(i+r)，(j+s)}，(r，s)∈A，i，j，∈I²}。滤波窗口有几种，3×3，5×5，12×12等，本实施例采用5×5的滤波窗口。

***采用机械稳像和电子稳像双重稳像技术，以克服机身抖动、飞行姿态的瞬间异动等因素对障碍物探测、识别的可靠性和准确性的影响。

在进行中值滤波之后，会进行边缘检测，边缘检测的目的是为了把高压线和背景区分开来。主控制器中的图像处理芯片TMS320DM642负责进行边缘检测、高压线识别等图像处理工作。边缘检测的算法有很多，sobel，Prewitt，Robert，Canny，Kirsch都是很常见的边缘检测算法。本实施例中，高压线本身属于比较简单的特征，如果采用效果太好的算法，会导致其他干扰物体的特征加强，因此综合考虑实时性因素，本实施例采用改进的sobel算法进行边缘检测的算法。

传统的sobel算子为如图6所示的垂直和水平方向的sobel算子。考虑到高压电线主要为水平方向，因此我们只采用水平方向的sobel卷积算子。同时为了能使边缘更加清晰，我们把方向性增加进来。得到如图7所示的两个算子模板。把用这两个算子得到的值求均方根就得到边缘的值。经过边缘检测之后，采用霍夫变换来把高压电线与其他干扰物体区分开来。而霍夫变换只能在二值图像中进行检测，因此首先把灰度图像转换成二值图像。图像所有像素灰度和的均方根作为二值图像的阈值。

霍夫变换在图像处理中有着广泛的运用，可以用于识别几何形状，在本实施例中，考虑到高压线的直线性，因此用检测直线的霍夫变换来区分高压电线。

霍夫变换检测直线的原理如下：

直线可以用如下的公式表示y＝ax+b，a和b分别表示斜率和截距。过某一点(x₀，y₀)的所有直线的参数都会满足方程y₀＝ax₀+b。即点(x₀，y₀)确定了一组直线。方程y₀＝ax₀+b在参数a-b平面上是一条直线。这样，图像x-y平面上的一个像素点就对应到参数平面上的一条直线。直线同样可以通过极坐标表示，即直线可以表示为ρ＝x*cosθ+y*sinθ。即把直线转换到了(ρ，θ)参数平面上。可对每个像素点计算不同的θ所对应的ρ值，如果这两个值都相同，如果某两个点对同一个θ计算出来ρ的值相同，则表示这两个像素属于同一条直线。本实施例中，我们考虑到高压线的方向可能是水平的，也有可能有一定的角度，因此可确定θ的范围为θ∈{60°，120°}。同时又考虑到计算的复杂度，可把间隔设置为2°，即θ＝{60°，62°，64°，66°，……，90°，92°，94°，……，116°，118°，120°}。在计算完所有像素对应的所有(ρ，θ)的值后，我们统计相同的(ρ，θ)值所对应的像素的数目，如果像素数目超过一定的阈值(根据图像的大小来调整)，则认为是高压线。

处理和识别后的图像通过编码模块的SAA7105H芯片进行编码并输出到液晶屏上。

主控制器供电模块提供DSP控制板输入电压+5V(8)。

液晶显示供电模块提供液晶屏工作电压+12V(14)。

机内终端显示***上有声光报警***，还预留了一路报警信号到驾驶员耳机里。

本实施例的主要指标：

(1)识别范围：100～500m；识别直径：5mm；

(2)工作电压：28V_DC；

(3)工作电流：0.8A；

(4)功率：20W；

(5)识别时间：≤0.5s；

(6)探测飞行空间通道截面积≥56×42m²；

(7)设备体积：40×30×30cm³；

(8)设备重量：约10Kg；

(9)工作环境温度范围：-40℃～+70℃；

(10)工作环境湿度范围：≤95％Rh

(11)声光报警输出；

(12)为加装电子飞行包预留了接口；

(13)其它技术指标需符合国家飞行器附件设计要求。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞行器高压线防撞报警装置，其特征在于，包括图像获取模块、图像处理模块、高压线识别模块和报警模块，其中：

所述图像获取模块用于获取飞行器前端的视野图像；

所述图像处理模块用于对所述视野图像进行图像分割处理；

所述高压线识别模块用于对图像分割处理后的图像进行高压线识别和判定；

所述报警模块根据所述判定结果进行报警处理。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述高压线识别模块还用于使用霍夫变换来检测图像中的高压线。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，其中所述高压线识别模块还用于根据ρ＝x×cosθ+y×sinθ计算，其中(x，y)为X-Y平面内的坐标值，(ρ，θ)为ρ-θ平面内的坐标值，θ用于在第一预设范围内统计具有相同(ρ，θ)值的X-Y平面内的像素数目，所述数目若超过第一预设阈值，则判定为高压线。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，其中所述第一预设范围包括60°到120°之间的范围。

5.如权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，其中所述图像获取模块包括摄像头和A/D转换单元，所述摄像头用于采集图像或图像帧，所述A/D转换单元用于将采集的图像或图像帧进行A/D转换。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述摄像头包括红外摄像头和/或可见光摄像头。

7.如权利要求1至4任一所述所述的装置，其特征在于，其中所述图像处理模块包括去噪单元和边缘检测单元，其中所述去噪单元用于使用中值滤波法对图像进行去噪，所述边缘检测单元用于使用Sobel法对边缘进行检测和图像分割。

8.如权利要求1至4任一所述所述的装置，其特征在于，其中所述报警模块包括分别用于声光报警的警示灯和/或蜂鸣器。

9.一种飞行器，其特征在于，在机身腹部前端安装有如权利要求1-4任一所述的飞行器高压线防撞报警装置。

10.如权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为直升机。

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