CN111006744B - 一种红外热像式航空油料液面检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种红外热像式航空油料液面检测方法，包括以下步骤：(1)放置红外热像仪；(2)在油罐顶线内找一个点，记为a点；(3)从a点吊一条铅垂线，在铅垂线上任意一位置标记为b点；(4)量取红外热像仪至a点距离，记为La；(5)量取红外热像仪至b点距离，记为Lb；(6)在红外热像图中识别并标注好a点和b点；(7)将La、Lb的长度和油罐实际的标称高度h作为参数，将二维图像中a点、b点坐标点转换为三维空间的立体空间坐标点Va、Vb，(8)在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点；(9)根据c位置获得一条方向向量dc，得到c点的三维坐标点Vc，(10)计算Vc点至Va点的距离，记为lac，最后取得液面高度L。
Description
技术领域
本发明涉及一种液面检测方法，尤其涉及一种航空油料液面检测方法。
背景技术
航空油灌中的液面高度检测对于航空油料的运输、存储和使用都有着非常重要的意义，一直以来航空油灌中液面高度的检测都是通过使用高精度的液位计。液位仪检测方法的一个问题是液位仪作为一种存在物理运动的器件仍然是存在一定物理故障的概率的，由于油罐中并无备份***，当器件出现故障时，如果需要在非常短的时间内获取相对比较可靠的液位高度时比较困难的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供以下方案：
一种红外热像式航空油料液面检测方法，应用于至少包括红外热像仪、测距仪的***；其中红外热像仪用于将油罐转化为二维热像图并确定油罐上需求点二维坐标，测距仪用于测量红外热像仪与油罐上需求点距离；所述方法：
获取油罐顶线内的参考点a，以及在该参考点a的垂线上的第二参考点b；
使得红外热像仪对准a点并使用测距仪量取红外热像仪至a点距离，记为La；使得红外热像仪对准b点并使用测距仪量取红外热像仪至b点距离，记为Lb；
在二维热像图中确定a点的坐标[ax，ay]和b点的坐标[bx，by]；
在二维热成像图中在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点，且c点坐标记为[cx，cy]；其具体操作的流程如下：
(1)放置测距仪及红外热像仪，并将航空油罐罐体摄入红外热像仪内；
(2)在油罐顶线内找一个点，记为a点；
(3)从a点吊一条铅垂线，在铅垂线上任意一位置标记为b点，并在b点处固定一标识物体；
(4)转动红外热像仪对准a点并使用测距仪量取红外热像仪至 a点距离，记为La；
(5)转动红外热像仪对准b点并使用测距仪量取红外热像仪至 b点距离，记为Lb；
(6)在二维热像图中识别并标注好a点的坐标[ax，ay]和b点的坐标[bx，by]；
(7)在二维热成像图中在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点，且c点坐标记为[cx，cy]；
将标记了a点、b点、c点及其坐标的二维热像图及La、Lb传输至液面分析***进行液面高度计算分析，液面分析***的计算过程为：
(1)将La、Lb的长度和油罐实际的标称高度h作为参数，将二维图像中a点、b点坐标点转换为以红外热像仪为原点的三维空间的立体空间坐标点Va、Vb，已知二维热像图图分辨率为pw、ph，a点在二维热像图中的二维坐标记为[ax，ay]，b点在二维热像图中的二维坐标记为[bx，by]，红外热像仪的水平视场角记为hfov，垂直视场角记为vfov，PI为3.1415926，转换公式如下：
Va＝normalize(ax-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-ay,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*PI/180.0))*La；
Vb＝normalize(bx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-by,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*π/180.0))*Lb；
(2)根据c点的二维坐标，得出c点三维坐标Vc：根据c位置可以获得一条以红外热像仪为原点的三维方向向量dc，将Va和Vb 之间的线段Vab与dc进行三维共面直线求交可得到c点的三维坐标点Vc，dc在三维空间中的x分量记为dc.x，标准三维向量记为v，标准三维向量在三维空间中的x分量记为v.x，临时标量记为t，其公式如下：
dc＝normalize(cx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-cy,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*PI/180.0))
v＝normalize(Vab)
t＝(dc.x-Va.x)/v.x
Vc＝Va+v*t
其中dc,v为标准三维向量，三维向量有x,y,z三个分量,dc.x表示 dc的x分量；t是一个临时标量，表示把计算结果先存这，值会用在下一步公式；v.x表示v三维向量的x分量；
(3)液面高度分析***软件计算Vc点至Va点的距离，记为lac，最后取得液面高度L，公式如下：L＝h–lac。
进一步的，所述红外热像仪放置于距油罐50米处。
进一步的，测距仪为高精度激光测距仪。
本发明的有益效果为：
1.随时启用，当油罐内液位仪出现故障无法使用时，能够较快的取得油罐内液面高度数据，且组件替换方便。
2.方法简单，操作方便。
3.同时与油罐内液位仪使用，用以对比精确油罐内液面高度数据。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为油罐二维热成像图。
1.油罐；2.顶线；3.高精度激光测距仪；4.红外成像仪；h.油罐高度；L.液面高度。
具体实施方式
现结合附图对本发明进行详细说明：
实施例1：如图1至图2所示，一种红外热像式航空油料液面检测方法，应用于至少包括红外热像仪、测距仪的***；其中红外热像仪用于将油罐转化为二维热像图并确定油罐上需求点二维坐标，测距仪用于测量红外热像仪与油罐上需求点距离；所述方法：
获取油罐顶线内的参考点a，以及在该参考点a的垂线上的第二参考点b；
使得红外热像仪对准a点并使用测距仪量取红外热像仪至a点距离，记为La；使得红外热像仪对准b点并使用测距仪量取红外热像仪至b点距离，记为Lb；
在二维热像图中确定a点的坐标[ax，ay]和b点的坐标[bx，by]；
在二维热成像图中在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点，且c点坐标记为[cx，cy]；其具体操作的流程如下：
(1)放置测距仪及红外热像仪，并将航空油罐罐体摄入红外热像仪内；
(2)在油罐顶线内找一个点，记为a点；
(3)从a点吊一条铅垂线，在铅垂线上任意一位置标记为b点，并在b点处固定一标识物体；
(4)转动红外热像仪对准a点并使用测距仪量取红外热像仪至 a点距离，记为La；
(5)转动红外热像仪对准b点并使用测距仪量取红外热像仪至 b点距离，记为Lb；
(6)在二维热像图中识别并标注好a点的坐标[ax，ay]和b点的坐标[bx，by]；
(7)在二维热成像图中在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点，且c点坐标记为[cx，cy]；
将标记了a点、b点、c点及其坐标的二维热像图及La、Lb传输至液面分析***进行液面高度计算分析，液面分析***的计算过程为：
(1)将La、Lb的长度和油罐实际的标称高度h作为参数，将二维图像中a点、b点坐标点转换为以红外热像仪为原点的三维空间的立体空间坐标点Va、Vb，已知二维热像图图分辨率为pw、ph，a点在二维热像图中的二维坐标记为[ax，ay]，b点在二维热像图中的二维坐标记为[bx，by]，红外热像仪的水平视场角记为hfov，垂直视场角记为vfov，PI为3.1415926，转换公式如下：
Va＝normalize(ax-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-ay,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*PI/180.0))*La；
Vb＝normalize(bx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-by,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*π/180.0))*Lb；
(2)根据c点的二维坐标，得出c点三维坐标Vc：根据c位置可以获得一条以红外热像仪为原点的三维方向向量dc，将Va和Vb 之间的线段Vab与dc进行三维共面直线求交可得到c点的三维坐标点Vc，dc在三维空间中的x分量记为dc.x，标准三维向量记为v，标准三维向量在三维空间中的x分量记为v.x，临时标量记为t，其公式如下：
dc＝normalize(cx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-cy,ph/2.0/ tan(vfov/2.0*PI/180.0))
v＝normalize(Vab)
t＝(dc.x-Va.x)/v.x
Vc＝Va+v*t
其中dc,v为标准三维向量，三维向量有x,y,z三个分量,dc.x表示 dc的x分量；t是一个临时标量，表示把计算结果先存这，值会用在下一步公式；v.x表示v三维向量的x分量；
(3)液面高度分析***软件计算Vc点至Va点的距离，记为lac，最后取得液面高度L，公式如下：L＝h–lac。
本发明能够随时启用，当油罐内液位仪出现故障无法使用时，能够较快的取得油罐内液面高度数据，且组件替换方便。检测方法简单，操作方便。同时与油罐内液位仪使用，用以对比精确油罐内液面高度数据。
以上对本发明实施例所提供的的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，再具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为本发明的限制。
Claims (3)
1.一种红外热像式航空油料液面检测方法，其特征在于：应用于至少包括红外热像仪、测距仪的***；其中红外热像仪用于将油罐转化为二维热像图并确定油罐上需求点二维坐标，测距仪用于测量红外热像仪与油罐上需求点距离；所述方法：
获取油罐顶线内的参考点a，以及在该参考点a的垂线上的第二参考点b；
使得红外热像仪对准a点并使用测距仪量取红外热像仪至a点距离，记为La；使得红外热像仪对准b点并使用测距仪量取红外热像仪至b点距离，记为Lb；
在二维热像图中确定a点的坐标[ax，ay]和b点的坐标[bx，by]；
在二维热成像图中在ab线上采用图像分析方法判断出图片色差最明显之处，记为c点，且c点坐标记为[cx，cy]；
将标记了a点、b点、c点及其坐标的二维热像图及La、Lb传输至液面分析***进行液面高度计算分析，计算过程为：
(1)将La、Lb的长度和油罐实际的标称高度h作为参数，将二维图像中a点、b点坐标点转换为以红外热像仪为原点的三维空间的立体空间坐标点Va、Vb，已知二维热像图分辨率为pw、ph，a点在二维热像图中的二维坐标记为[ax，ay]，b点在二维热像图中的二维坐标记为[bx，by]，红外热像仪的水平视场角记为hfov，垂直视场角记为vfov，PI为3.1415926，转换公式如下：
Va＝normalize(ax-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-ay,ph/2.0/tan(vfov/2.0*PI/180.0))*La；
Vb＝normalize(bx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-by,ph/2.0/tan(vfov/2.0*π/180.0))*Lb；
(2)根据c点的二维坐标，得出c点三维坐标Vc：根据c位置可以获得一条以红外热像仪为原点的三维方向向量dc，将Va和Vb之间的线段Vab与dc进行三维共面直线求交可得到c点的三维坐标点Vc，dc在三维空间中的x分量记为dc.x，标准三维向量记为v，标准三维向量在三维空间中的x分量记为v.x，临时标量记为t，其公式如下：
dc＝normalize(cx-2.0*ph*hfov/vfov,ph/2.0-cy,ph/2.0/tan(vfov/2.0*PI/180.0))
v＝normalize(Vab)
t＝(dc.x-Va.x)/v.x
Vc＝Va+v*t
(3)计算Vc点至Va点的距离，记为lac，最后取得液面高度L，公式如下：L＝h–lac。
2.如权利要求1中所述一种红外热像式航空油料液面检测方法，其特征在于：所述红外热像仪放置于距油罐50米处。
3.如权利要求1中所述一种红外热像式航空油料液面检测方法，其特征在于：所述测距仪为高精度激光测距仪。
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