專利名稱：一種檢測冰雪厚度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器和測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種檢測冰雪厚度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
冰雪覆蓋使得機(jī)場跑道、高速公路等公共交通設(shè)施表面摩擦力減小，容易造成飛機(jī)、汽車等失控，給人民的生命財產(chǎn)安全造成巨大的安全隱患。由此，眾多科研工作者在結(jié)冰檢測領(lǐng)域做出了積極的嘗試。發(fā)明名稱為電線積冰測量裝置及測量方法，申請?zhí)枮?01010300750. 2的專利申請文件中提出了一種針對電線積冰進(jìn)行測量的裝置及方法，該方法采用圖像處理的方式，但是由于缺乏絕對刻度作為參照，測量所得結(jié)冰厚度存在一定的誤差。實用新型名稱為一種光纖式結(jié)冰傳感器，申請?zhí)枮?01120145252. 5的專利申請文件中提出了一種光纖式結(jié)冰傳感器，但是該方法在結(jié)冰較厚時會產(chǎn)生信號飽和，不適用于機(jī)場跑道、高速公路等表面的自然結(jié)冰測量。發(fā)明名稱為一種基于圖像處理的結(jié)冰檢測方法，申請?zhí)枮?01110006549. 8的專利申請文件與發(fā)明名稱為用于地面氣象觀測的結(jié)冰自動觀測方法和裝置，申請?zhí)枮?01010254168. 7的專利申請文件中，都涉及到一種以水面的流動性判斷是否結(jié)冰的方法，但都不能提供定量的測量。目前，尚無十分有效的方法能針對機(jī)場跑道、高速公路上的冰雪厚度進(jìn)行測量，無法為通車通航提供可信的依據(jù)，只能夠靠人工的方式進(jìn)行巡查，維護(hù)難度大，效率也十分低下。另外，由于對冰雪厚度沒有定量的認(rèn)識，也容易造成除冰材料、除冰設(shè)備的短缺或者浪費，這對于抵御冰雪災(zāi)害是十分不利的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種檢測冰雪厚度的裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中通過人工的方式對機(jī)場跑道、高速公路上的冰雪進(jìn)行巡查導(dǎo)致維護(hù)難度大，效率也低的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種檢測冰雪厚度的裝置，包括標(biāo)尺、攝像頭、LED泛光燈和圖像處理裝置；所述標(biāo)尺用于與冰雪直接接觸，作為冰雪測量的參照；所述LED泛光燈用于給所述標(biāo)尺提供光照；所述攝像頭用于采集所述標(biāo)尺范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)；所述圖像處理裝置根據(jù)雙閾值邊緣提取的圖像識別方法對所述攝像頭采集的所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得冰雪厚度。更進(jìn)一步地，所述標(biāo)尺垂直地面放置，所述攝像頭朝向標(biāo)尺且與所述標(biāo)尺方向成90。到75。設(shè)置。更進(jìn)一步地，所述LED泛光燈有兩個，對稱放置在所述攝像頭與素數(shù)標(biāo)尺的連線兩側(cè)。更進(jìn)一步地，所述攝像頭和LED泛光燈的水平高度比所述標(biāo)尺頂端高，所述攝像頭軸向與水平線的夾角為俯向5-15 °，所述LED泛光燈軸向與水平線的夾角為俯向10-20。。更進(jìn)一步地，所述裝置還包括用于監(jiān)控所述LED泛光燈的開關(guān)狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)控裝置。更進(jìn)一步地，所述LED泛光燈由LED面光源、金屬外殼和鋼化玻璃面罩組成；所述LED泛光燈的光束發(fā)散角度大于20°。本發(fā)明還提供了一種采用上述的裝置進(jìn)行冰雪厚度檢測的方法，包括下述步驟S1:獲取冰雪圖像數(shù)據(jù)；S2 :將所述冰雪圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割處理使得目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)分離；S3 :對所述目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度化處理和平滑濾波處理后獲得結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)；S4 :對所述結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣提取處理后獲得邊緣像素點；S5:采用像素梯度的幅值和方向?qū)λ鲞吘壪袼攸c進(jìn)行判定，將所述邊緣像素點歸屬到相應(yīng)的集合并進(jìn)行直線擬合；S6:采用雙閾值法識別標(biāo)尺上的刻度，并根據(jù)檢測出的刻度數(shù)量和刻度間的最小分度的乘積獲得未被冰雪覆蓋的標(biāo)尺長度，進(jìn)而獲得冰雪的厚度。更進(jìn)一步地，在步驟S4中，采用基于微分算子的邊緣提取方法對所述結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣提取處理，當(dāng)一個像素點同時滿足相應(yīng)的條件時，所述像素點為圖像的邊緣像素點；所述相應(yīng)的條件包括所述像素點的邊緣強(qiáng)度大于沿所述像素點梯度方向的兩個相鄰像素點的邊緣強(qiáng)度；與所述像素點梯度方向上相鄰兩像素點的方向差小于η/4以及以所述像素點為中心的3X3鄰域中的邊緣強(qiáng)度極大值小于設(shè)定的閾值。更進(jìn)一步地，步驟S5具體為當(dāng)像素f(s，t)在像素f(x，y)的鄰域且它們的梯
權(quán)利要求
1.一種檢測冰雪厚度的裝置，其特征在于，包括標(biāo)尺、攝像頭、LED泛光燈和圖像處理裝置；所述標(biāo)尺用于與冰雪直接接觸，作為冰雪測量的參照；所述LED泛光燈用于給所述標(biāo)尺提供光照；所述攝像頭用于采集所述標(biāo)尺范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)；所述圖像處理裝置根據(jù)雙閾值邊緣提取的圖像識別方法對所述攝像頭采集的所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得冰雪厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)尺垂直地面放置，所述攝像頭朝向標(biāo)尺且與所述標(biāo)尺方向成90°到75°設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述LED泛光燈有兩個，對稱放置在所述攝像頭與素數(shù)標(biāo)尺的連線兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述攝像頭和LED泛光燈的水平高度比所述標(biāo)尺頂端高，所述攝像頭軸向與水平線的夾角為俯向5-15°，所述LED泛光燈軸向與水平線的夾角為俯向10-20°。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于監(jiān)控所述LED泛光燈的開關(guān)狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)控裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述LED泛光燈由LED面光源、金屬外殼和鋼化玻璃面罩組成；所述LED泛光燈的光束發(fā)散角度大于20°。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行冰雪厚度檢測的方法，其特征在于，包括下述步驟S1:獲取冰雪圖像數(shù)據(jù)；52:將所述冰雪圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割處理使得目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)分離；53:對所述目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度化處理和平滑濾波處理后獲得結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)；54:對所述結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣提取處理后獲得邊緣像素點；S5:采用像素梯度的幅值和方向?qū)λ鲞吘壪袼攸c進(jìn)行判定，將所述邊緣像素點歸屬到相應(yīng)的集合并進(jìn)行直線擬合；S6 :采用雙閾值法識別標(biāo)尺上的刻度，并根據(jù)檢測出的刻度數(shù)量和刻度間的最小分度的乘積獲得未被冰雪覆蓋的標(biāo)尺長度，進(jìn)而獲得冰雪的厚度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟S4中，采用基于微分算子的邊緣提取方法對所述結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣提取處理，當(dāng)一個像素點同時滿足相應(yīng)的條件時，所述像素點為圖像的邊緣像素點；所述相應(yīng)的條件包括所述像素點的邊緣強(qiáng)度大于沿所述像素點梯度方向的兩個相鄰像素點的邊緣強(qiáng)度；與所述像素點梯度方向上相鄰兩像素點的方向差小于η/4以及以所述像素點為中心的3X3鄰域中的邊緣強(qiáng)度極大值小于設(shè)定的閾值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟S5具體為當(dāng)像素f(s，t)在像素f(x，y)的鄰域且它們的梯度幅值和梯度方向分別滿足
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟S6具體為561:提取近似水平的擬合直線I ax I ≤ M, M為斜率閾值，l≤x≤n；562:根據(jù)Tl ( bx-by ( Th剔除遠(yuǎn)處邊緣和結(jié)冰界面邊緣，Th為第一距離閾值，Tl為第二距離閾值，I≤x，y≤η;563:從B中的最大值bmax到bmax-2的中值賦予bx開始判斷，bx-by為基準(zhǔn)邊緣標(biāo)定直線和目標(biāo)邊緣標(biāo)定直線間距離的近似值，當(dāng)該距離大于Th時，認(rèn)為目標(biāo)標(biāo)定直線邊緣屬于遠(yuǎn)處的不同的刻度或結(jié)冰界面；當(dāng)該距離小于Tl時，則認(rèn)為這兩條邊緣屬于重合的刻度邊緣或重合的結(jié)冰界面邊緣，符合條件的目標(biāo)直線集中在下一條刻度或結(jié)冰界面附近，對符合條件的目標(biāo)邊緣直線by進(jìn)行中值濾波，再用該邊緣標(biāo)定直線參數(shù)作為基準(zhǔn)1^進(jìn)行下一次判S64:根據(jù)結(jié)冰界面的邊緣獲得圖像中未被冰雪覆蓋的刻度，并根據(jù)檢測出的刻度數(shù)量和刻度間的最小分度的乘積獲得未被冰雪覆蓋的標(biāo)尺長度，進(jìn)而獲得冰雪的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測冰雪厚度的裝置及方法，該裝置包括標(biāo)尺、攝像頭、LED泛光燈和圖像處理裝置；標(biāo)尺用于與冰雪直接接觸，作為冰雪測量的參照；LED泛光燈用于給標(biāo)尺提供光照；攝像頭用于采集標(biāo)尺范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置根據(jù)雙閾值邊緣提取的圖像識別方法對攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得冰雪厚度。采用本發(fā)明提供的檢測冰雪厚度的裝置能夠在機(jī)場跑道、高速公路等公共交通設(shè)施上實現(xiàn)冰雪定量測量，可以實現(xiàn)計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對冰雪災(zāi)害進(jìn)行多閾值實時報警，具有智能補(bǔ)光設(shè)備可支持全天候監(jiān)控，采用雙閾值的邊緣識別方法排除背景干擾，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，形象直觀，使用方便。
文檔編號G01B11/06GK102997853SQ20121047701
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者葉林, 葛俊鋒, 許一飛, 尹勝生, 劉治軍 申請人:華中科技大學(xué)