[发明专利]图像结冰探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像结冰探测方法，通过对物体表面的图像进行分析，以获得关于物体表面结冰状况的信息，包括是否结冰、结冰类型、结冰厚度和/或面积等。

背景技术

在很多情况下，需要对物体的特定表面或部位的结冰状况进行探测和分析。例如在寒冷地区，需要对冬季公路路面的结冰状况进行监测，需要对风力发电机的叶片及部分转动部件的结冰状况进行探测，以及在飞机飞行过程中，对机体的多部位(如风挡、机翼尾翼前缘、发动机进气道等)的结冰现象进行监测，以避免结冰对飞行造成不利影响，防止结冰导致严重的飞行安全事故。需要注意的是，本申请中所涉及的词语“冰”应当包括各种冰、霜及其混合物。

迄今为止，人们已经提出了多种用于结冰探测的方法，从而可以采取相应的措施来避免结冰危害的发生。但是，这些已有的结冰探测的方法均存在各种缺陷和不足，从而极大地影响了其性能和适用范围。

例如，较早的结冰探测方法包括放射线式、电导率式和差压式。其中，放射线式结冰探测方法会给人体健康带来很大的危害，电导率式结冰探测方法的可靠性较差，差压式所用的装置的体积较大，结构比较复杂，响应速度较慢。此外，这几种结冰探测方法均只能给出结冰与否的定性探测结果，而不能给出关于结冰厚度和结冰速率的定量信息。

现在广泛采用的是磁致伸缩振动筒式和压电膜片式结冰探测方法，它们均能够给出一定冰厚范围内结冰厚度和结冰速率的定量信息。但它们也各有一定的缺陷：磁致伸缩振动筒式结冰探测方法的装置结构复杂、生产工艺要求高、校准困难，并且无法齐平保形地安装于曲面部位(如飞行器机翼尾翼前缘)；压电膜片式结冰探测方法所用的装置虽然体积、重量较小，能够一定程度上实现曲面部位的齐平保形安装，但其敏感材料的生产要求较严，工艺较为复杂，装配比较困难。

近年来，研究人员又提出了新的光纤式结冰探测的方法，其具有一些突出的优点，例如，探测灵敏度高、结构简单、可靠性高以及能够实现齐平保形安装等，同时也具备一定的对传统结冰类型(明冰、淞冰以及混合型冰)的识别能力。但是，光纤式结冰探测仍然具有几方面的缺陷：首先，其无法实现对过冷大水滴结冰(Supercooled Large Droplet Icing，简称SLD)的探测；其次，其无法消除或完全消除结冰类型对定量分析的影响；此外，其只能实现点探测，而无法对具有较大尺寸的面进行探测。

对于过冷大水滴结冰的探测，现有技术中存在一些尝试。例如，在公开号为US2002/0158768A1和US2004/0231410A1的美国专利和申请号为PCT/US012106的国际专利申请中，都公开了一种能够实现过冷大水滴结冰探测的装置。但是，这些探测器的核心传感和探测元件仍然采用磁致伸缩谐振式和压电式结冰传感器，因而也不可避免地具有前面提到的现有结冰探测器的共同缺陷。

对于结冰类型的准确识别，虽然现有的探测器能够一定程度上实现对结冰类型的判断，但是其准确度均比较低。而要对结冰进行精确的定量分析，必须建立在对结冰类型准确识别的基础上。因为在现有的结冰探测装置中，不同厚度的冰可能因为其类型不同而对应于同一输出信号。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的图像结冰探测方法，其能够利用图像处理技术对冰层的图像进行处理，从而识别出不同结冰图像所包含的图像特征之间的差别，并且根据这些差别准确地识别出结冰种类并计算结冰的厚度等数据。

根据本发明的一个方面，提出一种探测物体表面结冰状况的方法，包括以下步骤：

-获取待探测的物体表面的图像，

-对所述图像进行分析，从而得到所述物体表面的结冰状况。

通过上述技术方案，结冰状况的判定不再借助于简单的传感器信号，而是通过对整幅图像从多个方面进行综合性信息分析而得出，因而可以大大提高识别结冰种类的定性探测和探测冰层厚度、结冰速度和/或面积的定量探测的精确度。

优选地，对所述图像进行分析包括：

-给所述图像标记与结冰状况相关的若干参数，

-对所标记的参数进行计算，从而获得所述图像的特征因数，

-根据所述特征因数得到所述物体表面的结冰状况。

优选地，给所述图像标记参数的依据包括图像的特征。冰层中总是同时存在反射和散射两种效应，不同种类不同厚度的结冰其反射和散射效应都是不相同的，反映到冰层上的图像特征也各不相同。对不同图像特征进行区分可以很好地识别出其相应的反射和散射效应，并进而识别出相应的结冰状况。

优选地，所述图像的特征包括亮度。