基于机器视觉的飞机客梯车定位技术在机场的研究与应用.pdf
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1、科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald技术创新基于机器视觉的飞机客梯车定位技术在机场的研究与应用陈月(上海民航职业技术学院 上海 200232)摘要:随着机器视觉技术不断地发展与完善,其所应用的领域也随之扩大。本文将机器视觉技术融入到机场特种车辆中,采用双目立体视觉技术,通过左、右摄像机对图像采集,并进行后续的处理分析,将客梯车与飞机舱门位姿关系确定下来,进而规划出一条行驶路线以提高靠机对接舱门的效率。同时,由于该机器视觉技术
2、能够移植应用在机场其他的对接型特种车辆上面,因此,若将所有地面特种车辆加装视觉系统后,可以实现机场地面特种车辆的智能化与自动化,不仅能够减少对接飞机的工作时间,也能够对机场地面特种车辆之间的协同工作和调度进行优化,从而提高机场整体工作效率。关键词:机器视觉 双目 机场 客梯车 效率中图分类号:TP391.41文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)10(c)-0061-06Research and Application of Aircraft Passenger Elevator Positioning Technology Based on Machine Vision in
3、 AirportsCHEN Yue(Shanghai Civil Aviation College,Shanghai,200232 China)Abstract:With the continuous development and improvement of machine vision technology,its application field also expands.In this paper,machine vision technology is integrated into airport special vehicles,and binocular stereo vi
4、sion technology is used to collect images through left and right cameras for subsequent processing and analysis.The relationship between the position and attitude of the passenger elevator and the aircraft cabin door is determined,and a driving route is planned to improve the efficiency of docking t
5、he cabin door.At the same time,because this machine vision technology can be transplanted and applied to other docking special vehicles in the airport.If all ground special vehicles are equipped with a vision system,the intelligence and automation of airport ground special vehicles can be realized,w
6、hich can not only reduce the working time of docking aircraft,but also optimize the collaborative work and scheduling between airport ground special vehicles,thus improving the overall work efficiency of the airport.Key Words:Machine vision;Binocular;Airport;Passenger elevator;Efficiency随着我国民航业的不断进步
7、,其旅客运输量和货物运输量也在快速增长,航空运输市场的需求量随之扩大,但同时对机场的运营和管理能力提出了巨大的挑战。根据民航业统计数据表明,航空投诉事件有一半以上的原因是关于航班服务不正常,其中一项就是低效的机场地面保障服务1。为了增加地面保障服务DOI:10.16660/ki.1674-098X.2207-5640-0475作者简介:陈月(1990),男,硕士,研究方向为汽车自动驾驶及新型传动件设计。61科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovati
8、on Herald技术创新的高效性,将高新技术应用在机场地面保障服务中来解决上述问题,已成为相关民航业从业者的共识。机场的地面特种车辆的调度工作受到机场运行、服务公司、乘客及货物等多个因素的影响,且在调度过程中会涉及多个部门的众多人员,错综复杂的飞行区场内运行设施、雨雪环境等都会对飞行区车辆调度工作的效率和安全性提出更高的要求。机器视觉定位技术应用于飞行区需要靠机工作的特种车辆上(如客梯车、升降平台车、牵引车等需要与飞机特定位置对接的特种车辆),将有效降低车辆调度过程中的对接耗时,为航班服务争取更多时间,从而最大化地将地面调度不合理而造成航班延误率降低2。目前,自动驾驶技术在汽车领域已经有了大
9、量的应用研究,在机场的应用研究则主要集中在某一种特种车辆的初步测试上3。例如:巴黎的戴高乐国际机场就投放了两辆纳维亚公司生产的小型无人驾驶载客车,并对其性能进行测试;挪威法格纳斯机场采用了雪帝科技公司研发的无人驾驶扫雪车来对机场内的积雪进行扫除作业,该扫雪车是基于“应用自动化”原理研发的;新加坡新翔集团公司研制的无人驾驶行李装运车、货物装运车也已进入测试阶段;中国广州白云机场与驭势科技公司合作就机场摆渡车进行深度合作等,中国长沙黄花机场的机坪正在测试宇通客车集团研制的第二代无人驾驶巴士小宇2.0。但是,上述的自动驾驶技术在机场应用还是集中在了运输类型的车辆上,对于对接型特种车辆的领域还未进行探
10、索,因此,机器视觉定位技术在机场对接型特种车辆上还有很广泛的探索空间。本文将以机场飞机客梯车为例进行技术说明,其机器视觉定位技术可以应用在机场其它的对接型特种车辆上4。1 双目立体视觉架构设计鉴于飞机登机舱门的外形均近似于矩形,因此,在机型已知的情况下,其舱门尺寸也是已知数值(部分机型舱门尺寸如表1所示),在舱门的边缘位置,会用不同的颜色标识出飞机舱门轮廓,因此,通过外形观察和色差,比较容易确定出飞机舱门的位置。本文采用的是双目机器视觉定位技术,通过左、右两台摄像机采集飞机舱门及其周边的图像,并将采集到的图像进一步处理以得到飞机舱门的轮廓图像,经过边缘提取和角点检测两种算法来确定出飞机舱门轮廓
11、的关键特征点。根据不同机型飞机舱门的尺寸参数,与三角原理相结合,对两台摄像机所采集的图像进行处理后,将得到的特征点通过匹配运算,从而计算得出飞机舱门与当前飞机客梯车所处的位姿关系。所谓位姿关系,在水平面基准上,包括距离和角度两种参数,当位姿关系参数确定后,生成运动控制指令,由此实现了飞机客梯车自主识别飞机舱门进行定位功能,进而提高了作业效率。双目立体视觉技术可以不与被测物体接触,其获取目标物体三维信息的能力具有效率高、精度高的优点。目前已经进行过大量的研究和测试,在自动驾驶及其它工业领域都有大量成功的应用案例,其技术相对成熟,测距原理类似于人的双眼,能够在多种环境条件下计算出各种空间实物的三维
12、信息5,这在现代科学技术社会中具有极高的研究价值和重要研究意义,该技术目前广泛应用在工业、农业和医学等多个领域。因此,本文在研究了大量双目视觉原理及其关键技术后,设计了一套基于机器视觉、应用于机场飞机客梯车的定位系统。双目立体视觉,顾名思义,是模拟人类双眼识别图像的方式来获得物体的深度信息,其主要思想是通过左右双眼的视差原理,从两个不同位置获得目标图像信息,便能够获得物体表面任意一点在世界坐标系中的三维信息。本文所设计的双目立体视觉定位系统,其工作流程如图所示。2 视觉信息处理2.1 摄像机标定在机器视觉技术的应用中,第一步是对目标图像进行采集。为了确保位于世界坐标系中物体表面任意一点的三维坐
13、标信息与被采集到的图像中相应点之间的相互关系的准确性,就必须先标定出摄像机成像模型的内在几何参数,这个内在参数即被称为摄像机参表1部分机型舱门尺寸飞机型号A319A320B737-300B747-200舱门尺寸/mm长1850183019301930宽810810860107062科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 技术创新数。摄像机参数的标定不仅在机器视觉技术的应用亦或是在图像处理技术中都是极其重要且关键的一个工作步骤,其
14、参数标定的精度及其算法稳定性都将直接影响到后续计算和分析结果的准确性和可靠性,因此,只有做好摄像机参数标定工作,才是做好双目立体视觉定位系统的基础。目前,摄像机参数标定方法有很多,其中较为常用的方法有传统摄像机参数标定法、主动视觉摄像机参数标定方法和摄像机参数自标定法。2.2 图像预处理由于实际工作环境中存在着多种多样的电磁干扰,加之摄像机自身的性能和功能千差万别,采集的图像常含有脉冲、高斯、瑞利等多种噪声,同时,由于客梯车在运动过程中会产生震动,因此,摄像机采集的图像会存在运动模糊等现象。为了提高图像的质量,就需要对摄像机采集到的图像进行去噪处理,或者是进行结构增强处理6。滤波技术是一种将图
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