專利名稱：一種檢測冰雪厚度的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于傳感器和測量技術領域，更具體地，涉及一種檢測冰雪厚度的裝置。
背景技術：
冰雪覆蓋使得機場跑道、高速公路等公共交通設施表面摩擦力減小，容易造成飛機、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的專利文件中提出了一種針對電線積冰進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場跑道、高速公路上的冰雪厚度進行測量，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行巡查，維護難度大，效率也十分低下。另外，由于對冰雪厚度沒有定量的認識，也容易造成除冰材料、除冰設備的短缺或者浪費，這對于抵御冰雪災害是十分不利的。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種檢測冰雪厚度的裝置，旨在解決現(xiàn)有技術中通過人工的方式對機場跑道、高速公路上的冰雪進行巡查導致維護難度大，效率也低的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種檢測冰雪厚度的裝置，包括與冰雪直接接觸并作為冰雪測量參照的標尺；給所述標尺提供光照的LED泛光燈；采集所述標尺范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的攝像頭；以及對所述攝像頭采集的所述圖像數(shù)據(jù)進行處理并獲得冰雪厚度的圖像處理裝置。更進一步地，所述標尺垂直地面放置，所述攝像頭朝向標尺且與所述標尺方向成90。到75。設置。更進一步地，所述LED泛光燈有兩個，對稱放置在所述攝像頭與素數(shù)標尺的連線兩側(cè)。更進一步地，所述攝像頭和LED泛光燈的水平高度比所述標尺頂端高，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。。[0009]更進一步地，所述裝置還包括監(jiān)控所述LED泛光燈的開關狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)控裝置。更進一步地，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°。采用本實用新型提供的檢測冰雪厚度的裝置能夠在機場跑道、高速公路等公共交通設施上實現(xiàn)冰雪定量測量，可以實現(xiàn)計算機遠程監(jiān)控，對冰雪災害進行多閾值實時報警，具有智能補光設備可支持全天候監(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)構簡單，形象直觀，使用方便。

圖1是本實用新型實施例提供的檢測冰雪厚度的裝置的結(jié)構原理框圖；圖2是本實用新型實施例提供的檢測冰雪厚度的裝置的安裝結(jié)構示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的檢測冰雪厚度的方法的實現(xiàn)流程圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型實施例提供的檢測冰雪厚度的裝置能夠在機場跑道、高速公路等公共交通設施上實現(xiàn)冰雪定量測量，可以實現(xiàn)計算機遠程監(jiān)控，對冰雪災害進行多閾值實時報警，具有智能補光設備可支持全天候監(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)構簡單，形象直觀，使用方便。圖1示出了該檢測冰雪厚度的裝置的結(jié)構原理，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下:該檢測冰雪厚度的裝置包括標尺1、攝像頭2、LED泛光燈3和圖像處理裝置4 ;標尺I用于與冰雪直接接觸，作為冰雪測量的參照；LED泛光燈3用于給標尺提供光照；攝像頭2用于采集標尺I范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置4根據(jù)雙閾值邊緣提取的圖像識別方法對攝像頭2采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理后獲得冰雪厚度。在本實用新型實施例中，標尺I垂直地面放置，攝像頭2朝向標尺設置，與標尺I方向成90°到75°，兩個高強度LED泛光燈3在攝像頭與標尺I的連線兩側(cè)對稱放置，LED泛光燈3帶有光控傳感器,可以在環(huán)境光強時自動關閉,環(huán)境光弱時自動打開；當環(huán)境光弱(如夜間)時由帶有光敏傳感器的LED泛光燈3對標尺I進行智能補光。在本實用新型實施例中，該檢測冰雪厚度的裝置還包括，狀態(tài)監(jiān)控裝置，可接收來自LED泛光燈3的信號，可用于監(jiān)控LED泛光燈3的開關狀態(tài)。圖像處理裝置4和狀態(tài)監(jiān)控裝置5均可集成在計算機中。圖2示出了本實用新型實施例提供的檢測冰雪厚度的裝置的安裝結(jié)構；該裝置的安裝部件包括:標尺1，攝像頭2，LED泛光燈A(3-1)，LED泛光燈B(3-2)，安裝支架6。標尺I垂直地面安裝，標尺I的材料采用不銹鋼。根據(jù)我國氣象條件，標尺I長度可取30-40cm。標尺I采用烤漆上色和激光刻標的工藝進行加工，標尺精度為5mm。攝像頭2朝向標尺I的中部，攝像頭2高度比標尺I總長高5-10cm，攝像頭2中軸線俯向標尺I中部，與水平成5-15°夾角。LED泛光燈A (3-1)與LED泛光燈B (3-2)在標尺I與攝像頭2連線的兩側(cè)對稱分布，LED泛光燈3高度比標尺I總長高5-lOcm，燈頭中軸線俯向標尺I中部，與水平成10-20°的夾角。安裝支架6連接標尺1、LED泛光燈A (3_1)、LED泛光燈B (3_2)和攝像頭2。LED泛光燈2包括大功率LED面光源、金屬壓模成型外殼、高清晰透明鋼化玻璃面罩，光束發(fā)散角度大于20°，工作溫度范圍包含_40°C ^+50°C，防塵防水等級達到IP54及以上，目標照度達到1000LUX以上，本例中的LED泛光燈約為20W。LED泛光燈A (3_1)與LED泛光燈B (3-2)上帶有光線傳感裝置，本例中為光敏電阻，通過光敏電阻控制繼電器，實現(xiàn)LED泛光燈3在白天自動關閉，在照度偏低時自動點亮對標尺I補光。攝像頭2可以采用1/4-S0NY-CXD —體化攝像頭，清晰度在480線以上，光學變焦倍數(shù)達到22，自動光圈，由于機場跑道、高速公路上容易出現(xiàn)大風、雨雪等天氣，一般攝像頭達不到室外長期使用的防塵防水要求，需要配備防水防塵罩。防水防塵罩包含護罩體、加熱除霜器、雨刷。護罩體在鏡頭端向前延伸，減少陽光直射對攝像頭的影響。加熱除霜器在溫度低至0°C時啟動，高于5°C時自動關閉。雨刷擺動角度不小于90度，可覆蓋整個視窗，擺動速度不低于50次/分鐘，由遠端開關控制。在溫度低于零下20°C的環(huán)境中，攝像頭2還應使用隔熱保護罩。為了實現(xiàn)對機場跑道、高速公路等公共交通設施上的冰雪厚度進行定量測量，本實用新型提供一種檢測冰雪厚度的方法，采用攝像頭設備和圖像處理的方法，能提供精度達5_的冰雪測量結(jié)果，可以實現(xiàn)計算機遠程監(jiān)控，對冰雪災害進行多閾值實時報警，具有智能補光設備可支持全天候監(jiān)控，采用雙閾值的邊緣識別方法排除背景干擾，可靠性高。圖3示出了采用本實用新型實施例提供的上述裝置進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)；
`[0027]S2:將所述冰雪圖像數(shù)據(jù)進行圖像分割處理使得目標圖像數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)分離；S3:對所述目標圖像數(shù)據(jù)進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)進行邊緣提取處理后獲得邊緣像素點；S5:利用像素梯度的幅值和方向?qū)λ鲟徲蛑羞吘壪袼攸c進行判定，將所述邊緣像素點歸屬到相應的集合并進行直線擬合；S6:采用雙閾值法識別標尺上的刻度，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尺長度，進而獲得冰雪的厚度。該冰雪厚度檢測方法在攝像頭前方設置標尺，通過支架將攝像頭架至距地面高度
0.5m以上，通過攝像頭采集標尺周圍圖像數(shù)據(jù)傳輸至計算機，由軟件通過邊緣識別的方法識別標尺信息，并據(jù)此計算冰雪厚度。有同樣用支架架起的高亮度LED泛光燈對標尺進行補光，可以實現(xiàn)24小時全天候的冰雪厚度監(jiān)控。本實用新型實施例中，在步驟S4中，可以采用基于微分算子的邊緣提取方法對結(jié)冰圖像數(shù)據(jù)進行邊緣提取處理，當一個像素同時滿足相應的條件時，該像素為圖像的邊緣像素點；相應的條件包括:該點的邊緣強度大于沿該點梯度方向的兩個相鄰像素點的邊緣強度；與該點梯度方向上相鄰兩點的方向差小于n /4以及以該點為中心的3X3鄰域中的邊緣強度極大值小于設定的閾值。閾值的選取可采用實驗法確定，對比不同閾值得到的圖像處理結(jié)果，選取既能提取出有效的邊緣信息又能一定程度上抑制噪聲干擾的閾值，本例中取值為10。本實用新型實施例中，步驟S5具體為:當像素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
權利要求1.一種檢測冰雪厚度的裝置，其特征在于，包括: 與冰雪直接接觸并作為冰雪測量參照的標尺； 給所述標尺提供光照的LED泛光燈； 采集所述標尺范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的攝像頭；以及 對所述攝像頭采集的所述圖像數(shù)據(jù)進行處理并獲得冰雪厚度的圖像處理裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標尺垂直地面放置，所述攝像頭朝向標尺且與所述標尺方向成90°到75°設置。
3.如權利要求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)標尺的連線兩側(cè)。
4.如權利要求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.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括監(jiān)控所述LED泛光燈的開關狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)控裝置。
6.如權利要求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°。
專利摘要本實用新型公開了一種檢測冰雪厚度的裝置，該裝置包括標尺、攝像頭、LED泛光燈和圖像處理裝置；標尺用于與冰雪直接接觸，作為冰雪測量的參照；LED泛光燈用于給標尺提供光照；攝像頭用于采集標尺范圍內(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)進行處理后獲得冰雪厚度。采用本實用新型提供的檢測冰雪厚度的裝置能夠在機場跑道、高速公路等公共交通設施上實現(xiàn)冰雪定量測量，可以實現(xiàn)計算機遠程監(jiān)控，對冰雪災害進行多閾值實時報警，具有智能補光設備可支持全天候監(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)構簡單，形象直觀，使用方便。
文檔編號G01B11/06GK202947691SQ20122062211
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權日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