一種基于球機監(jiān)控視頻的機場外來異物檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領域和智能視頻監(jiān)控技術領域，具體為一種基于球機監(jiān) 控視頻的機場外來異物(FOD)檢測方法。
【背景技術】
[0002] 由于機場跑道外來物(FOD)對飛機起飛和降落的安全有很大的危害，隨著科技的 發(fā)展，計算機網絡、圖像處理等技術的進步，實時、自動檢測異物已變成可能，實現(xiàn)檢測高度 智能化，充分合理利用有限的跑道檢測時間，減輕檢測工人負擔，從而提高起飛與降落效 率，建立安全的飛機起飛降落環(huán)境。
[0003] 機場跑道外來物的目標檢測以及信息采集在該檢測系統(tǒng)中至關重要。當前，國外 常用的FOD檢測系統(tǒng)主要有4個，分別是英國開發(fā)的Tarsier系統(tǒng)、以色列開發(fā)的FODDetect 系統(tǒng)、美國開發(fā)的FODFinder系統(tǒng)和新加坡開發(fā)的IFerret系統(tǒng)。以上幾個系統(tǒng)大多是雷達 成像，對設備有很高的要求，包括探測距離長，波束窄、分辨率高，從雷達圖像序列的斑點噪 聲提取微小物體的信號。這些檢測系統(tǒng)費用高昂且不易維護。而國內大多數(shù)機場采用人工 不定時巡邏清理異物，容易形成監(jiān)控死角和時間的不確定，且處理異物效率低，容易疏漏， 存在很大的安全隱患。即使采用了光學設備，性能也容易受天氣環(huán)境的影響?；谇驒C監(jiān)控 的機場外來異物(FOD)檢測以視頻監(jiān)控技術為基礎，綜合利用計算機視覺、圖像處理、模式 識別等技術，自主對機場跑道場景進行分析、信息提取和反饋。該方法無需破壞跑道，中斷 起飛與降落，具有可在線安裝、調試、維修，檢測范圍大，提取信息能力強，實時性好等特點。 因而可以應用于機場跑道異物的檢測。目前國內外許多高校等科研機構都對視頻監(jiān)控處理 進行了研究，然而目前國內還沒有一種基于球機監(jiān)控視頻的機場外來異物(FOD)的系統(tǒng)應 用于機場跑道，滿足機場對FOD的檢測需求。
[0004] 表1各系統(tǒng)監(jiān)測性能對比
[0007] (參考文獻：國家民航總局機場司民航局安全技術中心.FOD防范手冊7R8.2009)

【發(fā)明內容】
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[0008] 技術問題:本發(fā)明的目的是給出一種檢測合理，定位準確的一種基于球機監(jiān)控視 頻的機場外來異物檢測方法。

【發(fā)明內容】
[0009] :為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于球機監(jiān)控視頻的機場外 來異物檢測方法，該方法包括如下步驟：
[0010]步驟1:初始化:將待檢測區(qū)域均勻劃分為若干子區(qū)域，各個子區(qū)域的并集要完全 覆蓋待檢測區(qū)域，利用機場規(guī)定區(qū)域設置的視頻監(jiān)控攝像機，通過攝像機預置位的設置來 確定每個子區(qū)域相應的攝像機觀察的方位、放大倍數(shù)、聚焦參數(shù)，實時采集各個清理干凈的 子區(qū)域的視頻畫面，并將視頻信號傳輸至處理單元；
[0011] 步驟2:提取背景:處理單元對采集到的視頻信號解碼后進行建模，利用時間平均 法，即計算一定時間內視頻圖像各像素點的平均值作為背景的像素值，計算公式為
，.其中（x，y)為圖像任意像素點的坐標，fi(x，y)是第i幀視頻序 列圖像在(x，y)點處的像素值，M為需要平均的幀數(shù)，fB(x，y)為圖像序列在(x，y)像素的平 均值
[0012] 步驟3:提取前景與輪詢檢測：采用計算機視覺及圖像處理技術，對經解碼后的視 頻幀以一定幀數(shù)為單位進行平滑處理，隨后對各子區(qū)域開始進行前景目標輪詢檢測，識別 子區(qū)域內疑似的F0D;若該區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)疑似FOD目標，則對該區(qū)域進行背景更新，同時輪詢 下一個子區(qū)域，如此循環(huán)。
[0013] 步驟4:輪詢檢測后判斷：根據(jù)前景目標信息，若是首次發(fā)現(xiàn)，則對此疑似FOD進行 標記并在下一次輪詢中再次確認;若是對已經識別出的疑似FOD目標，則需在輪詢檢測后確 認并判定，若輪詢后該目標在超出警示要求時間上限后檢測仍存在，則給出FOD安全警示， 并拍照保存此次FOD檢測目標圖像；
[0014] 步驟5:證據(jù)保存:將FOD目標位置范圍數(shù)據(jù)、提取時刻數(shù)據(jù)及提取得到的目標信息 圖像數(shù)據(jù)通過網絡傳遞給后方控制及調度中心，由調度中心做出相應決策。
[0015] 優(yōu)選的，步驟3中，在解碼后的視頻信號計算出檢測區(qū)域的基本參數(shù)并保存，隨后 調用球機預置位進行全部子區(qū)域輪詢掃描。
[0016] 優(yōu)選的，在子區(qū)域進行目標檢測前首先對視頻進行自動背景提取、自適應背景更 新及球機防抖處理，再利用FOD目標檢測的方法提取出疑似FOD目標;其中，自適應背景更新 的算法可以表示為仏(1，7)=(11 11(1，7) + (1-€[)811-1(1，7)，公式中，811(1，7)、111(1，7)分別為背 景圖像和當前幀圖像在(x，y)處的灰度值，α是背景更新系數(shù);x，y分別為圖像任意像素點的 坐標，圖像抖動消除可以利用匹配法，即提取圖像某一特征區(qū)域，在相鄰幀之間進行特征匹 配，根據(jù)匹配的結果進行運動參數(shù)計算，最后根據(jù)運動參數(shù)進行抖動補償。
[0017] 優(yōu)選的，該方法包括如下步驟：
[0018] 步驟11:將當前幀和背景幀做差分后，進行閾值分割以及二值化處理等；
[0019] 步驟12:對差分后的幀做陰影去除，平滑、銳化；
[0020] 步驟13:經過形態(tài)學處理，得到前景目標像素區(qū)域；
[0021 ] 步驟14:若發(fā)現(xiàn)目標，則采用連通標記算法對這些區(qū)域進行標記與定位;若沒有目 標，則進行背景更新，準備下一輪監(jiān)測；
[0022]步驟15:若滿足報警條件，即超出檢測警示要求時間FOD仍存在，則根據(jù)目標的特 征與常見FOD比對后進行識別。
[0023]優(yōu)選的，步驟4中的判定過程包括如下步驟：
[0024]步驟41:從檢測出的疑似FOD目標中提取出相對位置、包括方向、大小信息；
[0025] 步驟42:如存在疑似FOD，則下一次輪詢需要判斷該FOD有沒有消失；
[0026]步驟43:若存在FOD目標則進行常見FOD的信息比對，啟動自動報警裝置，給出警示 信息。
[0027] 優(yōu)選的，步驟5中所述的數(shù)據(jù)首先經過封裝成為網絡幀，然后通過有線或無線網絡 傳輸至機場控制及調度中心。
[0028] 有益效果:本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，在系統(tǒng)正常 工作后無需人工干預，一個球機可以執(zhí)行較大范圍內的FOD檢測，且抵抗外界噪聲能力強， 工作可靠；網絡只傳輸圖像處理后的有用信息，節(jié)約帶寬，同時也減輕了后端控制中心計算 機的處理壓力;通過現(xiàn)有的無線及有線網絡可以同步將前方的處理結果反饋至后端控制中 心，無需另外鋪設傳輸線路，便捷可行。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的組成流程框圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明的主要算法流程圖。
[0031] FOD:機場外來異物
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0033] 本發(fā)明公開一種基于球機監(jiān)控視頻的機場外來異物(FOD)檢測方法。該方法通過 在機場規(guī)定區(qū)域架設的監(jiān)控球機采集視頻信號，通過球機轉動依次輪詢采集子區(qū)域視頻信 號。視頻解碼后，通過計算機視覺與圖像處理技術，對各個子區(qū)域視頻進行背景更新及覆蓋 整個區(qū)域的輪詢檢測，結合疑似物停留時間判斷出各子區(qū)域內各類直徑在2cm-50cm的F0D， 根據(jù)圖像所在子區(qū)域以及匹配常見的F0D，得出FOD所在位置區(qū)域、可能的目標類型等信息， 并將獲取到的信息傳送到后方控制中心。該方法所述視頻監(jiān)測裝置可監(jiān)測較大范圍內的 F0D，且操作簡易，經濟有效，檢測方法集視頻監(jiān)控、視頻處理和實時報警于一體，可在無人 值守的情況下自主對區(qū)域內疑似FOD進行判斷并報警，實現(xiàn)一種準確、高效的機場外來異物 (FOD)監(jiān)測系統(tǒng)。
[0034] 本發(fā)明應用于機場外來異物(FOD)檢測，包括如下步驟：
[0035] 1)將全部檢測區(qū)域劃分為若干個子區(qū)域，利用機場規(guī)定區(qū)域設置的視頻監(jiān)控攝像 機實時采集各個清理干凈的子區(qū)域的視頻畫面，并將視頻信號傳輸至處理單元；
[0036] 2)處理單元對各個區(qū)域對采集到的視頻信號進行解碼；
[0037] 3)采用計算機視覺及圖像處理技術，對經解碼后的視頻幀以一定幀數(shù)為單位進行 平滑處理，隨后對所有子區(qū)域開始進行前景目標輪詢檢測，識別各個區(qū)域內疑似的F0D，若 該區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)疑似FOD目標，則對該區(qū)域進行背景更新。
[0038] 4)根據(jù)前景目標信息，對已經識別出的疑似FOD目標進行再次輪詢確認并判定，若 輪詢后該目標在超出警示要求時間上限后檢測仍存在，則給出FOD安全警示，并拍照保存此 次FOD檢測目標圖像；
[0039] 5)將FOD目標位置范圍數(shù)據(jù)、提取時刻數(shù)據(jù)及提取得到的目標信息圖像數(shù)據(jù)通過 網絡傳遞給后方控制及調度中心，由調度中心做出相應決策。
[0040] 其特征在于:在解碼后的視頻信號計算出檢測區(qū)域的基本參數(shù)并保存，隨后調用 球機預置位進行全部子區(qū)域輪詢掃描。
[0041 ] 6)在子區(qū)域進行目標檢測前首先對視頻進行自動背景提取、自適應背景更新及球 機防抖處理，再利用FOD目標檢測的方法提取出疑似FOD目標。
[0042] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖對技術方案的 實施做進一步的詳細描述：
[0043] 圖1是本發(fā)明的主要組成模塊框圖。通過架設在機場跑道邊的監(jiān)控攝像設備實時 采集跑道視頻信息，經視頻解碼模塊解碼后，將視頻流輸入核心處理模塊進行處理;核心處 理模塊主要完成跑道上FOD目標檢測、識別、判定報警以及目標GPS位置等信息的提取，完成 機場外來異物(FOD)的檢測和安全信息提示指令發(fā)出；在檢測開始之前需要計算或讀取跑