畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告基于圖像處理的機場跑道異物檢測研究

1、題 目： 基于圖像處理的機場跑道異物檢測研究 學(xué) 院： 計算機與信息技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 文獻綜述：隨著科技的不斷發(fā)展以及社會的不斷進步，人們的生活節(jié)奏越來越快，使得人們對于出行方式迅捷性的要求越來越高，從而逐漸增加了對于空中飛行器的使用。隨著空中客流量的日益增長，空中飛行器的安全性成為了一個被社會廣泛關(guān)注的問題。除了空中飛行器自身的原因，機場軌道上的異物也是引發(fā)飛行事故的一大隱患。當(dāng)前,航空產(chǎn)業(yè)每年需花費高達40億美元來進行跑道異物事故維修。除此之外，機場軌道上的異物還會造成航班延誤、中斷起飛、關(guān)閉跑道等間接損失，間接損失至少為直接損失的4倍，造成了相當(dāng)

2、數(shù)額的額外負(fù)擔(dān)。fod是foreign object debris的縮寫，泛指可能損傷航空器或系統(tǒng)的某種外來的物質(zhì)，常稱為跑道異物。實驗和案例都表明，fod可以很容易被吸入發(fā)動機，導(dǎo)致發(fā)動機失效，碎片也會堆積在機械裝置中，影響起落架、襟翼等設(shè)備的正常運行，危害非常嚴(yán)重。2000年7月25日法航協(xié)和飛機因fod失事，造成113人遇難。據(jù)證實事故原因僅僅是因為協(xié)和飛機的上一個航班在跑道上掉下來一塊43cm金屬片，它扎破了協(xié)和飛機的輪胎，輪胎爆破產(chǎn)生的碎片擊中了一個或多個油箱，飛機左機翼起火并很快墜毀，這個過程不到1分30秒，此次事件的后果造成協(xié)和飛機在2003年10月24日全部退役。這場因fod引

3、發(fā)的空難將fod自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究提上了日程，進一步證實了實時、自動異物探測的必要性以及緊迫性。英國qinetiq公司最先研發(fā)出tarsier（眼鏡猴）系統(tǒng)，其核心技術(shù)是“切割邊沿傳感技術(shù)”和實時數(shù)字信號處理技術(shù)，它可對目標(biāo)進行實時自動探測和識別，能及時、可靠地探測到跑道上最大雷達散射截面為0.01平方米的雜物并予以定位。2006年12月6日，溫哥華機場啟用了這套跑道異物雷達偵測系統(tǒng)，成為全世界第一個采用fod檢測系統(tǒng)的民航機場。目前，國內(nèi)大多數(shù)機場仍采用人工不定時巡邏清理異物的方式，處理異物效率較低，且容易疏漏，存在著相當(dāng)大的安全隱患。在我國尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于fod監(jiān)測的雷達系統(tǒng)研制成功的報道，但

4、有一些光學(xué)、視頻監(jiān)測的產(chǎn)品，不過鮮有應(yīng)用。目前對于機場跑道異物檢測的研究方法主要是對跑道圖像進行圖像處理，提取異物目標(biāo)，從而實現(xiàn)異物的檢測與定位?；痉椒ù笾驴煞譃閮蓚€方向，分別為基于雷達圖像的機場跑道異物檢測研究，和基于ccd圖像的機場跑道異物檢測研究。結(jié)合目前狀況，本課題擬著重研究基于雷達圖像的機場跑道異物檢測。對于基于雷達的機場跑道異物檢測，目前存在的難點主要有兩個。其一，機場跑道一般長約3000米，而跑道上的異物一般長度為5cm-50cm之間，如此之大的大小差異使得成像之后圖像中的異物極小，且干擾多，從而對隨后進行的圖像處理提出了很高的要求。其二，利用雷達獲取的機場跑道圖像中存在各種噪

5、聲點、行人和機場跑道正常設(shè)備等干擾物，而且成像的區(qū)域輪廓也有大量的毛刺現(xiàn)象，為機場跑道上異物的定位帶來了很大困難。但是它與基于ccd圖像的機場跑道異物檢測相比，又有很多的優(yōu)點。諸如，基于ccd圖像的機場跑道異物檢測受外界環(huán)境影響非常大。在陰雨天或者夜晚，ccd獲取的圖像清晰度不高，給接下來的圖像處理帶來很大麻煩。而雷達可以連續(xù)24小時不間斷地獲取圖像，且受天氣影響較小，從而在很大程度上提高了所獲取圖像的質(zhì)量，為隨后的圖像處理提供了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源。此外，雷達的監(jiān)測范圍比ccd長很多，對于同樣距離的監(jiān)測，所需要的監(jiān)測設(shè)備相對較少，在一定程度上降低了監(jiān)測成本，這在投入應(yīng)用中是一個非常重要的優(yōu)點。結(jié)

6、合以上所存在的問題、優(yōu)點以及目前的狀況，本畢業(yè)設(shè)計擬以vc+為基本研究環(huán)境，搭建軟件平臺，通過了解異物檢測研究動態(tài)，研究灰度圖像處理算法和異物定位的相關(guān)算法，對所獲取的機場跑道雷達圖像進行一系列的圖像處理，從而實現(xiàn)對機場跑道異物的檢測與定位。主要參考文獻：1阮秋琦.數(shù)字圖像處理學(xué)m.北京:電子工業(yè)出版社.20072王宇等.基于計算機視覺的機場跑道異物檢測識別系統(tǒng)j.視頻應(yīng)用與工程,2010,34(05)3劉杰,安博文.基于動態(tài)閾值分割的目標(biāo)提取技術(shù)j.紅外技術(shù),2008,30(12)4何斌等.visual c+數(shù)字圖像m.北京:北京郵電出版社.20035孫瑞山,馬平.跑道侵入初步研究j.中國民

7、航大學(xué)學(xué)報,2007,25(z1)：85876李金等.多運動目標(biāo)探測標(biāo)記及跟蹤j.應(yīng)用科技,2009,36(6)7陳柏生.一種二值圖像連通區(qū)域標(biāo)記的新方法j.計算機工程與應(yīng)用,2006,42(25)8 j. patterson, “foreign object debris (fod) detection research,”airport safety specialist, faa, 2008. shenzhen, china, 11-12may,2009.研究方案：研究內(nèi)容該畢業(yè)設(shè)計旨在通過了解異物檢測研究動態(tài)，學(xué)習(xí)并研究灰度圖像處理算法和異物定位的相關(guān)算法，對所獲取的機場跑道雷達圖像進

8、行一系列的圖像處理，從而實現(xiàn)對機場跑道異物的檢測與定位。開發(fā)環(huán)境在windows xp操作系統(tǒng)下，基于visual c+ 6.0開發(fā)平臺，用c/c+語言編寫window32應(yīng)用程序。由于所選擇的是應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)、平臺和編程語言，使得開發(fā)出來的軟件可以以較少的限制條件被應(yīng)用，為軟件的推廣奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)算法原理u 圖像二值化將圖像上的像素點的灰度值設(shè)置為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。將256個亮度等級的灰度圖像通過適當(dāng)?shù)拈y值選取，可以獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。通過對數(shù)字圖像進行二值化處理，可以使圖像變得簡單，而且數(shù)據(jù)量減小，能凸顯出感興趣的目標(biāo)的輪廓，

9、非常有利于圖像的進一步處理。除此之外，所有灰度大于或等于閥值的像素被判定為屬于特定物體，其灰度值用255表示，其他像素點將被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為0，表示背景或者例外的物體區(qū)域，有利于對于圖像中異物的提取。u 腐蝕處理腐蝕是對圖像進行“收縮”或“細(xì)化”的操作。這種收縮的方式和程度由一個稱為結(jié)構(gòu)元素的集合控制。對于二值圖像，腐蝕意味著，用結(jié)構(gòu)元素在圖像上移動，只有結(jié)構(gòu)元素中所有點與圖像中的點全部重疊才可以，腐蝕的結(jié)果是結(jié)構(gòu)元素的中心點劃過的區(qū)域的內(nèi)部。所以圖像的邊緣就被縮小了。u 膨脹處理膨脹是對圖像進行“加長”或“變粗”的操作。這種特殊的方式和變粗的程度由一個稱為結(jié)構(gòu)元素的集合控制。對于

10、二值圖像，膨脹意味著，用結(jié)構(gòu)元素在圖像上移動，只要結(jié)構(gòu)元素中有一個點與圖像中的點是重疊的就可以了，膨脹的結(jié)果是結(jié)構(gòu)元素中心點劃過的區(qū)域的內(nèi)部。所以圖像的邊緣就被擴大了。對于灰度圖像，膨脹意味著，在結(jié)構(gòu)元素的范圍內(nèi)，求取結(jié)構(gòu)元素與圖像中對應(yīng)元素的和，看哪個和最大，然后這個和就作為圖像中心點的值，當(dāng)然這個中心點是指和結(jié)構(gòu)元素中心位置對應(yīng)的那個圖像位置上的。然后繼續(xù)滑動結(jié)構(gòu)元素。研究方法通過學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)算法的原理，了解每一種算法的優(yōu)缺點及最佳適用情況，并對可以實現(xiàn)相同功能的不同算法進行比較。通過分析軟件所需功能，確定所用基礎(chǔ)算法的范圍，對參考范圍內(nèi)的基礎(chǔ)算法進行仔細(xì)的研讀、對比及編程實現(xiàn)，然后結(jié)合軟

11、件所要實現(xiàn)的具體功能對基礎(chǔ)算法進行改進，編寫可以實現(xiàn)軟件功能的特定算法。研究步驟u 廣泛調(diào)研，充分了解當(dāng)前機場跑道異物檢測系統(tǒng)的發(fā)展、所使用的方法以及存在的問題；u 確定課題所要開發(fā)的軟件需實現(xiàn)的功能；u 通過比較，確定軟、硬件環(huán)境、開發(fā)平臺和編程語言；u 通過學(xué)習(xí)、分析和比較，確定實現(xiàn)功能所用的算法；u 編寫程序，搭建軟件平臺，實現(xiàn)預(yù)期功能；u 在多臺計算機上對軟件進行測試，驗證軟件的全部功能；u 總結(jié)系統(tǒng)開發(fā)過程，撰寫相關(guān)文檔和論文預(yù)期結(jié)果 擬搭建一多功能軟件平臺，可以對機場跑道圖像進行所需的圖像處理。包含圖像二值化處理、去噪聲和干擾處理、膨脹和腐蝕處理等相關(guān)操作，從而實現(xiàn)對機場跑道圖像中異物部分的提取與定位。畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排：序號畢業(yè)設(shè)計（論文）各階段內(nèi)容時間安排備注1分析項目需求，確定研究任務(wù)，閱讀相