一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统的制作方法

1.本发明属于航空系统技术领域，涉及一种飞机燃油的测量系统，具体是指一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统。


背景技术：

2.飞机燃油测量是飞机燃油系统的核心功能之一，主要作用为实时准确地获得飞机的载油量及其在油箱中的分布。燃油油量是飞机最大的可变重量，实时、准确地测量油箱中的剩余油量，对于合理地调整燃油在各油箱中的分布、有效地实现最优化的用油顺序控制、精确计算飞机续航时间、控制飞机重心、改善飞机的操纵性和稳定性都有重要意义，同时也有助于最大化利用飞机有效载重，满足飞行任务实时科学规划的要求。
3.目前，国内的飞机燃油液位测量仍旧使用电容式燃油测量系统，且测量精度、可靠性、可维护性等技术性能与外国同类飞机相比还有一定的差距。由于电容式油位传感器本身原理特性的限制，在航空领域的长时间应用中暴露了很多的问题与缺陷，如传感器主要结构为同轴的内外铝合金圆柱，电容两极面积较大因此易受电磁干扰影响输出错误数据。电容式油量测量系统通过检测油位传感器高度数据，结合飞机姿态传感器数据查表得到剩余油量。由于每根电容式油位传感器只能提供油面在一个点位上的测量，受传感器覆盖范围限制电容式油量测量系统通常只能在一定姿态范围内提供较精确油量数据，为了扩大采集范围往往需要布置大量传感器，如一般中型民航客机上通常需要在油箱内部安装三十余根电容式油位传感器，这也导致安装及维护非常繁琐。
4.基于视觉的液位测量技术通过图像采集装置将待测目标转化成数字图像信号，再通过图像处理系统的转换和计算得到液位测量结果。随着算法进步及相机性能提升，视觉式液位测量技术也在不断发展，但在油箱油量测量这种较复杂环境下的应用案例近于空白。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，具有测量精度高、传感器数量少、安装维护便捷等优点。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
7.一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，包括视觉传感器、图像处理装置、数据解算装置和显示装置，在飞机油箱侧面设置开口或透明观察窗，将视觉传感器放入开口处或透明观察窗外，对飞机油箱内部的燃油图像进行采集；采集后的图像信息发送给图像处理装置进行图像处理后，将数据发送给数据解算装置，数据解算装置将数据解算成燃油量后发送给显示装置显示。
8.进一步的，视觉传感器安装在飞机油箱侧面开口中时，视觉传感器壳体与飞机油箱之间设置密封结构。
9.进一步的，视觉传感去的镜头设有疏水涂层。
10.进一步的，还包括光源和光源控制装置，光源为飞机油箱内部提供照明，光源控制装置控制光源的频率。
11.进一步的，光源控制装置控制光源调光频率与视觉传感器采集频率相匹配，使得视觉传感器与光源的协同工作，防止在视觉传感器采集图像时光源处于暗状态。
12.进一步的，光源通过油箱开口或透明观察窗口向油箱内部发射可见光或不可见光，光源安装于油箱通常不被燃油覆盖的区域。
13.进一步的，光源通过油箱开口发射电磁波时，光源与油箱开口连接处设有密封装置。
14.进一步的，光源与视觉传感器一体化布置。
15.进一步的，图像处理装置对视觉传感器所采集原始数据进行图像增强处理，包括降低图像噪音、矫正镜头畸变和突出边缘特征。
16.进一步的，数据解算装置将处理后的图像数据根据不同图像与油量间对应关系解算成燃油油量，数据解算装置首先解算出剩余燃油体积，再利用燃油密度数据计算获得燃油重量。
17.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
18.1、本发明通过采用视觉传感器采集油箱内部燃油图像信息，然后将所采集的原始图像信息首先进行增强处理，以降低原始图像中的噪点、畸变等干扰；不同油量下燃油在油箱中形成的图像特征也不同，系统中的数据解算装置内存储有事先建立的燃油图像与当前时刻油量对应关系，处理后的燃油图像将在数据解算装置中解算，获得与该燃油图像所对应的油量数据，并将获得的油量数据传输至显示装置。
19.2、本系统通过视觉传感器采集蕴含有燃油油量信息的图像信息，从图像信息中解算获得油量，相比现在所普遍采用的电容式燃油测量系统单个采集传感器的采集范围更大，对传感器数量需求降低，更多的采样点提升了动态测量精度，并且不需要在油箱内部进行传感器铺设，使得系统具有测量精度高、传感器数量少、安装维护便捷等优点。
20.3、本发明相对于其他如激光照射等非接触方式来采集飞机燃油量，视觉传感器的结构大小远远小于激光发射器，并且不需要对飞机油箱内部进行标识，更不需要建立相应坐标系，使得结构大小可控，且降低了运用困难程度。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明的基于视觉传感器的飞机燃油测量系统示意图。
23.其中，1-视觉传感器，2-光源，3-光源控制装置，4-图像处理装置，5-数据解算装置，6-显示装置。
具体实施方式
24.本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。在不冲突的情况
下，本发明的实施例及实施例中的特征可以互相组合。
25.本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方向或位置关系为给予附图说是的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指装置或与案件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含包括更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或以上。
26.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体化连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.实施例1：
28.本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
29.一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，包括视觉传感器1、图像处理装置4、数据解算装置5和显示装置6，在飞机油箱侧面设置开口或透明观察窗，将视觉传感器1放入开口处或透明观察窗外，对飞机油箱内部的燃油图像进行采集；采集后的图像信息发送给图像处理装置4进行图像处理后，将数据发送给数据解算装置5，数据解算装置5将数据解算成燃油量后发送给显示装置6显示。
30.视觉传感器1安装在飞机油箱侧面开口中时，视觉传感器1壳体与飞机油箱之间设置密封结构。
31.视觉传感去1的镜头设有疏水涂层。
32.还包括光源2和光源控制装置3，光源2为飞机油箱内部提供照明，光源控制装置3控制光源2的频率。
33.光源控制装置3控制光源2调光频率与视觉传感器1采集频率相匹配，使得视觉传感器1与光源2的协同工作，防止在视觉传感器1采集图像时光源2处于暗状态。
34.光源2通过油箱开口或透明观察窗口向油箱内部发射可见光或不可见光，光源2安装于油箱通常不被燃油覆盖的区域。
35.光源2通过油箱开口发射电磁波时，光源2与油箱开口连接处设有密封装置。
36.光源2与视觉传感器1一体化布置。
37.图像处理装置4对视觉传感器1所采集原始数据进行图像增强处理，包括降低图像噪音、矫正镜头畸变和突出边缘特征。
38.数据解算装置5将处理后的图像数据根据不同图像与油量间对应关系解算成燃油油量，数据解算装置5首先解算出剩余燃油体积，再利用燃油密度数据计算获得燃油重量。
39.实施例2：
40.如图1所示，图1为一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统。本实施例提供了一
种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，包括视觉传感器1、光源2、光源控制装置3、图像处理装置4、数据解算装置5、显示装置6；
41.所述视觉传感器1可通过油箱开口或透明观察窗口拍摄采集油箱内部图像，为了能够扩大视觉传感器1图像采集范围，避免燃油覆盖，视觉传感器1应尽量安装于油箱顶盖或侧壁顶部等通常不被燃油覆盖的区域；如果视觉传感器1直接通过油箱开口采集图像，视觉传感器1与开口连接处应采取密封措施避免燃油从开口处溢出；视觉传感器1镜头有疏水涂层，以降低冷凝水、雾等对采集效果的影响；视觉传感器1所采集数据传输至图像处理装置4；
42.所述光源2可通过油箱开口或透明观察窗口向油箱内部发射可见光或不可见光，光源2应尽量安装于油箱顶盖或侧壁顶部等通常不被燃油覆盖的区域；如果光源2直接通过油箱开口发射光波，光源2与开口连接处应采取密封措施避免燃油从开口处溢出；考虑布局紧凑性，光源2可与视觉传感器1一体化布置；
43.所述光源控制装置3控制光源2调光频率，使光源2调光频率与视觉传感器1采集频率相匹配，以实现视觉传感器1与光源2的协同工作；
44.所述图像处理装置4用于对视觉传感器1所采集原始数据进行图像增强处理，如降低图像噪音、矫正镜头畸变、突出边缘特征等，处理后的数据传输至数据解算装置5；图像处理装置4与数据解算装置5可采用一体化设计，即在一个硬件中实现图像处理装置4与数据解算装置5各自功能；
45.所述数据解算装置5将处理后的图像数据根据不同图像与油量间对应关系解算成燃油油量，由于燃油密度非固定，数据解算装置5首先解算出剩余燃油体积，再利用燃油密度数据计算获得燃油重量；解算后的数据传输至显示装置6；
46.所述显示装置6接收数据解算装置5传输数据，并以数字、文字或图示方式显示。
47.本发明一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统工作过程如下：
48.1)油箱内燃油图像采集过程
49.油箱内油面图像的特征会随油量变化而变化，如油面在油箱侧壁的位置会随油位上升下降，因此油箱内图像中包含了对应的油量信息。燃油箱属密闭空间照度较低，为采集到清晰图像光源2向油箱中发射可见光或不可光形式的电磁波，电磁波在油箱中反射后在视觉传感器1中成像，得到油箱内燃油图像。光源2的波长需要与视觉传感器1相匹配，如采用可见光相机作为视觉传感器光源应选择可见光光源，如采用红外相机作为视觉传感器则应选择红外光源。为了使视觉传感器1采集范围能够覆盖到油箱大部分内部空间，视觉传感器1应具有相对大的视场角及大景深。视觉传感器1以一定频率进行图像采集，光源控制装置3控制光源2调光频率，使光源2调光频率与视觉传感器1采集频率相匹配。
50.2)燃油图像处理过程
51.视觉传感器1的镜头光学特性导致视觉传感器1采集的图像产生部分畸变扭曲，以及光线照度不足会导致图像噪声过多，视觉传感器1所采集的原始图像将在图像处理装置4中进行处理。通过对视觉传感器1进行标定获取视觉传感器1内部参数，通过内参矩阵获得无畸图像相对畸变图像的坐标映射关系，反向从畸变图像中获得无畸图像。在燃油内照度不足的情况下燃油图像可能存在噪声过多、特征不明显等问题，图像处理装置4通过采取图像锐化、平滑降噪等方法抑制图像噪声，并突出油面边缘特征。
52.3)燃油油量数据解算过程
53.所述数据解算装置5从油箱内油面图像中解算获得油面图像中所蕴含油量信息，这一过程实现方式并不唯一。一种油量解算方式是利用神经网络建立起油面图像与对应油量间非线性关系，先利用标定好的油面图像训练解算神经网络模型，得到的解算神经网络模型能够在输入油面图像时输出油量；另一种油量解算方式是应用视觉空间定位技术，首先获得油面图像中燃油与气相空间临界区域特征点在视觉传感器1坐标系下的空间坐标位置，再转换为油箱坐标系下空间坐标，从而获得油面上各点相对油箱底部高度即液位高度，通过查表法或切片法获得油量数据。
54.本发明通过采用视觉传感器采集油箱内部燃油图像信息，然后将所采集的原始图像信息首先进行增强处理，以降低原始图像中的噪点、畸变等干扰；不同油量下燃油在油箱中形成的图像特征也不同，系统中的数据解算装置内存储有事先建立的燃油图像与当前时刻油量对应关系，处理后的燃油图像将在数据解算装置中解算，获得与该燃油图像所对应的油量数据，并将获得的油量数据传输至显示装置。本系统通过视觉传感器采集蕴含有燃油油量信息的图像信息，从图像信息中解算获得油量，相比现在所普遍采用的电容式燃油测量系统单个采集传感器的采集范围更大，对传感器数量需求降低，更多的采样点提升了动态测量精度，并且不需要在油箱内部进行传感器铺设，使得系统具有测量精度高、传感器数量少、安装维护便捷等优点。
55.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，包括视觉传感器(1)、图像处理装置(4)、数据解算装置(5)和显示装置(6)，在飞机油箱侧面设置开口或透明观察窗，将视觉传感器(1)放入开口处或透明观察窗外，对飞机油箱内部的燃油图像进行采集；采集后的图像信息发送给图像处理装置(4)进行图像处理后，将数据发送给数据解算装置(5)，数据解算装置(5)将数据解算成燃油量后发送给显示装置(6)显示。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，视觉传感器(1)安装在飞机油箱侧面开口中时，视觉传感器(1)壳体与飞机油箱之间设置密封结构。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，视觉传感去(1)的镜头设有疏水涂层。4.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，还包括光源(2)和光源控制装置(3)，光源(2)为飞机油箱内部提供照明，光源控制装置(3)控制光源(2)的频率。5.根据权利要求4所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，光源控制装置(3)控制光源(2)调光频率与视觉传感器(1)采集频率相匹配，使得视觉传感器(1)与光源(2)的协同工作，防止在视觉传感器(1)采集图像时光源(2)处于暗状态。6.根据权利要求5所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，光源(2)通过油箱开口或透明观察窗口向油箱内部发射可见光或不可见光，光源(2)安装于油箱通常不被燃油覆盖的区域。7.根据权利要求6所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，光源(2)通过油箱开口发射电磁波时，光源(2)与油箱开口连接处设有密封装置。8.根据权利要求4所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，光源(2)与视觉传感器(1)一体化布置。9.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，图像处理装置(4)对视觉传感器(1)所采集原始数据进行图像增强处理，包括降低图像噪音、矫正镜头畸变和突出边缘特征。10.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，其特征在于，数据解算装置(5)将处理后的图像数据根据不同图像与油量间对应关系解算成燃油油量，数据解算装置(5)首先解算出剩余燃油体积，再利用燃油密度数据计算获得燃油重量。

技术总结
本发明属于航空系统技术领域，公开了一种基于视觉传感器的飞机燃油测量系统，包括视觉传感器、图像处理装置、数据解算装置和显示装置，在飞机油箱侧面设置开口或透明观察窗，将视觉传感器放入开口处或透明观察窗外，对飞机油箱内部的燃油图像进行采集；采集后的图像信息发送给图像处理装置进行图像处理后，将数据发送给数据解算装置，数据解算装置将数据解算成燃油量后发送给显示装置显示。本发明通过非接触式方法获得的油量数据，采集范围更大，对传感器数量需求降低，更多的采样点提升了动态测量精度，并且不需要在油箱内部进行传感器铺设，使得系统具有测量精度高、传感器数量少、安装维护便捷等优点。装维护便捷等优点。装维护便捷等优点。


技术研发人员：朱虹宇 邵一舟 尹涛
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/14