專利名稱：Led精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度的測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種LED精密進近航道指示器兩色光束中心 過渡區(qū)角度的測量方法。
背景技術：
半導體技術繼引發(fā)了微電子革命之后，又在孕育著一場新的產(chǎn)業(yè)革命-一照明革命。發(fā) 光二極管(LED)的特點使其在顯示及特種照明等領域獲得很大的應用。在航空燈具領域， 各式燈具也逐漸應用LED作為其光源，來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
隨著飛機制造業(yè)的高速發(fā)展和噴氣式飛機的使用，飛機的進近速度越來越快，進近時 間越來越短，因而給飛行員提供準確的進近目視坡度信號就變得更加重要。精密進近航道 指示器就是通過不同顏色的信號組合來幫助飛行員判斷飛機的進近高度，指示器發(fā)出的紅 白兩色光束過渡區(qū)的角度對于信號的準確性至關重要。相關國際標準嚴格規(guī)定，兩色中心 過渡區(qū)的角度不得大于3分?，F(xiàn)代光電測試儀器用來測量角度的儀器有很多，但是可以用 來精確測量出精密進近航道指示器兩光束過渡區(qū)角度的測量儀器至今尚未見報道。
目前，國內(nèi)外機場通常通過在光束照射到一定距離的線性變化來目視判斷過渡區(qū)角度 是否大于3'。使用該種方法來測試指示器的兩色光束的過渡區(qū)角度，由于人的主觀因素 會帶來一定的偏差，無法保證飛機降落的安全，而這種方法目前主要針對使用鹵鎢燈的指 示器，而針對應用LED的精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度的測量方法尚未見 報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種LED精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度的測量方 法，以消除目前使用目視方法判斷角度而出現(xiàn)偏差的問題，實現(xiàn)對指示器光學參數(shù)-兩色 光束的中心過渡區(qū)角度的精密測量。
本發(fā)明提出的LED精密進近航道指示器(以下簡稱指示器)兩色光束過渡區(qū)角度的測 量方法，具體步驟如下 (1)搭建測試系統(tǒng)將一臺待測試LED精密進近航道指示器放在需要的位置，指示器光源采用白光LED和 紅光LED,指示器發(fā)出的光束在水平方向的光束角為士IO ° ,俯仰方向的光束角度為土4 ° ,在距離指示器L米(一般為3 7米，實施例中L取5米)處放置一測試屏，該測試屏 的屏面垂直于所述指示器的中心光軸，能夠讓光束均勻的通過。沿著光傳播的方向，在測 試屏后放置一F(;i)濾光片，r(;i)濾光片后面放置一臺CCD攝像機，用以采集指示器發(fā)出
的兩色光束，測試屏與CCD耙面相對于CCD鏡頭是一對共額的物像關系，CCD攝像機與計 算機直接相連，CCD攝像機采集到的兩色光束的由灰度值表示的光斑圖像數(shù)據(jù)存儲于計算 機中；
(2) 測試采樣
測試時，上述測試系統(tǒng)各個部件的相對位置不變，將指示器的兩色光(白光LED和紅 光LED)先后發(fā)光，CCD攝像機分別采樣灰色值圖像，并分別記錄其原始數(shù)據(jù)；將兩色光 灰度值圖像記錄在同一張圖像上，在該圖像垂直于兩色光過渡區(qū)域中心線、并過其中心點 的垂直線(即采樣線，圖2， 3中的C-C線)上，在紅光區(qū)域和白光區(qū)域分別采樣記錄灰 度值表示的圖像的若干離散點數(shù)據(jù)；
(3) 數(shù)據(jù)處理
由計算機軟件對記錄數(shù)據(jù)進行預處理，即通過Fourier變換，濾去背景照度和高頻噪 聲；并通過數(shù)理方法和計算機圖像處理技術根據(jù)垂直于過渡區(qū)域中心線的垂直線(即采樣 線C-C)上采樣的光束灰度值，分別對于紅光區(qū)域和白光區(qū)域的離散數(shù)據(jù)進行曲線擬合， 分別得到紅光和白光在采樣線C-C上的二次曲線；再根據(jù)2條二次曲線圖形，計算得到過 渡區(qū)角度，從而實現(xiàn)過渡區(qū)角度的精確測量。 本發(fā)明有以下特點
1. LED精密進近航道指示器應用紅光LED和白光LED作為光源。
2. 被測試LED精密進近航道指示器發(fā)出的光束在水平方向光束角為士IO ° ，俯仰方 向的光束角為±4°的充滿或者照射在測試屏的適合位置，光束中心光軸垂直于測試屏， 照射在測試屏上形成兩色光的光斑，經(jīng)過F(;i)濾光片后，在CCD攝像機的靶面上成像，采
樣灰度值表示的光斑像數(shù)據(jù)，并存儲于計算機；
3. 針對應用LED的精密進近航道指示器是由紅光LED陣列和白光LED陣列組成的特 點，本方法保持測試系統(tǒng)結構的相對位置不變，采用兩色光依次發(fā)光，CCD攝像機采集灰 度值圖像，分別記錄其原始數(shù)據(jù)，紅白兩色光的采樣次序不分先后，兩色光灰度值圖像記 錄在同樣一張圖像上，在該圖像垂直于兩色光過渡區(qū)中心線、并過其中心點的垂直線(圖2， 3中c-c線)上，在紅光區(qū)域和白光區(qū)域分別采樣記錄灰度值表示的圖像的若千離散點 數(shù)據(jù)。
4.通過數(shù)理方法以及計算機圖像處理技術根據(jù)垂直于過渡區(qū)中心線的垂線上采樣的
光束灰度值，分別對紅光區(qū)域和白光區(qū)域的離散數(shù)據(jù)進行曲線擬合，并且進行處理，最終
實現(xiàn)過渡區(qū)角度的精密測量。


圖1是針對LED精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度測量方法的示意圖。
圖2為CCD攝像機采樣上半部分白光束圖像。
圖3為CCD攝像機采樣下半部分紅光束圖像。
圖4為擬合曲線。其中，(a)為白光擬合曲線，(b)為紅光擬合曲線。
圖中標號l為計算機，2為CCD攝像機，3為f(a)濾光片，4為測試屏，5為led精密進
近航道指示器(簡稱指示器)。
具體實施例方式
本發(fā)明所用元件如下
led的精密進近航道指示器5:使用紅光和白光led作為光源的待測指示器。
測試屏4:能夠在離該指示器一定距離處接收到led的精密進近航道指示器發(fā)來的水 平視場角士io ° 、垂直視場角±4°的光束，測試屏的大小與led的精密進近航道指示器 離測試屏的距離有關系，本實例該距離為5米，測試屏大小有效范圍為1.763X0. 699m2， 該實例中取為1. 8X0. 8m2，且該測試屏能夠讓光束均勻地透過。f(義)濾光片3:使得ccd攝像機的光譜響應度與人眼的光譜視見函數(shù)f(;o盡可能匹
配相近。
ccd攝像機2:將透過測試屏上的光束，經(jīng)k(a)濾光片后，采樣并存儲于計算機。
計算機l:通過編寫程序軟件包，對采集的光束進行處理，并且最終實現(xiàn)過渡區(qū)角度 的精密測量。
測試系統(tǒng)組裝按照圖l，將一臺待檢測的LED精密進近航道指示器5放置在某一位 置，在距離其5米處放置所要求的測試屏4，該測試屏面4垂直于該指示器的中心光軸，
能夠讓光束均勻地透過。沿著光的傳播方向在測試屏4后放置一Fa)濾光片3，緊接著放
置一臺ccd攝像機2用以采集指示器的兩色光束，測試屏4與ccd耙面是相對于ccd鏡頭 是一對共額的物像關系，將ccd攝像機2與計算機1直接相連，將ccd采集的兩色光束光 斑圖像存儲于計算機l。以下為本發(fā)明用于測量LED精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度
一、 測試過程
1. 如圖1所示，將一臺應用紅光LED和白光LED的精密進近航道指示器放置在圖中 所示的位置，在距離其5米處放置一塊符合要求的測試屏(有效面積取為1.8X0.8m2)， 沿著光路在屏后若干米處放置一r(;i)濾光片，并在其后放置CCD攝像機，要求測試屏與
CCD耙面相對于CCD鏡頭是一對物像關系，即CCD能夠清晰成像測試屏，攝像機直接與計 算機相連；
2. 只打開白光LED,使用CCD攝像機采樣上半部分白光光束(如圖2)，并且將采集 得到的灰度值圖像存儲于計算機；
3. 關閉白光LED，打開紅光LED，使用CCD攝像機采樣下半部分紅光光束(如圖3)， 并且將采集得到的灰度值圖像存儲于計算機(采集白光LED和紅光LED灰度值圖像不分前 后順序)；
二、 數(shù)據(jù)處理
1. 采樣圖像的預處理
將圖2中c-c線上提取若干離散點，將離散點描述為(M,&),Cy2,g2)......(凡，g。) ， x為
對應的坐標值，而g,為對應的灰度值，i=l， 2,…，n。而灰度值g,，可以描述為 g,O,)-",0,) + Vi(X) + ",0,),其中，"辦,)為灰度值表示的背景光，VjO,.)為灰度值表示的 有效光區(qū)，為高頻噪聲。通過Fo"rier變換，將上式變換為 柳 柳+柳，,、^("和iV,^)是"加、v,(x)和",OO對應的 Foi/rier變換。濾去背景照度和高頻噪聲，得到G,《)-^(^)，然后通過反Fo"rier變換
得到g, ') = K ')。采集的離散點就可以表示為(力,g'》,(力,g'2)…(凡，g'") ， 7,為對應的
坐標值，g,'為采樣線上經(jīng)過處理后的灰度值。
2. 曲線擬合
將乂坐標-處理后的灰度值&'表述為一個二次曲線&' = ;^,2+狄+。通過使用最小二乘法得到Ag'-,g[g',-Cpy,2 +"]2'再通過'
、(Ag')
3(Ag')
=0 得到相應的/ 、 q、 r系
=0
數(shù)，從而得到白光在c-c采樣線上的二次曲線"。
3. 在圖3中C-C線上提取若干離散點，采取前面1采樣圖像預處理和2曲線擬合的 同樣方法，得到紅光在C-C采樣線上的二次曲線6;
4. 過渡區(qū)角度的計算
將擬合的兩條曲線放在同一個坐標系內(nèi)，如圖4所示(a是白光的擬合曲線、b是紅 光的擬合曲線)，兩條曲線的交叉部分對應的y坐標長度就是兩色光束中心過渡區(qū)的長度， 通過測試系統(tǒng)物像關系可以換算到兩色光過渡區(qū)的實際線性長度，據(jù)此就可以計算出對應 的過渡區(qū)角度。
三、測試結果
通過上述計算機處理，得到如圖4的兩條曲線，而交叉部分對應的y坐標長度為4.29 毫米，由于測試屏距離帶檢測指示器5米，因而兩色光束過渡區(qū)角度為2.95'，滿足國際 標準小于3'的要求。
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權利要求
1.一種LED精密進近航道指示器兩色光束中心過渡區(qū)角度的測量方法，其特征在于具體步驟如下(1)搭建測試系統(tǒng)將一臺待測試LED精密進近航道指示器放在需要的位置，指示器光源采用白光LED和紅光LED，指示器發(fā)出的光束在水平方向的光束角度為±10°，俯仰方向的光束角度為±4°，在距離指示器L米處放置一測試屏，該測試屏的屏面垂直于所述指示器的中心光軸，能夠讓光束均勻的通過；沿著光傳播的方向，在測試屏后放置一V(λ)濾光片，V(λ)濾光片后面放置一臺CCD攝像機，用以采集指示器發(fā)出的兩色光束，測試屏與CCD靶面相對于CCD鏡頭是一對共額的物像關系，CCD攝像機與計算機直接相連，CCD攝像機采集到的兩色光束的由灰度值表示的光斑圖像數(shù)據(jù)存儲于計算機中；(2)測試采樣測試時，上述測試系統(tǒng)各個部件的相對位置不變，將指示器的兩色光先后發(fā)光，CCD攝像機分別采樣灰色值圖像，并分別記錄其原始數(shù)據(jù)；將兩色光灰度值圖像記錄在同一張圖像上，在該圖像垂直于兩色光過渡區(qū)域中心線、并過其中心點的垂直線即采樣線上，在紅光區(qū)域和白光區(qū)域分別采樣記錄灰度值表示的圖像的若干離散點數(shù)據(jù)；(3)數(shù)據(jù)處理由計算機軟件對記錄數(shù)據(jù)進行預處理，通過Fourier變換，濾去背景照度和高頻噪聲；并通過數(shù)理方法和計算機圖像處理技術根據(jù)采樣線上采樣的光束灰度值，分別對于紅光區(qū)域或白光區(qū)域的離散數(shù)據(jù)進新曲線擬合，分別得到紅光和白光在采樣線上的二次曲線；再根據(jù)2條二次曲線圖形，計算得到過渡區(qū)角度，從而實現(xiàn)過渡區(qū)角度的精確測量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的測量方法，其特征在于所述對記錄數(shù)據(jù)進行預處理步驟如下在采樣線上提取若干離散點，將離散點描述為0^,g》,(力，&)......(凡，gj,少,為對應的坐標值，而&為對應的灰度值，i=l， 2，…，n;而灰度值g,，描述為g,a) = ",Cy,)+v,")+",00,其中，",化)為灰度值表示的背景光，v,.a.)為灰度值表示的有效光區(qū)，為高頻噪聲；通過Fo"n'e^變換，將上式變換為G,(y) ， + iV,(};)， K(y,)和7V,(。是、 v,Cy,)和",.")對應的Fo"rier變換；濾去背景照度和高頻噪聲，得到G,(i;)-K(")，然后通過反Fot/rier變換得到g, 'U') = v,化');采集的離散點表示為U,g',),CV2，g'2)"化,g'")，少,為對應的坐標值， g,'為采樣線上經(jīng)過處理后的灰度值。
3.根據(jù)權利要求2所述的測量方法，其特征在于所述曲線擬合的步驟如下 將y,坐標-處理后的灰度值g,'表述為一個二次曲線' = py,2 + ^y, + "，通過使用最小乘法得到Ag'二,纟[g',-(;w2 +狄+0]2 ，再通過印 5(Ag')=0=0得到相應的/ 、 q、 r系=0數(shù)，從而得到白光在采樣線上的二次曲線fl和紅光在采樣線上的二次曲線6 。
4.根據(jù)權利要求3所述的測量方法，其特征在于所述過渡區(qū)角度計算的步驟如下將擬合的兩條曲線放在同一個坐標系內(nèi)，兩條曲線的交叉部分對應的y坐標長度就是兩色光束中心過渡區(qū)的長度，通過測試系統(tǒng)物像關系換算到兩色光過渡區(qū)的實際線性長 度，據(jù)此即計算出對應的過渡區(qū)角度。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學測量技術領域，具體為一種LED精密進近航道指示器兩色光束過渡區(qū)角度的測試方法。該方法包括搭建測試系統(tǒng)，測試采樣和數(shù)據(jù)處理等。測試系統(tǒng)包括待測LED精密進近航道指示器、測試屏、V(λ)濾光片、CCD攝像機和計算機。經(jīng)過V(λ)濾光片，由CCD攝像機采集指示器發(fā)出的兩色光束的灰度值，使用數(shù)理方法以及計算機圖像處理技術對采集的數(shù)據(jù)進行處理，進而計算得到兩色光束中心過渡區(qū)的角度，實現(xiàn)過渡區(qū)角度的精密測試。
文檔編號G01B11/26GK101608909SQ20091005378
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2009年6月25日
發(fā)明者葛愛明, 魏敏晨 申請人:復旦大學